Η ώρα είναι κατάλληλη και το μέρος είναι σωστό, και όλες οι κινεζικές εταιρείες ηλεκτρικών οχημάτων είναι κατειλημμένες. Η Κίνα φαίνεται να έχει γίνει το κέντρο της παγκόσμιας βιομηχανίας ηλεκτρικών οχημάτων.
Στην πραγματικότητα, στη Γερμανία, εάν η μονάδα σας δεν παρέχει πασσάλους φόρτισης, ίσως χρειαστεί να αγοράσετε έναν μόνοι σας. στο κατώφλι. Ωστόσο, συζητάμε πάντα γιατί τόσες εξαιρετικές γερμανικές εταιρείες αυτοκινήτων δεν μπορούν να κάνουν Tesla και δεν είναι δύσκολο να βρούμε τους λόγους τώρα.
Το 2014, ο καθηγητής Lienkamp του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Μονάχου δημοσίευσε ένα νέο βιβλίο «Status of electrical mobility 2014», το οποίο είναι δωρεάν και ανοιχτό στην κοινωνία, και είπε: «Αν και τα ηλεκτρικά οχήματα έχουν διάφορα ελαττώματα, δεν έχω δει ποτέ αυτοκίνητο που να έχει ήδη μια ηλεκτρική κινητικότητα. Ο οδηγός του αυτοκινήτου, μπαίνει ξανά στην αγκαλιά του παραδοσιακού αυτοκινήτου. Ακόμη και το πιο συνηθισμένο ηλεκτρικό αυτοκίνητο σας φέρνει τη χαρά της οδήγησης, που δεν συγκρίνεται με ένα βενζινοκίνητο αυτοκίνητο». Ένα τέτοιο αυτοκίνητο μπορεί πραγματικά να κάνει τον ιδιοκτήτη του αυτοκινήτου να μην ανανεώσει Πετώντας ξανά στην αγκαλιά των παραδοσιακών αυτοκινήτων;
Όπως όλοι γνωρίζουμε, η καρδιά ενός ηλεκτρικού οχήματος είναι η μπαταρία.
Για ένα συνηθισμένο ηλεκτρικό όχημα, σύμφωνα με τη δοκιμή ευρωπαϊκών προτύπων, η κατανάλωση ενέργειας ανά 100 χιλιόμετρα είναι περίπου 17 kWh, δηλαδή 17 kWh. Ο Δρ Thomas Pesce μελέτησε την κατανάλωση ενέργειας των συμπαγών οχημάτων κάτω από τη βέλτιστη διαμόρφωση. Χωρίς να λαμβάνεται υπόψη το κόστος, η βέλτιστη κατανάλωση ενέργειας ανά 100 χιλιόμετρα που επιτυγχάνεται με τη χρήση της υπάρχουσας διαθέσιμης τεχνολογίας είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από 15 kWh. Αυτό σημαίνει ότι βραχυπρόθεσμα, η προσπάθεια μείωσης της κατανάλωσης ενέργειας βελτιστοποιώντας την απόδοση του ίδιου του αυτοκινήτου, ακόμη και χωρίς να ληφθεί υπόψη το πρόσθετο κόστος, το αποτέλεσμα εξοικονόμησης ενέργειας είναι σχετικά μικρό.
Πάρτε για παράδειγμα τη μπαταρία 85 kWh της Tesla. Η ονομαστική απόσταση οδήγησης είναι 500 χλμ. Εάν η κατανάλωση ενέργειας μειωθεί στα 15kWh/100km με διάφορες προσπάθειες, η απόσταση οδήγησης μπορεί να αυξηθεί στα 560km. Επομένως, μπορεί να ειπωθεί ότι η διάρκεια ζωής της μπαταρίας του αυτοκινήτου είναι ανάλογη με τη χωρητικότητα της μπαταρίας και ο αναλογικός συντελεστής είναι σχετικά σταθερός. Από αυτή την άποψη, η χρήση μπαταριών με υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα (τόσο η ενέργεια Wh/kg ανά μονάδα βάρους όσο και η ενέργεια Wh/L ανά μονάδα όγκου) έχει μεγάλη σημασία για τη βελτίωση της απόδοσης των ηλεκτρικών οχημάτων, διότι σε ηλεκτρικά οχήματα, η μπαταρία καταλαμβάνει μεγάλο μέρος του συνολικού βάρους.
