Настаў час і месца, і ўсе кітайскія кампаніі па вытворчасці электрамабіляў занятыя. Здаецца, Кітай стаў цэнтрам сусветнай індустрыі электрамабіляў.
Фактычна, у Германіі, калі ваша прылада не забяспечвае зарадныя палі, вам можа спатрэбіцца набыць яе самастойна. на парозе. Тым не менш, мы ўвесь час абмяркоўваем, чаму так шмат выдатных нямецкіх аўтамабільных кампаній не могуць вырабляць Tesla, і знайсці прычыны цяпер няцяжка.
У 2014 годзе прафесар Лінкамп з Мюнхенскага тэхнічнага ўніверсітэта апублікаваў новую кнігу «Статус электрычнай мабільнасці 2014», якая з'яўляецца бясплатнай і адкрытай для грамадства, і сказаў: «Хоць электрамабілі маюць розныя дэфекты, я ніколі не бачыў аўтамабіля, які ужо валодае электрычнай мабільнасцю. Кіроўца аўтамабіля, зноў увайсці ў абдымкі традыцыйнага аўтамабіля. Нават самы звычайны электрамабіль прынясе радасць ад кіравання, якой не параўнаецца з бензінавым аўтамабілем». Такі аўтамабіль сапраўды можа прымусіць аўтаўладальніка не абнаўляць.
Як мы ўсе ведаем, сэрцам электрамабіля з'яўляецца акумулятар.
Для звычайнага электрамабіля, паводле еўрапейскага стандарту, спажыванне энергіі на 100 кіламетраў складае каля 17 кВт.гадз, гэта значыць 17 кВт.гадз. Доктар Томас Пешэ вывучаў энергаспажыванне кампактных аўтамабіляў у аптымальнай канфігурацыі. Без уліку кошту, аптымальнае спажыванне энергіі на 100 кіламетраў пры выкарыстанні існуючай даступнай тэхналогіі складае крыху больш за 15 кВт.гадз. Гэта азначае, што ў кароткатэрміновай перспектыве, спрабуючы паменшыць спажыванне энергіі за кошт аптымізацыі эфектыўнасці самога аўтамабіля, нават без уліку дадатковых выдаткаў, эфект эканоміі энергіі адносна невялікі.
Возьмем у якасці прыкладу акумулятар Tesla магутнасцю 85 кВт/г. Намінальны прабег 500 км. Калі з дапамогай розных намаганняў спажыванне энергіі знізіцца да 15 кВт/100 км, адлегласць язды можна павялічыць да 560 км. Такім чынам, можна сказаць, што тэрмін службы батарэі аўтамабіля прапарцыйны ёмістасці акумулятара, а прапарцыйны каэфіцыент адносна фіксаваны. З гэтага пункту гледжання выкарыстанне акумулятараў з больш высокай шчыльнасцю энергіі (неабходна ўлічваць як энергію Вт·гадз/кг на адзінку вагі, так і энергію Вт·гадз/л на адзінку аб'ёму) мае вялікае значэнне для паляпшэння прадукцыйнасці электрамабіляў, таму што ў электрамабіляў, акумулятар займае вялікую частку агульнай вагі.
Усе віды літый-іённых акумулятараў з'яўляюцца самымі чаканымі і найбольш шырока выкарыстоўваюцца акумулятарамі. Літыевыя батарэі, якія выкарыстоўваюцца ў аўтамабілях, у асноўным ўключаюць нікель-кобальт-літый-манганатную трохкомпонентную батарэю (NCM), нікель-кобальт-літый-алюмінатную батарэю (NCA) і літый-жалеза-фасфатную батарэю (LPF).
1. Тройная нікель-кобальтавая літый-манганатная батарэя NCMвыкарыстоўваецца многімі электрычнымі транспартнымі сродкамі за мяжой з-за нізкай цеплавыдзялення, адносна добрай стабільнасці, доўгага тэрміну службы і шчыльнасці энергіі 150-220 Вт-г/кг.
