Es el momento y el lugar adecuados, y todas las empresas chinas de vehículos eléctricos están ocupadas. China parece haberse convertido en el centro de la industria mundial de vehículos eléctricos.
De hecho, en Alemania, si su unidad no incluye pilas de carga, es posible que deba comprar una usted mismo. en la puerta. Sin embargo, siempre estamos discutiendo por qué tantas excelentes empresas automotrices alemanas no pueden fabricar Tesla, y no es difícil encontrar las razones ahora.
En 2014, el profesor Lienkamp de la Universidad Técnica de Múnich publicó un nuevo libro, gratuito y abierto a la sociedad, “Estado de la movilidad eléctrica 2014”, y decía: “Aunque los vehículos eléctricos tienen varios defectos, nunca he visto un coche que Ya posee una movilidad eléctrica. El conductor del coche, vuelve a entrar en el abrazo del coche tradicional. Incluso el coche eléctrico más común te ofrece el placer de conducir, algo que no tiene comparación con un coche de gasolina”. Un automóvil así realmente puede hacer que el propietario del automóvil no renueve. ¿Volver a los brazos de los automóviles tradicionales?
Como todos sabemos, el corazón de un vehículo eléctrico es la batería.
Para un vehículo eléctrico normal, según la prueba estándar europea, el consumo de energía cada 100 kilómetros es de unos 17 kWh, es decir, 17 kWh. El Dr. Thomas Pesce estudió el consumo de energía de los vehículos compactos bajo la configuración óptima. Sin tener en cuenta el coste, el consumo energético óptimo cada 100 kilómetros obtenido con la tecnología disponible actualmente es de algo más de 15kWh. Esto significa que, a corto plazo, intentar reducir el consumo de energía optimizando la eficiencia del propio coche, incluso sin considerar el coste adicional, el efecto de ahorro de energía es relativamente pequeño.
Tomemos como ejemplo la batería de 85 kWh de Tesla. La distancia nominal de conducción es de 500 km. Si el consumo de energía se reduce a 15 kWh/100 km mediante diversos esfuerzos, la distancia de conducción se puede aumentar a 560 km. Por lo tanto, se puede decir que la duración de la batería del automóvil es proporcional a la capacidad del paquete de baterías y el coeficiente proporcional es relativamente fijo. Desde este punto de vista, el uso de baterías con mayor densidad energética (es necesario considerar tanto la energía Wh/kg por unidad de peso como la energía Wh/L por unidad de volumen) es de gran importancia para mejorar el rendimiento de los vehículos eléctricos, porque en En los vehículos eléctricos, la batería ocupa gran parte del peso total.
Todo tipo de baterías de iones de litio son las más esperadas y las más utilizadas. Las baterías de litio utilizadas en automóviles incluyen principalmente la batería ternaria de manganato de litio y níquel cobalto (NCM), la batería de aluminato de litio y cobalto de níquel (NCA) y la batería de fosfato de hierro y litio (LPF).
1. Batería ternaria de manganato de litio y níquel-cobalto NCMEs utilizado por muchos vehículos eléctricos en el extranjero debido a su baja tasa de producción de calor, estabilidad relativamente buena, larga vida útil y densidad de energía de 150-220 Wh/kg.
2. Batería de litio de aluminato de níquel-cobalto NCA
Tesla usa esta batería. La densidad de energía es alta, de 200-260 Wh/kg, y se espera que pronto alcance los 300 Wh/kg. El principal problema es que actualmente sólo Panasonic puede producir esta batería, el precio es alto y la seguridad es la peor entre las tres baterías de litio, lo que requiere un sistema de gestión de batería y disipación de calor de alto rendimiento.
