运输行业电动化

电动化之路 当今社会需要更清洁、更安静的能源方案来替代汽柴油发动机，而运输行业也正在积极响应这一趋势。多年来，很多科学家和工程师一直在不断地为汽车和卡车开发更清洁的动力方式。现已开发出乙醇、生物柴油、天然气、氢气和丙烷等替代燃料，并已将这些燃料用于客货运输。尽管清洁动力并非只有电力这一种形式，但毋庸置疑，未来运输行业一定会采用电力驱动形式。从探索创造，到少量生产，再到广泛采用，电动汽车（简称“EV”）显然正在成为一种必不可少的交通工具。

在大多数城市或都市环境中，如果没有电动汽车和插拔式公共充 电站，人们就会感觉工作和生活非常不便 。无论是在购物中心、 酒店周边，还是在公共停车场内，不难发现，充电站的数量正在 大幅增加。但是，我们今天看到的情形显然只是一个开始。目前 只有百分之二的小轿车是插电式电动汽车，而卡车和公交车的插 电比例甚至更低。就在短短的二十来年前，新兴的电动汽车行业 快速起步发展，但随即却以更快的速度停止了发展。不过从那之 后，已经发生了翻天覆地的变化，可以肯定，电力驱动已经成为 大势所趋。

但是，工业和商业运输（ICT）应用领域的专用车辆情况又如何？卡车、公交车，这些车辆是否已采用电力驱动？建筑施工、 农场和采矿设备情况又如何？这些行业已经走上快车道，正在通 过电动化减少能耗和排放，同时提高效率和生产力。专家预测， 到 2040 年，大多数交通工具都将采用电机和/或更清洁的能源 来满足更高的标准。

为何还需要经历 20 年的长跑？原因很复杂。其前景涉及各种各 样的应用和应用案例。结合当今格局来看，这些应用和应用案例 既可能促进，也可能阻碍车辆电动化。此外，还有各种法规、立 法以及社会、经济和技术方面的障碍，似乎也会影响其可行性。 符合运输行业需求的电网基础设施才刚开始出现。在全球，很多 城市中心正在计划全面禁止矿物燃料车辆，但仍希望通过适当的 交通运输形式提供各种商品和服务。噪声污染，尤其是学校和医 院周边的噪声污染，正在成为人们越来越担心的问题。在这些因 素的影响下，再加上电池技术不断改进而且成本不断降低，城市 中心之外的其他非公路行业也开始选择采用电动化，例如采矿行 业、建筑行业和农业行业。

应用案例变化广，意味着工业与商业运输的电动化路径也各有不同 工业与商业运输的电动化前景相当复杂。从重污染的内燃机（ ICE）过渡到更清洁的驱动方法并不像乘用车那般简单直接， 而乘用车电动化的发展历程本身也绝不简单。有许多不同的应用 和应用案例，而每个应用案例都有许多机会可以使用不同（优化）的解决方案。根据车辆的运行情况，车辆动力总成电动化的 过渡情况将呈现不同态势。

卡车可以是长途运输，在全国内运送货物，也可以是短途运输， 在本地和短途运送货物和服务。它们可以是运输体积庞大、重量较重货物的重载卡车，也可以是运送较小商品的中型/轻型卡 车。公交车不仅可以是长途大客车，用于长途客运，还可以是城 市公交车或校车，在规定营运时间内进行短途指定路线的客运。 其他应用包括施工、采矿、农业和林业所需的工业设备。这种广 泛多样的应用案例加大了从内燃机向电动化过渡的难度。

电动化道路有多条路径 不仅重型车辆和设备的应用案例复杂多样，正在开发的可使这些应用实现更清洁运输的车辆架构也是如此。当前，卡车和工程机械通常由内燃机驱动，通过变速箱驱动两个或更多车轮。

