2021-06-08
早在17世紀，全球就已經展開了汽車研發工作，不同國家走上了不同的汽車設計之路，并且不斷創新，于是成百上千種樣車涌入市場。蒸汽動力車、電動車、燃油車……這些不僅在工業革命中發揮了重要作用，還在人們的日常生活中扮演重要角色。盡管很多人認為電動汽車（EV）面世時間相對較短，但實際上早在1832年就有了電動車。至少就大環境來看，燃油車因為在量產、自動啟動器和油價方面有明顯優勢，所以成為了主流汽車類型。那么EV的革新真正緣起于何時呢？
盡管燃油發動機是主流設計，但并不意味著這類發動機沒有缺點。通用汽車公司在1996年推出首款電動汽車EV1，但公司在市場推廣時缺乏有力措施，未見大收獲。EV1的銷售渠道是通過簽署“受限的僅租賃協議”，并且租賃對象只面向洛杉磯居民。有選擇性和局限性的消費者偏見使大眾認為擁有電動汽車的通常是社會精英，而普通消費者則認為擁有一輛EV是奢望。最終，通用汽車公司認定電動汽車是利潤微薄的小眾市場，于是回購并銷毀了大部分電動汽車。這項舉措導致了整個EV的倒退。
隨著時間流逝，汽車制造商一直沒能實現電動汽車的自動化和量產，這條產品線持續衰落。后來，聯邦政府聯手石油和汽車行業共同推進氫燃料電池汽車的研發，使電動汽車的開發工作又滯后了十年。盡管汽車制造商強烈抵制EV的轉型，但豐田公司卻向前邁進了一步，在2003年發布了重新設計的Prius。最終，顧客對EV的需求符合了市場預期，每月銷售額超出目標100%。但駕駛這款車型的還是社會精英階層。2016年，特斯拉還是硅谷的一家初創公司，承諾設計出的車型既擁有跑車的奢華質感，又能連續行駛200多英里。2008年，特斯拉董事主席Elon Musk向世人展示了第一臺Tesla Roadster，讓這家公司當初的愿景成為了現實。于是消費者蜂涌購買電動汽車，超出了原本的預期，給汽車行業帶來了沖擊波。
于是，汽車行業的主流企業都開始業務轉型，在研發電動汽車方面投入了大量資金。電動汽車的銷量也從2015年的45萬輛激增到了2019年的210萬輛。盡管2020年電動車銷量因為COVID-19疫情原因有所下滑，但隨著電動汽車能量密度有所改善、EV基礎設施增多以及電池價格降低，預測銷量還會持續呈劇增趨勢。行業的發展方向是什么樣的？要如何持續創新呢？答案很簡單：通過大眾消費。
2011 年至2020 年電池電動車與插電式混合動力車全球銷量比例變化圖
大眾消費電動汽車能否成為可能？要如何做到？
歷史早已證明，創新技術有達到頂點的時刻。人們普遍認為，EV正逐步占據市場主導地位，必然會帶來大眾消費的局面。根據最新調查，購買電動汽車的大眾消費轉化點為3.6萬美元。也就是說，3款最暢銷的EV基礎車型已經達到這個標準了。如果不是價格制約了銷量，那又是什么因素呢？消費者調查顯示必須考慮電動汽車的有效行程范圍，電池電量必須能行駛480公里。如果電池電量限制了電動汽車的行駛里程，為什么不開發容量更大的電池呢？這種做法可以實現，但電池成本上升必然會增加汽車的總成本，也就會減緩大眾消費的發展速度。成本和汽車行駛里程是緊密相連的，因為電池是汽車最大的成本支出。
我們來看一個例子。2013年，Tesla 基礎款Tesla 3電池的平均成本大約是2.3萬美元，大約是整部汽車總成本的三分之二。隨著電池技術的進步，相同的電池組僅需要7000美元。據行業專家預測，不到兩年，大多數基礎車型EV電池的成本會低至5000美元，可大大降低EV的總成本。
但問題依然存在：是什么阻礙了消費者購買電動汽車？研究顯示，主要原因是充電問題。
充電器可用性