Όλα τα είδη μπαταριών ιόντων λιθίου είναι οι πιο αναμενόμενες και οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες μπαταρίες. Οι μπαταρίες λιθίου που χρησιμοποιούνται στα αυτοκίνητα περιλαμβάνουν κυρίως τριμερή μπαταρία νικελίου κοβαλτίου μαγγανικού λιθίου (NCM), μπαταρία αργιλίου λιθίου νικελίου κοβαλτίου (NCA) και μπαταρία φωσφορικού σιδήρου λιθίου (LPF).
1. Τριμερής μπαταρία μαγγανικού λιθίου νικελίου-κοβαλτίου NCMχρησιμοποιείται από πολλά ηλεκτρικά οχήματα στο εξωτερικό λόγω του χαμηλού ρυθμού παραγωγής θερμότητας, της σχετικά καλής σταθερότητας, της μεγάλης διάρκειας ζωής και της ενεργειακής πυκνότητας 150-220 Wh/kg.
2. Μπαταρία λιθίου νικελίου-κοβαλτίου αλουμινίου NCA
Η Tesla χρησιμοποιεί αυτήν την μπαταρία. Η ενεργειακή πυκνότητα είναι υψηλή, στις 200-260Wh/kg, και αναμένεται να φτάσει σύντομα τις 300Wh/kg. Το κύριο πρόβλημα είναι ότι μόνο η Panasonic μπορεί να παράγει αυτήν την μπαταρία προς το παρόν, η τιμή είναι υψηλή και η ασφάλεια είναι η χειρότερη μεταξύ των τριών μπαταριών λιθίου, κάτι που απαιτεί σύστημα απαγωγής θερμότητας και διαχείρισης μπαταριών υψηλής απόδοσης.
3. Μπαταρία λιθίου φωσφορικού σιδήρου LPF Τέλος, ας δούμε την μπαταρία LPF που χρησιμοποιείται περισσότερο στα οικιακά ηλεκτρικά οχήματα. Το μεγαλύτερο μειονέκτημα αυτού του τύπου μπαταρίας είναι ότι η ενεργειακή πυκνότητα είναι πολύ χαμηλή, η οποία μπορεί να φτάσει μόνο τις 100-120 Wh/kg. Επιπλέον, το LPF έχει επίσης υψηλό ποσοστό αυτοεκφόρτισης. Τίποτα από αυτά δεν είναι επιθυμητό από τους κατασκευαστές EV. Η ευρεία υιοθέτηση του LPF στην Κίνα μοιάζει περισσότερο με συμβιβασμό που έγινε από εγχώριους κατασκευαστές για ακριβά συστήματα διαχείρισης μπαταριών και ψύξης – οι μπαταρίες LPF έχουν πολύ υψηλή σταθερότητα και ασφάλεια και μπορούν να εξασφαλίσουν σταθερή λειτουργία ακόμη και με κακά συστήματα διαχείρισης μπαταριών και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Ένα άλλο πλεονέκτημα που προσφέρει αυτό το χαρακτηριστικό είναι ότι ορισμένες μπαταρίες LPF έχουν εξαιρετικά υψηλή πυκνότητα ισχύος εκφόρτισης, η οποία μπορεί να βελτιώσει τη δυναμική απόδοση του οχήματος. Επιπλέον, η τιμή των μπαταριών LPF είναι σχετικά χαμηλή, επομένως είναι κατάλληλη για την τρέχουσα στρατηγική χαμηλού κόστους και χαμηλής τιμής των εγχώριων ηλεκτρικών οχημάτων. Αλλά αν θα αναπτυχθεί δυναμικά ως η τεχνολογία μπαταριών του μέλλοντος, υπάρχει ακόμα ένα ερωτηματικό.
Πόσο μεγάλη πρέπει να είναι η μπαταρία ενός μέσου ηλεκτρικού αυτοκινήτου; Είναι ένα πακέτο μπαταριών με χιλιάδες μπαταρίες Tesla σε σειρά και παράλληλες, ή ένα πακέτο μπαταριών κατασκευασμένο με μερικές μεγάλες μπαταρίες της BYD; Αυτή είναι μια υπο-ερευνητική ερώτηση και δεν υπάρχει προς το παρόν σαφής απάντηση. Εδώ παρουσιάζονται μόνο τα χαρακτηριστικά της μπαταρίας που αποτελείται από μεγάλες και μικρές κυψέλες.