2. Нікель-кобальтавая літыевая батарэя NCA
Tesla выкарыстоўвае гэтую батарэю. Шчыльнасць энергіі высокая, 200-260 Вт·гадз/кг, і, як чакаецца, неўзабаве дасягне 300 Вт·гадз/кг. Асноўная праблема заключаецца ў тым, што толькі Panasonic можа вырабляць гэтую батарэю ў цяперашні час, цана высокая, а бяспека з'яўляецца найгоршай сярод трох літыевых батарэй, што патрабуе высокапрадукцыйнай сістэмы адводу цяпла і кіравання батарэяй.
3. Літый-жалеза-фасфатны акумулятар LPF Нарэшце, давайце паглядзім на акумулятар LPF, які часцей за ўсё выкарыстоўваецца ў хатніх электрамабілях. Самым вялікім недахопам гэтага тыпу батарэі з'яўляецца тое, што шчыльнасць энергіі вельмі нізкая, якая можа дасягаць толькі 100-120 Втч/кг. Акрамя таго, LPF таксама мае высокую хуткасць самаразраду. Нічога з гэтага не жадаюць вытворцы электрамабіляў. Шырокае распаўсюджванне LPF ў Кітаі больш падобна на кампраміс, зроблены айчыннымі вытворцамі для дарагіх сістэм кіравання батарэямі і астуджэння - батарэі LPF валодаюць вельмі высокай стабільнасцю і бяспекай і могуць забяспечыць стабільную працу нават пры дрэнных сістэмах кіравання батарэямі і больш працяглым тэрмінам службы батарэі. Яшчэ адна перавага гэтай функцыі заключаецца ў тым, што некаторыя акумулятары LPF маюць надзвычай высокую шчыльнасць магутнасці разраду, што можа палепшыць дынамічныя характарыстыкі аўтамабіля. Акрамя таго, цана на акумулятары LPF адносна нізкая, таму яна падыходзіць для цяперашняй стратэгіі нізкага класа і нізкай цаны айчынных электрамабіляў. Але ці будзе яна актыўна развівацца як акумулятарная тэхналогія будучыні, застаецца пытаннем.
Наколькі вялікі павінен быць акумулятар сярэдняга электрамабіля? Гэта акумулятар з тысячамі паслядоўна і паралельна злучаных батарэй Tesla або акумулятар з некалькіх вялікіх акумулятараў ад BYD? Гэтае пытанне пакуль не даследуецца, адназначнага адказу на яго пакуль няма. Тут прадстаўлены толькі характарыстыкі акумулятара, які складаецца з вялікіх і малых элементаў.
Калі батарэя невялікая, агульная плошча рассейвання цяпла батарэі будзе адносна вялікай, і тэмпературу ўсёй батарэі можна эфектыўна кантраляваць з дапамогай разумнай канструкцыі рассейвання цяпла, каб прадухіліць паскарэнне высокай тэмпературы і пагаршэнне тэрмін службы батарэі. Як правіла, магутнасць і шчыльнасць энергіі батарэй з меншай адзінкавай ёмістасцю будуць вышэй. Нарэшце, што больш важна, чым менш энергіі ў адной батарэі, тым вышэй бяспека ўсяго аўтамабіля. Акумулятар, які складаецца з вялікай колькасці маленькіх элементаў, нават калі адзін элемент выйдзе з ладу, гэта не створыць вялікіх праблем. Але калі ёсць праблема ўнутры батарэі з вялікай ёмістасцю, небяспека для бяспекі значна большая. Такім чынам, для вялікіх элементаў патрабуецца больш ахоўных прылад, што яшчэ больш зніжае шчыльнасць энергіі акумулятара, які складаецца з вялікіх элементаў.
