هي سيارة كهربائية بسيطة مثل تجميع البطارية والمحرك

الوقت مناسب والمكان مناسب، وجميع شركات السيارات الكهربائية الصينية مشغولة. يبدو أن الصين أصبحت مركز صناعة السيارات الكهربائية في العالم.

في الواقع، في ألمانيا، إذا كانت وحدتك لا توفر أكوام الشحن، فقد تحتاج إلى شراء واحدة بنفسك. على عتبة الباب. ومع ذلك، فإننا نناقش دائمًا سبب عدم تمكن العديد من شركات السيارات الألمانية الممتازة من تصنيع تيسلا، وليس من الصعب العثور على الأسباب الآن.

في عام 2014، نشر البروفيسور لينكامب من جامعة ميونيخ التقنية كتابًا جديدًا بعنوان "حالة التنقل الكهربائي 2014"، وهو مجاني ومفتوح للمجتمع، وقال: "على الرغم من أن السيارات الكهربائية بها عيوب مختلفة، إلا أنني لم أر قط سيارة بهذه العيوب". تمتلك بالفعل التنقل الكهربائي. يعود سائق السيارة إلى حضن السيارة التقليدية. وحتى السيارة الكهربائية الأكثر شيوعًا تجلب لك متعة القيادة، والتي لا مثيل لها في سيارة تعمل بالبنزين. مثل هذه السيارة يمكن أن تجعل صاحب السيارة لا يجدد العودة إلى أحضان السيارات التقليدية؟

كما نعلم جميعًا، فإن قلب السيارة الكهربائية هو البطارية.

بالنسبة للسيارة الكهربائية العادية، بموجب الاختبار القياسي الأوروبي، يبلغ استهلاك الطاقة لكل 100 كيلومتر حوالي 17 كيلو وات في الساعة، أي 17 كيلو وات في الساعة. قام الدكتور توماس بيسي بدراسة استهلاك الطاقة للمركبات المدمجة في ظل التكوين الأمثل. وبدون النظر إلى التكلفة، فإن الاستهلاك الأمثل للطاقة لكل 100 كيلومتر الذي يتم الحصول عليه باستخدام التكنولوجيا المتاحة يزيد قليلاً عن 15 كيلووات في الساعة. وهذا يعني أنه على المدى القصير، فإن محاولة تقليل استهلاك الطاقة من خلال تحسين كفاءة السيارة نفسها، حتى دون مراعاة التكلفة الإضافية، يكون تأثير توفير الطاقة صغيرًا نسبيًا.

خذ حزمة بطارية Tesla بقدرة 85 كيلو وات في الساعة كمثال. مسافة القيادة الاسمية هي 500 كيلومتر. إذا تم تقليل استهلاك الطاقة إلى 15 كيلو واط في الساعة/100 كم من خلال الجهود المختلفة، فيمكن زيادة مسافة القيادة إلى 560 كم. لذلك، يمكن القول أن عمر بطارية السيارة يتناسب مع سعة البطارية، والمعامل التناسبي ثابت نسبيًا. من وجهة النظر هذه، فإن استخدام البطاريات ذات كثافة الطاقة الأعلى (كل من طاقة Wh/kg لكل وحدة وزن وطاقة Wh/L لكل وحدة حجم) له أهمية كبيرة لتحسين أداء المركبات الكهربائية، لأنه في في السيارات الكهربائية، تشغل البطارية جزءًا كبيرًا من الوزن الإجمالي.

جميع أنواع بطاريات الليثيوم أيون هي البطاريات الأكثر انتظارًا والأكثر استخدامًا. تشتمل بطاريات الليثيوم المستخدمة في السيارات بشكل أساسي على بطارية نيكل كوبالت منجنات الليثيوم الثلاثية (NCM)، وبطارية ألومينات الليثيوم والكوبالت والنيكل (NCA) وبطارية فوسفات حديد الليثيوم (LPF).

1. بطارية ثلاثية منجنيات الليثيوم والنيكل والكوبالت NCMيتم استخدامه من قبل العديد من السيارات الكهربائية في الخارج بسبب معدل إنتاج الحرارة المنخفض، والاستقرار الجيد نسبيًا، والعمر الطويل، وكثافة الطاقة التي تتراوح بين 150-220 وات ساعة/كجم.