Όταν η μπαταρία είναι μικρή, η συνολική περιοχή απαγωγής θερμότητας της μπαταρίας θα είναι σχετικά μεγάλη και η θερμοκρασία ολόκληρου του πακέτου μπαταριών μπορεί να ελεγχθεί αποτελεσματικά μέσω ενός λογικού σχεδιασμού απαγωγής θερμότητας για να αποτραπεί η επιτάχυνση της υψηλής θερμοκρασίας και η μείωση της διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Γενικά, η ισχύς και η ενεργειακή πυκνότητα των μπαταριών με μικρότερη μονή χωρητικότητα θα είναι υψηλότερη. Τέλος, και πιο σημαντικό, σε γενικές γραμμές, όσο λιγότερη ενέργεια έχει μια μπαταρία, τόσο μεγαλύτερη είναι η ασφάλεια ολόκληρου του οχήματος. Ένα πακέτο μπαταριών που αποτελείται από μεγάλο αριθμό μικρών κυψελών, ακόμα κι αν ένα μεμονωμένο στοιχείο αποτύχει, δεν θα προκαλέσει πολύ πρόβλημα. Αλλά εάν υπάρχει πρόβλημα στο εσωτερικό μιας μπαταρίας μεγάλης χωρητικότητας, ο κίνδυνος για την ασφάλεια είναι πολύ μεγαλύτερος. Επομένως, οι μεγάλες κυψέλες απαιτούν περισσότερες συσκευές προστασίας, γεγονός που μειώνει περαιτέρω την ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας που αποτελείται από μεγάλες κυψέλες.
Ωστόσο, με τη λύση της Tesla, τα μειονεκτήματα είναι επίσης εμφανή. Χιλιάδες μπαταρίες απαιτούν ένα εξαιρετικά περίπλοκο σύστημα διαχείρισης μπαταριών και το πρόσθετο κόστος δεν μπορεί να υποτιμηθεί. Το BMS (Battery Management System) που χρησιμοποιείται στο Volkswagen E-Golf, μια υπομονάδα ικανή να διαχειρίζεται 12 μπαταρίες, κοστίζει 17 $. Σύμφωνα με την εκτίμηση του αριθμού των μπαταριών που χρησιμοποιούνται από την Tesla, ακόμη και αν το κόστος του αυτοαναπτυγμένου BMS είναι χαμηλό, το κόστος της επένδυσης της Tesla στο BMS είναι πάνω από 5.000 δολάρια ΗΠΑ, αντιπροσωπεύοντας περισσότερο από το 5% του κόστους του ολόκληρο όχημα. Από αυτή την άποψη, δεν μπορεί να ειπωθεί ότι μια μεγάλη μπαταρία δεν είναι καλή. Σε περίπτωση που η τιμή του BMS δεν έχει μειωθεί σημαντικά, το μέγεθος της μπαταρίας θα πρέπει να προσδιορίζεται ανάλογα με τη θέση του αυτοκινήτου.
Ως άλλη βασική τεχνολογία στα ηλεκτρικά οχήματα, ο κινητήρας γίνεται συχνά ο πυρήνας της συζήτησης, ειδικά ο κινητήρας μεγέθους καρπουζιού της Tesla με απόδοση σπορ αυτοκινήτου, η οποία είναι ακόμη πιο εκπληκτική (η μέγιστη ισχύς του κινητήρα Model S μπορεί να φτάσει περισσότερα από 300 kW, Η μέγιστη η ροπή είναι 600 Nm και η μέγιστη ισχύς είναι κοντά στην ισχύ ενός μόνο κινητήρα μιας υψηλής ταχύτητας EMU). Ορισμένοι ερευνητές στη γερμανική αυτοκινητοβιομηχανία σχολίασαν ως εξής:
Η Tesla δεν χρησιμοποιεί σχεδόν τίποτα εκτός από συμβατικά εξαρτήματα (σώμα από αλουμίνιο,ασύγχρονος κινητήρας για πρόωση, συμβατική τεχνολογία πλαισίου με αέραανάρτηση, ESP και συμβατικό σύστημα πέδησης με ηλεκτρική αντλία κενού, κυψέλες φορητού υπολογιστή κ.λπ.)