这些卡车和工程机械主要采用汽油、柴油或压缩天然气（ 某些情况下）。尽管工业制造商已采取措施，力求改善燃油消耗并减少排放，包括引入 48V 轻度混合动力方式，但仍然需要大量的研发探索工作。立法和日益扩大的柴油禁令加大了减少排放的必要性。因此，车辆制造商正在加快开发摆脱使用内燃机，并将更多精力投入到包含电动机的架构上。他们目前积极采取的方法可以归为四类：

那么，哪些应用最有可能在近期采用其中一种电动车架构？ 根据应用和应用案例的情况，实施电动化的时间将有所不同。以中国深圳为例，公交车目前基本上全部为纯电动车。 这些车辆能够很快做出更改。

中国具有长期优势 由于缺乏功能强大的充电基础设施，因此各大洲和国家之间运送货物的重载卡车可能需要 10 年甚至 20 年方可大部分转变为全电动状态。许多原始设备制造商（OEM）拥有演示型电动卡车，并且有些制造商还宣布了这些车辆在未来几年的生产日 期。但在大规模采用之前，需要大量配置用于充电或加氢的基础设施。

另一方面，校车目前所占比例很小，且行使路线明确限定。这种应用案例有助于实施充电基础设施，无论是插电式、无线式，还是受电弓式，都使其成为从柴油车迅速转变为电动车的理想之 选。同样，可以将施工设备移到作业现场，然后在作业完成后， 让施工设备停放数日。这类设备可以使用半日，如果提供合适的充电点，则可以在晚上充电。或者，如果是昼夜运营的采矿作 业，全电动方法可以连续运行，而无需定期净化空气。

在努力实现更安静运行及更安全的工作环境的同时，矿山运营商也在尽最大努力节省柴油、丙烷和电力方面的成本。全电动方法提高了生产率，延长了车辆的运行时间，而传统的内燃机解决方 案需要更多组件和更高的维护成本。无论是卡车、公共汽车，还是工业设备，应用案例都决定着电动化采用的进程。但是，不论电动化何时实现，也不论是全电动还是混合动力，工业与商业运输行业的汽车电动化都将持续发展。

实现工业与商业运输动力总成电动化的连接需要可靠、耐用和创新的解决方案 工业与商业运输车辆及工程机械目前正朝着全电动化的方向迈进。很多因素正在引导社会走向从独立式内燃机，到轻型和全混合动力解决方案，再到智能化全电动动力总成架构的路径。尽管 存在各种社会挑战并有待解决，但是还必须克服技术挑战。在严 禁出现故障的极端苛刻环境下，工业与商业运输应用需要极高的动力和精准无误的操作。必须确保这个任务关键型行业的连接性能解决方案耐用且满足全球范围的要求。

对于重型车辆，各种动力总成架构方法的具体实施和发展动向尚不清晰。 各种应用、法规和行业挑战（社会、经济和技术挑战）都导致该行业缺乏透明度。尽管时间尚不明确，但我们非常确定无论车辆是采用混合动力架构还是全电动动力总成，都必须具备以下三项要素：

我们必须能够实现电力输送的智能化管理，妥善处 理热力、电弧和安全问题 业界最紧迫的一项挑战是如何以最佳方式充分满足客户的电磁兼容性（EMC）要求。其中包括对无线电射频（RFI）和电磁干扰(EMI）的抗扰度，并最大程度减少辐射。由于正弦功率特 性，这对交流大功率系统尤为重要。但这对于直流系统也非常重要，因为在直流系统中，电缆护套可能会感应到主电源线电流电平接近 35% 的感应电流。例如，对于电动化驱动系统，电流可能会上升到几百安培，具体大小取决于系统电力需求量。 车辆和系统制造商需要具有成本经济效益且采用节能型封装的创新端接技术，以确保电阻降低并最大限度减少保护网和电源线之间的溶蚀。