Аднак з рашэннем Tesla недахопы таксама відавочныя. Тысячы батарэй патрабуюць надзвычай складанай сістэмы кіравання батарэямі, і нельга недаацэньваць дадатковыя выдаткі. BMS (сістэма кіравання акумулятарамі), якая выкарыстоўваецца на Volkswagen E-Golf, субмодуль, здольны кіраваць 12 акумулятарамі, каштуе 17 долараў. Згодна з ацэнкай колькасці акумулятараў, якія выкарыстоўваюцца Tesla, нават калі кошт уласнай распрацоўкі BMS нізкі, кошт інвестыцый Tesla ў BMS складае больш за 5000 долараў ЗША, што складае больш за 5% ад кошту BMS. увесь аўтамабіль. З гэтага пункту гледжання нельга сказаць, што вялікі акумулятар - гэта дрэнна. У выпадку, калі цана BMS істотна не зніжана, памер акумулятарнай батарэі павінен вызначацца ў залежнасці ад размяшчэння аўтамабіля.
З'яўляючыся яшчэ адной асноўнай тэхналогіяй у электрамабілях, рухавік часта становіцца ядром дыскусій, асабліва рухавік Tesla памерам з кавун з характарыстыкамі спартыўнага аўтамабіля, што яшчэ больш уражвае (пікавая магутнасць рухавіка Model S можа дасягаць больш за 300 кВт, максімальная крутоўны момант складае 600 Нм, а пікавая магутнасць блізкая да магутнасці аднаго рухавіка высакахуткаснага ЭМУ). Некаторыя даследчыкі нямецкай аўтамабільнай прамысловасці пракаментавалі наступнае:
Tesla не выкарыстоўвае амаль нічога, акрамя звычайных кампанентаў (алюмініевы корпус,асінхронны рухавік для руху, звычайная тэхналогія шасі з паветрампадвеска, ESP і звычайная тармазная сістэма з электрычным вакуумным помпай, батарэі ноўтбука і г.д.)
Тэсла выкарыстоўвае ўсе звычайныя дэталі, алюмініевы корпус, асінхронныя рухавікі, звычайную канструкцыю аўтамабіля, тармазную сістэму і батарэю ноўтбука і г.д.
Адзінае сапраўднае новаўвядзенне заключаецца ў тэхналогіі злучэння батарэіячэек, у якіх выкарыстоўваюцца злучальныя правады, запатэнтаваныя Tesla, а таксама батарэісістэма кіравання, якую можна прашыць «па паветры», што азначае, штотранспартнаму сродку больш не трэба ехаць у майстэрню, каб атрымаць абнаўленні праграмнага забеспячэння.
Адзінае геніяльнае вынаходніцтва Тэслы заключаецца ў абыходжанні з батарэяй. Яны выкарыстоўваюць спецыяльны акумулятарны кабель і BMS, які забяспечвае прамую бесправадную сетку без неабходнасці вяртацца на завод для абнаўлення праграмнага забеспячэння.
Насамрэч, асінхронны рухавік Tesla з высокай шчыльнасцю магутнасці не занадта новы. У самай ранняй мадэлі Tesla Roadster выкарыстоўваецца прадукцыя тайваньскай Tomita Electric, і параметры не надта адрозніваюцца ад параметраў, заяўленых у Model S. У цяперашніх даследаваннях навукоўцы ў краіне і за мяжой маюць праекты недарагіх і магутных маторы, якія можна хутка запусціць у вытворчасць. Такім чынам, разглядаючы гэтую сферу, пазбягайце міфічнай Тэслы - рухавікі Тэслы дастаткова добрыя, але не настолькі добрыя, каб ніхто іншы не мог іх пабудаваць.
Сярод многіх тыпаў рухавікоў у электрамабілях звычайна выкарыстоўваюцца асінхронныя рухавікі (таксама званыя асінхроннымі рухавікамі), сінхронныя рухавікі са знешнім узбуджаннем, сінхронныя рухавікі з пастаяннымі магнітамі і гібрыдныя сінхронныя рухавікі. Тыя, хто лічыць, што першыя тры рухавікі маюць некаторыя веды аб электрамабілях, будуць мець некаторыя асноўныя паняцці. Асінхронныя рухавікі маюць нізкі кошт і высокую надзейнасць, сінхронныя рухавікі з пастаяннымі магнітамі маюць высокую шчыльнасць магутнасці і эфектыўнасць, невялікія памеры, але высокую цану і складанае высакахуткаснае кіраванне секцыяй. .