Η Tesla χρησιμοποιεί όλα τα συμβατικά εξαρτήματα, σώμα αλουμινίου, ασύγχρονους κινητήρες, συμβατική δομή αυτοκινήτου, σύστημα πέδησης και μπαταρία φορητού υπολογιστή κ.λπ.
Η μόνη γνήσια καινοτομία βρίσκεται στην τεχνολογία που συνδέει την μπαταρίακύτταρα, που χρησιμοποιεί καλώδια συγκόλλησης που έχει κατοχυρώσει η Tesla, καθώς και μπαταρίασύστημα διαχείρισης που μπορεί να αναβοσβήνει "over the air", που σημαίνει ότι τοΤο όχημα δεν χρειάζεται πλέον να οδηγεί σε συνεργείο για να λαμβάνει ενημερώσεις λογισμικού.
Η μόνη ιδιοφυή εφεύρεση του Tesla είναι ο χειρισμός της μπαταρίας. Χρησιμοποιούν ένα ειδικό καλώδιο μπαταρίας και ένα BMS που επιτρέπει την απευθείας ασύρματη δικτύωση χωρίς να χρειάζεται να επιστρέψετε στο εργοστάσιο για να ενημερώσετε το λογισμικό.
Στην πραγματικότητα, ο ασύγχρονος κινητήρας υψηλής πυκνότητας ισχύος της Tesla δεν είναι πολύ νέος. Στο παλαιότερο μοντέλο Roadster της Tesla, χρησιμοποιούνται τα προϊόντα της Tomita Electric της Ταϊβάν και οι παράμετροι δεν διαφέρουν πολύ από τις παραμέτρους που ανακοίνωσε το Model S. Στην τρέχουσα έρευνα, μελετητές στο εσωτερικό και στο εξωτερικό έχουν σχέδια για χαμηλού κόστους και υψηλής ισχύος κινητήρες που μπορούν να τεθούν γρήγορα στην παραγωγή. Επομένως, όταν κοιτάτε αυτό το πεδίο, αποφύγετε το μυθικό Tesla – οι κινητήρες του Tesla είναι αρκετά καλοί, αλλά όχι τόσο καλοί ώστε κανείς άλλος να μην μπορεί να τους κατασκευάσει.
Μεταξύ των πολλών τύπων κινητήρων, αυτοί που χρησιμοποιούνται συνήθως στα ηλεκτρικά οχήματα είναι κυρίως οι ασύγχρονοι κινητήρες (ονομάζονται επίσης επαγωγικοί κινητήρες), οι εξωτερικά διεγερμένοι σύγχρονοι κινητήρες, οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη και οι υβριδικοί σύγχρονοι κινητήρες. Όσοι πιστεύουν ότι οι τρεις πρώτοι κινητήρες έχουν κάποιες γνώσεις για τα ηλεκτρικά οχήματα θα έχουν κάποιες βασικές έννοιες. Οι ασύγχρονοι κινητήρες έχουν χαμηλό κόστος και υψηλή αξιοπιστία, οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη έχουν υψηλή πυκνότητα και απόδοση ισχύος, μικρό μέγεθος αλλά υψηλή τιμή και πολύπλοκο έλεγχο διατομής υψηλής ταχύτητας. .
Μπορεί να έχετε ακούσει λιγότερο για τους υβριδικούς σύγχρονους κινητήρες, αλλά πρόσφατα, πολλοί Ευρωπαίοι προμηθευτές κινητήρων άρχισαν να παρέχουν τέτοιους κινητήρες. Η πυκνότητα ισχύος και η απόδοση είναι πολύ υψηλή και η ικανότητα υπερφόρτωσης είναι ισχυρή, αλλά ο έλεγχος δεν είναι δύσκολος, κάτι που είναι πολύ κατάλληλο για ηλεκτρικά οχήματα.