市場研究建議EV從電量為0到充滿最多需要30分鐘。Tesla Model 3是市場上充電速度最快的車型，但是在期望的30分鐘閾值內也只能充滿83%。這項研究使很多行業專家得出結論——大眾市場接納EV的最大障礙是充電問題。只有在快充技術得到普及，才會實現電動汽車的大眾消費，但這又延伸出一個問題，即電網的現有設計。
在19世紀80年代，Thomas Edison發明了直流電（DC）系統。幾乎是在同一時刻，George Westinghouse發明了交流電（AC）系統。值得注意的是，AC雖然是標準的電網傳輸形式，但有些技術需要用到DC。你可能也猜測到了，不能使用AC給電池充電。若想給EV電池充電，需要用大功率的轉換器才能讓電網中的AC轉化成DC。
就像19世紀80年代的AC 電源與DC電源的格式戰一樣，用電形式和充電站的標準化問題也引起了人們觀點上的激烈沖突。隨著越來越多的電動樣車涌入市場，AC/DC轉換器的差異和標準化欠缺繼續阻礙著該市場大眾消費的實現。在美國，政府沒有發布統一EV充電標準化的政策或指南。而歐盟則頒布了統一所有充電站（每個充電插口都必須使用CCS插孔）的相關條例。這樣一來，消費者能就近找到汽車充電站，就更有可能廣泛普及EV。電動汽車業所面臨的壓力在于充電速度、續航里程和成本標準化。隨著EV生產的不斷發展，需要推動標準化才能提高電動汽車的采用率。
我們已經了解了廣泛采用電動汽車的障礙所在，數據顯示，美國人去離家最近的加油站平均只需開車5分鐘，但去最近的快充站則平均需要開車30分鐘。目前，美國境內共有980處汽車快充站。就拿特斯拉來說，為了匹配加油站的密度，需要建造31000處快充站，而每處快充站的成本大約是250000美元，總造價高達78億美元。據《華爾街日報》報道，特斯拉汽車公司2020年在美國境內售出了49.955萬輛汽車，銷售額達到315億美元，但收入僅達到7.21億美元。顯然這種商業模式是不可行的。毫無疑問，“市場需要配套基礎設施才能出售汽車，如果沒有基礎設施，汽車就賣不出去?！彪S著問題越來越多，汽車制造商開始拆解設計流程，一路拆解到PCB。
更改小部件的價格、設計和效率會不會對基礎設施整體產生影響？答案是肯定的。
電動汽車中的PCB
在我們看來，壓力最后會傳遞到PCB制造商，促使他們提供革新性的電氣設計，讓充電站制造商提供經濟實惠的方案。
需要做出重大革新的領域之一是承載大量電流的銅走線布局、去除產生的熱量保護電子元件，防止電池組熱失控。研究表明，熱耗散的熱量是50%以上電子設備故障的罪魁禍首。而在給EV充電時，電池充電越快、產生的熱量就越多，所以一定要解決散熱問題，才有可能提高消費者對電動汽車的接受程度。
Aurora Circuits在這方面可以為EV元件制造商提供極大的幫助。憑借在PCB領域豐富的經驗，可以在單面或雙面絕緣金屬基板上布400~800微米（25 oz~45 oz）的銅線，所以我們的產品能在行業中脫穎而出?；褰饘倏梢允褂煤秀~或鋁的導熱絕緣體，直接讓熱量散發出去。設想一下在2~4mm厚的雙面銅板或鋁板上，銅線長度為400微米，可進入冷卻臺散熱。除了這個小眾市場的技術革新之外，我們還生產大量使用銅材料的支架技術，以380 W/㎡·°K（每平方米每度傳導的瓦數）的散熱速率直接從設備上散熱，散熱通路上無任何介質。
PCB的優點在于可輕松迭代樣品，可以使用電氣連接的方式在最后組裝FET和MOSFET，并且可以優化散熱方式。充分利用制造商內部的工程團隊（例如Aurora Circuits的團隊），便可解決這些問題。