用于储存电力的连接解决方案 该方案涉及卡车或公交车的里程，以及重型设备的运行时间和负载要求。这些功能都与可存储于电池 燃料电池产生的电能量有关。考虑到其运行电压和电流，电动车电池技术要求十分高。难度最大的是，电池组必须适合车辆尺寸，并且 必须确保在极端严苛环境下安全运行。由于对电池供电设备和绿色能源技术的需求日益严苛，因此引来了巨额投资，以便寻求电池技术的明显改进，从而有效存储节能型驾驶车辆所需的电能。挑战在于如何安全、可靠且以小封装的形式实 现。电池断开和服务断开系统是安全因素的主要部分。所有这些因素均促使电池间和组件间的端接和连接解决方案必须具有高度可靠性和灵活性的系统，这种连接方案可实现电池组的可扩缩性。为了限定尺寸，正在开发具有集成感应功能 的分组件，以实现对电池管理（充电状态和可用状态）的智能控制。工业与商业运输车辆和设备制造商及系统 应商需要微型化且合规的互连技术解决方案，从而能够生产用于大容量电池组的小巧而坚固的封装。

用于电动化受控推进/驱动电机的连接解决方案 最大限度延长单次充电的行驶里程尤为关键。我们已探讨过，一半的挑战来自电池容量。第二个同样关键的环节是车辆或机械的高效运行。智能控制电动机（而非过度驱动电动机或驱动不足电动机）以及再生制动（在车辆减速期间恢复和存储能量）是节能运行的关键方法。

由于这种高度控制，高度集成电子解决方案应运而生 此外，车辆制造商正在想方设法，将越来越多的外部数据引入车辆，以帮助提升效率。由此需要全新传感器来实现对电动汽车的控制，从而确保优化电力管理及控制。由于这种高度控制，高度集成电子解决方案应运而生，不仅最大限度缩减尺寸 （ 和重量），而且为客户提供了最大程度的设计灵活性。新型电动汽车架构需要单一的组件，该组件将传感、智能数据处理和通信及可靠连接集于单一封装中。这些架构不仅需要可用于切 换各种负载、控制及最大限度减少能源浪费的坚固驱动器和配电模块，而且还需要高速数据连接，包括有线和无线连接，以实现车与车和车与基础设施的通信以及智能车辆控制。

在严苛环境下不能发生故障的高压连接解决方案 与电动汽车相比，电动卡车、公交车或推土机面临的运行条件更为严苛。雨、雪、灰尘、沙漠阳光下、极地寒冷、道路崎岖不平及其他严苛条件都不得阻碍执行手头任务。高压切换可能 会造成电磁干扰（EMI），从而破坏低压电路的通信与信号。 如果电话或笔记本电脑发生故障，将会带来相当大的麻烦。如果车辆或某台重型设备发生故障，可能意味着损失生产力，从而对个人业务造成影响，或者在最坏的情况下，导致人员严重受伤或死亡。安全操作至关重要。充电、维护和碰撞缓解都必须以安全的方式进行。相比于内燃机车辆方法，电动车辆架构和基本操作原理的复杂程度更接近航天、电网和消费者电子设 备。最重要的是，工业与商业运输行业必须与其他垂直领域的公司展开合作，为客户带来专用的全新解决方案。材料科学家 和接触物理学家需要协同合作，为快速增长的电动汽车市场研发耐用可靠的创新解决方案，让插电式充电接口在全生命周期内能可以连接数千次。测试和验证技术将扩展到通常属于航空航天业和工业应用的物理和安全临界极限。制造及现场维修的难度加大，推动了对开发创新性工具和方法的需求。

我们的工程师和科学家团队与客户展开密切合作，为客户的特定需求和车辆架构提供量身定制的完善解决 方案，确保客户业务成功 拥有雄厚且广博的专业知识。我们拥有强大的产品组合，其 中包括连接器、接触器、传感器、继电器、配电装置（PDU） 和无线解决方案，可提供多种专业服务。我们的混合动力和电动汽车（HEMS）产品在问世之初就已用于电动汽车。 我们依靠自己的全球布局，确保具备充分的设计和试制能力，为我们的客户设计称心如意的产品。我们不惜斥巨资 用于研发，力求抢占化解行业难题的先机。我们的工程师和科学家积极加入各种标准委员会和产业联盟。我们的测试和验证实验室网络遍布全球，确保我们能够满足客户的规格需求。