Δεν υπάρχει τίποτα ιδιαίτερο σε αυτόν τον κινητήρα. Σε σύγκριση με τον σύγχρονο κινητήρα μόνιμου μαγνήτη, εκτός από τους μόνιμους μαγνήτες, ο ρότορας προσθέτει επίσης μια περιέλιξη διέγερσης παρόμοια με τον παραδοσιακό σύγχρονο κινητήρα. Ένας τέτοιος κινητήρας όχι μόνο έχει την υψηλή πυκνότητα ισχύος που προσφέρει ο μόνιμος μαγνήτης, αλλά μπορεί επίσης να ρυθμίσει το μαγνητικό πεδίο σύμφωνα με τις ανάγκες μέσω της περιέλιξης διέγερσης, η οποία μπορεί να ελεγχθεί εύκολα σε κάθε τμήμα ταχύτητας. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι ο κινητήρας της σειράς HSM1 που παράγεται από την BRUSA στην Ελβετία. Η χαρακτηριστική καμπύλη HSM1-10.18.22 είναι όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Η μέγιστη ισχύς είναι 220 kW και η μέγιστη ροπή είναι 460 Nm, αλλά ο όγκος του είναι μόνο 24 L (30 cm διάμετρος και 34 cm μήκος) και ζυγίζει περίπου 76 kg. Η πυκνότητα ισχύος και η πυκνότητα ροπής είναι βασικά συγκρίσιμες με τα προϊόντα της Tesla. Φυσικά, η τιμή δεν είναι φθηνή. Αυτός ο κινητήρας είναι εξοπλισμένος με μετατροπέα συχνότητας, και η τιμή του είναι περίπου 11.000 ευρώ.
Για τη ζήτηση για ηλεκτρικά οχήματα, η συσσώρευση τεχνολογίας κινητήρα είναι αρκετά ώριμη. Αυτό που λείπει επί του παρόντος είναι ένας κινητήρας σχεδιασμένος ειδικά για ηλεκτρικά οχήματα, όχι η τεχνολογία για την κατασκευή ενός τέτοιου κινητήρα. Πιστεύεται ότι με τη σταδιακή ωρίμανση και ανάπτυξη της αγοράς, οι κινητήρες με υψηλή πυκνότητα ισχύος θα γίνονται όλο και πιο δημοφιλείς και η τιμή θα γίνεται όλο και πιο κοντά στους ανθρώπους.
Όσον αφορά τη ζήτηση για ηλεκτρικά οχήματα, υπάρχει επί του παρόντος έλλειψη μόνο κινητήρων ειδικά σχεδιασμένων για ηλεκτρικά οχήματα. Πιστεύεται ότι με τη σταδιακή ωρίμανση και ανάπτυξη της αγοράς, οι κινητήρες με υψηλή πυκνότητα ισχύος θα γίνονται όλο και πιο δημοφιλείς και η τιμή θα γίνεται όλο και πιο κοντά στους ανθρώπους.
Η έρευνα για τα ηλεκτρικά οχήματα πρέπει να επιστρέψει στην ουσία. Η ουσία των ηλεκτρικών οχημάτων είναι η ασφαλής και οικονομικά προσιτή μεταφορά, όχι ένα κινητό εργαστήριο τεχνολογίας και δεν χρειάζεται απαραίτητα να χρησιμοποιεί την πιο προηγμένη και μοντέρνα τεχνολογία. Σε τελική ανάλυση, θα πρέπει να σχεδιαστεί και να σχεδιαστεί σύμφωνα με τις ανάγκες της περιοχής.
Η εμφάνιση της Tesla έδειξε στους ανθρώπους ότι το μέλλον πρέπει να ανήκει στα ηλεκτρικά οχήματα. Πώς θα είναι τα μελλοντικά ηλεκτρικά οχήματα και ποια θέση θα καταλάβει η Κίνα στη βιομηχανία ηλεκτρικών οχημάτων στο μέλλον είναι ακόμα άγνωστα. Αυτή είναι και η γοητεία της βιομηχανικής εργασίας: σε αντίθεση με τις φυσικές επιστήμες, ακόμη και το αναπόφευκτο αποτέλεσμα που υποδεικνύεται από τους νόμους της κοινωνικής επιστήμης απαιτεί από τους ανθρώπους να το επιτύχουν με επίπονη εξερεύνηση και προσπάθεια!
(Συγγραφέας: Υποψήφιος διδάκτορας στη μηχανική ηλεκτρικών οχημάτων στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου)
Ώρα δημοσίευσης: Μαρ-24-2022