2. NCA بطارية ليثيوم ألومينات النيكل والكوبالت

تستخدم تسلا هذه البطارية. كثافة الطاقة عالية، حيث تتراوح بين 200-260 وات/كجم، ومن المتوقع أن تصل إلى 300 وات/كجم قريبًا. المشكلة الرئيسية هي أن باناسونيك هي الوحيدة القادرة على إنتاج هذه البطارية في الوقت الحالي، والسعر مرتفع، والسلامة هي الأسوأ بين بطاريات الليثيوم الثلاث، الأمر الذي يتطلب أداءً عاليًا لتبديد الحرارة ونظام إدارة البطارية.

3. بطارية ليثيوم فوسفات الحديد LPF أخيرًا، دعونا نلقي نظرة على بطارية LPF الأكثر استخدامًا في السيارات الكهربائية المحلية. أكبر عيب لهذا النوع من البطاريات هو أن كثافة الطاقة منخفضة جدًا، والتي يمكن أن تصل فقط إلى 100-120 وات ساعة/كجم. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع LPF أيضًا بمعدل تفريغ ذاتي مرتفع. لا شيء من هذا مرغوب فيه من قبل صانعي السيارات الكهربائية. إن اعتماد LPF على نطاق واسع في الصين هو أشبه بتسوية قدمتها الشركات المصنعة المحلية لإدارة البطاريات وأنظمة التبريد باهظة الثمن - تتمتع بطاريات LPF باستقرار وأمان عاليين للغاية، ويمكن أن تضمن التشغيل المستقر حتى مع أنظمة إدارة البطارية الضعيفة وعمر البطارية الأطول. فائدة أخرى تقدمها هذه الميزة هي أن بعض بطاريات LPF تتمتع بكثافة طاقة تفريغ عالية للغاية، مما يمكن أن يحسن الأداء الديناميكي للمركبة. بالإضافة إلى ذلك، فإن سعر بطاريات LPF منخفض نسبيًا، لذا فهو مناسب للاستراتيجية الحالية المنخفضة السعر والمنخفضة للسيارات الكهربائية المحلية. ولكن ما إذا كان سيتم تطويرها بقوة باعتبارها تكنولوجيا البطاريات في المستقبل، لا تزال هناك علامة استفهام.

ما الحجم الذي يجب أن تكون عليه بطارية السيارة الكهربائية المتوسطة؟ هل هي حزمة بطارية تحتوي على آلاف بطاريات تسلا المتسلسلة والمتوازية، أم حزمة بطارية مبنية على عدد قليل من البطاريات الكبيرة من BYD؟ هذا سؤال قيد البحث، ولا توجد إجابة محددة له حاليًا. يتم هنا تقديم خصائص مجموعة البطارية المكونة من خلايا كبيرة وخلايا صغيرة فقط.

عندما تكون البطارية صغيرة، ستكون مساحة تبديد الحرارة الإجمالية للبطارية كبيرة نسبيًا، ويمكن التحكم في درجة حرارة حزمة البطارية بأكملها بشكل فعال من خلال تصميم معقول لتبديد الحرارة لمنع ارتفاع درجة الحرارة من التسارع والانتقاص من عمر البطارية. بشكل عام، ستكون كثافة الطاقة والطاقة للبطاريات ذات السعة الفردية الأصغر أعلى. وأخيرًا، والأهم من ذلك، بشكل عام، أنه كلما قلت الطاقة التي تمتلكها بطارية واحدة، زاد مستوى سلامة السيارة بأكملها. تتكون حزمة البطارية من عدد كبير من الخلايا الصغيرة، حتى لو تعطلت خلية واحدة، فلن تسبب الكثير من المشكلات. لكن إذا كانت هناك مشكلة داخل بطارية ذات سعة كبيرة، فإن الخطر على السلامة يكون أكبر بكثير. ولذلك، تتطلب الخلايا الكبيرة المزيد من أجهزة الحماية، مما يقلل بشكل أكبر من كثافة الطاقة لحزمة البطارية المكونة من خلايا كبيرة.