Магчыма, вы менш чулі пра гібрыдныя сінхронныя рухавікі, але ў апошні час многія еўрапейскія пастаўшчыкі рухавікоў пачалі пастаўляць такія рухавікі. Шчыльнасць магутнасці і эфектыўнасць вельмі высокія, а здольнасць да перагрузкі высокая, але кіраванне нескладана, што вельмі падыходзіць для электрамабіляў.
У гэтым маторы няма нічога асаблівага. У параўнанні з сінхронным рухавіком з пастаяннымі магнітамі, у дадатак да пастаянных магнітаў ротар таксама дадае абмотку ўзбуджэння, падобную да традыцыйнага сінхроннага рухавіка. Такі рухавік не толькі мае высокую шчыльнасць магутнасці, якую забяспечвае пастаянны магніт, але таксама можа рэгуляваць магнітнае поле ў адпаведнасці з патрэбамі праз абмотку ўзбуджэння, якой можна лёгка кіраваць на кожнай хуткаснай частцы. Тыповым прыкладам з'яўляецца рухавік серыі HSM1 вытворчасці BRUSA ў Швейцарыі. Характарыстычная крывая HSM1-10.18.22 паказана на малюнку ніжэй. Максімальная магутнасць складае 220 кВт, а максімальны крутоўны момант - 460 Нм, але яго аб'ём складае ўсяго 24 л (30 см у дыяметры і 34 см у даўжыню) і важыць каля 76 кг. Шчыльнасць магутнасці і шчыльнасць крутоўнага моманту ў асноўным супастаўныя з прадуктамі Tesla. Вядома, кошт нятанная. Гэты матор абсталяваны частотным пераўтваральнікам, а кошт - каля 11 000 еўра.
Для попыту на электрамабілі назапашванне маторных тэхналогій дастаткова спелае. У цяперашні час не хапае рухавіка, спецыяльна распрацаванага для электрамабіляў, а не тэхналогіі вырабу такога рухавіка. Мяркуецца, што з паступовым сталеннем і развіццём рынку рухавікі з высокай шчыльнасцю магутнасці будуць станавіцца ўсё больш і больш папулярнымі, а кошт будзе станавіцца ўсё больш і больш блізкай да людзей.
Для попыту на электрамабілі ў цяперашні час не хапае толькі рухавікоў, спецыяльна распрацаваных для электрамабіляў. Мяркуецца, што з паступовым сталеннем і развіццём рынку рухавікі з высокай шчыльнасцю магутнасці будуць станавіцца ўсё больш і больш папулярнымі, а кошт будзе станавіцца ўсё больш і больш блізкай да людзей.
Даследаванні электрамабіляў трэба вярнуцца да сутнасці. Сутнасць электрамабіляў - гэта бяспечны і даступны транспарт, а не мабільная тэхналагічная лабараторыя, і для гэтага неабавязкова трэба выкарыстоўваць самыя перадавыя і модныя тэхналогіі. У канчатковым выніку яго трэба планаваць і праектаваць з улікам патрэбаў рэгіёна.
З'яўленне Tesla паказала людзям, што будучыня павінна належаць электрамабілям. Як будуць выглядаць будучыя электрамабілі і якое месца ў будучыні зойме Кітай у індустрыі электрамабіляў, пакуль невядома. У гэтым таксама зачараванне прамысловай працы: у адрозненне ад прыродазнаўства, нават непазбежны вынік, паказаны законамі сацыяльных навук, патрабуе ад людзей дасягнення яго праз напружаныя даследаванні і намаганні!
(Аўтар: кандыдат навук у галіне машынабудавання электрамабіляў Мюнхенскага тэхнічнага ўніверсітэта)
Час публікацыі: 24 сакавіка 2022 г