ومع ذلك، مع الحل الذي قدمته تسلا، أصبحت العيوب واضحة أيضًا. تتطلب آلاف البطاريات نظامًا معقدًا للغاية لإدارة البطارية، ولا يمكن التقليل من التكلفة الإضافية. تبلغ تكلفة نظام BMS (نظام إدارة البطارية) المستخدم في سيارة فولكس فاجن E-Golf، وهي وحدة فرعية قادرة على إدارة 12 بطارية، 17 دولارًا. وفقًا لتقدير عدد البطاريات التي تستخدمها تسلا، فحتى لو كانت تكلفة أنظمة إدارة المباني ذاتية التطوير منخفضة، فإن تكلفة استثمار تسلا في أنظمة إدارة المباني تزيد عن 5000 دولار أمريكي، وهو ما يمثل أكثر من 5% من تكلفة أنظمة إدارة المباني. مركبة كاملة. ومن هذا المنطلق، لا يمكن القول أن البطارية الكبيرة ليست جيدة. في حالة عدم تخفيض سعر BMS بشكل كبير، يجب تحديد حجم حزمة البطارية وفقًا لموقع السيارة.

باعتباره تقنية أساسية أخرى في السيارات الكهربائية، غالبًا ما يصبح المحرك محور المناقشة، وخاصة محرك تسلا بحجم البطيخ مع أداء السيارة الرياضية، وهو أمر أكثر إذهالًا (يمكن أن تصل الطاقة القصوى للمحرك من الطراز S إلى أكثر من 300 كيلو واط، الحد الأقصى يبلغ عزم الدوران 600 نيوتن متر، وقوة الذروة قريبة من قوة محرك واحد لوحدة EMU عالية السرعة). وقد علق بعض الباحثين في صناعة السيارات الألمانية بما يلي:

لا تستخدم تسلا أي شيء تقريبًا باستثناء المكونات التقليدية (جسم من الألومنيوم،محرك غير متزامن للدفع، تكنولوجيا الهيكل التقليدية مع الهواءنظام التعليق ونظام ESP ونظام الفرامل التقليدي المزود بمضخة تفريغ كهربائية وخلايا الكمبيوتر المحمول وما إلى ذلك.)

تستخدم تسلا جميع الأجزاء التقليدية، هيكل الألومنيوم، المحركات غير المتزامنة، هيكل السيارة التقليدية، نظام الفرامل وبطارية الكمبيوتر المحمول وما إلى ذلك.

الابتكار الحقيقي الوحيد يكمن في التكنولوجيا التي تربط البطاريةالخلايا، والتي تستخدم أسلاك الربط التي حصلت تسلا على براءة اختراعها، بالإضافة إلى البطاريةنظام إدارة يمكن وميضه "عبر الهواء"، مما يعني أنلم تعد السيارة بحاجة إلى القيادة إلى ورشة عمل لتلقي تحديثات البرامج.

اختراع تسلا العبقري الوحيد هو طريقة تعامله مع البطارية. يستخدمون كابل بطارية خاصًا ونظام إدارة المباني (BMS) الذي يتيح التواصل اللاسلكي المباشر دون الحاجة إلى العودة إلى المصنع لتحديث البرنامج.

في الواقع، فإن محرك تسلا غير المتزامن عالي الكثافة للطاقة ليس جديدًا جدًا. في أول نموذج رودستر لشركة تسلا، تم استخدام منتجات شركة Tomita Electric التايوانية، ولا تختلف المعلمات كثيرًا عن المعلمات التي أعلن عنها الطراز S. وفي البحث الحالي، يمتلك العلماء في الداخل والخارج تصميمات لمركبات منخفضة التكلفة وعالية الطاقة. المحركات التي يمكن وضعها في الإنتاج بسرعة. لذا، عند النظر إلى هذا المجال، تجنب سيارة تيسلا الأسطورية - محركات تيسلا جيدة بما فيه الكفاية، ولكنها ليست جيدة لدرجة أنه لا يمكن لأي شخص آخر أن يصنعها.

من بين أنواع المحركات العديدة، فإن الأنواع الشائعة الاستخدام في السيارات الكهربائية هي المحركات غير المتزامنة (وتسمى أيضًا المحركات الحثية)، والمحركات المتزامنة المثارة خارجيًا، والمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم، والمحركات المتزامنة الهجينة. أولئك الذين يعتقدون أن المحركات الثلاثة الأولى لديها بعض المعرفة بالسيارات الكهربائية سيكون لديهم بعض المفاهيم الأساسية. تتميز المحركات غير المتزامنة بتكلفة منخفضة وموثوقية عالية، وتتميز المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم بكثافة طاقة عالية وكفاءة، وحجم صغير ولكن سعر مرتفع، وتحكم معقد في القسم عالي السرعة. .

ربما تكون قد سمعت القليل عن المحركات المتزامنة الهجينة، ولكن في الآونة الأخيرة، بدأ العديد من موردي المحركات الأوروبيين في توفير مثل هذه المحركات. كثافة الطاقة وكفاءتها عالية جدًا، وقدرة التحميل الزائد قوية، لكن التحكم ليس صعبًا، وهو مناسب جدًا للسيارات الكهربائية.

لا يوجد شيء خاص في هذا المحرك. بالمقارنة مع المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم، بالإضافة إلى المغناطيس الدائم، يضيف الدوار أيضًا ملف إثارة مشابه للمحرك المتزامن التقليدي. مثل هذا المحرك لا يتمتع فقط بكثافة الطاقة العالية التي يجلبها المغناطيس الدائم، ولكن يمكنه أيضًا ضبط المجال المغناطيسي وفقًا للاحتياجات من خلال ملف الإثارة، والذي يمكن التحكم فيه بسهولة في كل قسم سرعة. ومن الأمثلة النموذجية على ذلك محرك سلسلة HSM1 الذي تنتجه شركة BRUSA في سويسرا. يظهر المنحنى المميز HSM1-10.18.22 كما هو موضح في الشكل أدناه. تبلغ الطاقة القصوى 220 كيلووات ويبلغ الحد الأقصى لعزم الدوران 460 نيوتن متر، لكن حجمها يبلغ 24 لترًا فقط (قطره 30 سم وطوله 34 سم) ويزن حوالي 76 كجم. كثافة الطاقة وكثافة عزم الدوران قابلة للمقارنة بشكل أساسي بمنتجات Tesla. وبطبيعة الحال، فإن السعر ليس رخيصا. وهذا المحرك مزود بمحول تردد، ويبلغ سعره حوالي 11 ألف يورو.

بالنسبة للطلب على السيارات الكهربائية، فإن تراكم تكنولوجيا المحركات ناضج بما فيه الكفاية. وما ينقصنا حاليًا هو محرك مصمم خصيصًا للسيارات الكهربائية، وليس التكنولوجيا اللازمة لصنع مثل هذا المحرك. من المعتقد أنه مع النضج التدريجي للسوق وتطوره، ستصبح المحركات ذات كثافة الطاقة العالية أكثر شيوعًا، وسيصبح السعر قريبًا أكثر فأكثر من الناس.

بالنسبة للطلب على السيارات الكهربائية، لا يوجد حاليًا سوى نقص في المحركات المصممة خصيصًا للسيارات الكهربائية. من المعتقد أنه مع النضج التدريجي للسوق وتطوره، ستصبح المحركات ذات كثافة الطاقة العالية أكثر شيوعًا، وسيصبح السعر قريبًا أكثر فأكثر من الناس.

يحتاج البحث في مجال السيارات الكهربائية إلى العودة إلى جوهره. إن جوهر السيارات الكهربائية هو النقل الآمن وبأسعار معقولة، وليس مختبرًا لتكنولوجيا الهاتف المحمول، ولا تحتاج بالضرورة إلى استخدام التكنولوجيا الأكثر تقدمًا وعصرية. وفي التحليل النهائي، ينبغي تخطيطها وتصميمها وفقاً لاحتياجات المنطقة.

لقد أظهر ظهور تسلا للناس أن المستقبل يجب أن ينتمي إلى السيارات الكهربائية. لا يزال الشكل الذي ستبدو عليه السيارات الكهربائية المستقبلية والمكانة التي ستحتلها الصين في صناعة السيارات الكهربائية في المستقبل مجهولة. وهذا أيضًا هو سحر العمل الصناعي: فخلافًا للعلوم الطبيعية، فحتى النتيجة الحتمية التي تشير إليها قوانين العلوم الاجتماعية تتطلب من الناس تحقيقها من خلال الاستكشاف والجهد الشاق!

(المؤلف: طالب دكتوراه في هندسة المركبات الكهربائية في جامعة ميونيخ التقنية)