3. Batería LPF de fosfato de hierro y litio Finalmente, veamos la batería LPF más utilizada en vehículos eléctricos domésticos. La mayor desventaja de este tipo de baterías es que la densidad energética es muy baja, pudiendo alcanzar sólo 100-120Wh/kg. Además, el LPF también tiene una alta tasa de autodescarga. Los fabricantes de vehículos eléctricos no desean nada de esto. La adopción generalizada de LPF en China se parece más a un compromiso hecho por los fabricantes nacionales para costosos sistemas de gestión y refrigeración de baterías: las baterías LPF tienen una estabilidad y seguridad muy altas y pueden garantizar un funcionamiento estable incluso con sistemas de gestión de baterías deficientes y una mayor duración de la batería. Otro beneficio que aporta esta característica es que algunas baterías LPF tienen una densidad de potencia de descarga extremadamente alta, lo que puede mejorar el rendimiento dinámico del vehículo. Además, el precio de las baterías LPF es relativamente bajo, por lo que es adecuado para la estrategia actual de gama baja y precio bajo de los vehículos eléctricos nacionales. Pero todavía queda una incógnita sobre si se desarrollará vigorosamente como la tecnología de baterías del futuro.
¿Qué tamaño debe tener la batería de un coche eléctrico medio? ¿Es un paquete de baterías con miles de baterías Tesla en serie y en paralelo, o un paquete de baterías construido con algunas baterías grandes de BYD? Esta es una pregunta poco investigada y actualmente no hay una respuesta definitiva. Aquí solo se presentan las características del paquete de baterías compuesto por celdas grandes y pequeñas.
Cuando la batería es pequeña, el área total de disipación de calor de la batería será relativamente grande y la temperatura de todo el paquete de baterías se puede controlar de manera efectiva mediante un diseño de disipación de calor razonable para evitar que la alta temperatura acelere y reste valor al vida útil de la batería. Generalmente, la potencia y la densidad de energía de las baterías con menor capacidad individual serán mayores. Por último, y lo que es más importante, en términos generales, cuanta menos energía tenga una batería, mayor será la seguridad de todo el vehículo. Un paquete de baterías compuesto por una gran cantidad de celdas pequeñas, incluso si falla una sola celda, no causará demasiados problemas. Pero si hay un problema dentro de una batería de gran capacidad, el riesgo para la seguridad es mucho mayor. Por lo tanto, las celdas grandes requieren más dispositivos de protección, lo que reduce aún más la densidad de energía del paquete de baterías compuesto por celdas grandes.
Sin embargo, con la solución de Tesla, las desventajas también son obvias. Miles de baterías requieren un sistema de gestión de baterías extremadamente complejo y no se puede subestimar el coste adicional. El BMS (Battery Management System) utilizado en el Volkswagen E-Golf, un submódulo capaz de gestionar 12 baterías, cuesta 17 dólares. Según la estimación del número de baterías utilizadas por Tesla, incluso si el costo del BMS de desarrollo propio es bajo, el costo de la inversión de Tesla en BMS es de más de 5.000 dólares estadounidenses, lo que representa más del 5% del costo del vehículo completo. Desde este punto de vista, no se puede decir que una batería grande no sea buena. En el caso de que el precio del BMS no se haya reducido significativamente, el tamaño de la batería deberá determinarse en función de la posición del coche.
Como otra tecnología central en los vehículos eléctricos, el motor a menudo se convierte en el centro de discusión, especialmente el motor del tamaño de una sandía de Tesla con el rendimiento de un automóvil deportivo, que es aún más sorprendente (la potencia máxima del motor del Model S puede alcanzar más de 300 kW, el máximo). El par es de 600 Nm y la potencia máxima se acerca a la potencia de un solo motor de una EMU de alta velocidad). Algunos investigadores de la industria automovilística alemana comentaron lo siguiente:
Tesla no utiliza casi nada excepto componentes convencionales (cuerpo de aluminio,Motor asíncrono para propulsión, tecnología de chasis convencional con aire.suspensión, ESP y un sistema de frenos convencional con bomba de vacío eléctrica, celdas portátiles, etc.)
Tesla utiliza todas las piezas convencionales, carrocería de aluminio, motores asíncronos, estructura de automóvil convencional, sistema de frenos y batería de computadora portátil, etc.
La única verdadera innovación reside en la tecnología que conecta la batería.celdas, que utiliza cables de unión que Tesla ha patentado, así como bateríassistema de gestión que se puede flashear “por el aire”, lo que significa que elEl vehículo ya no necesita ir a un taller para recibir actualizaciones de software.
El único invento genial de Tesla es el manejo de la batería. Utilizan un cable de batería especial y un BMS que permite la conexión inalámbrica directa sin necesidad de volver a la fábrica para actualizar el software.
De hecho, el motor asíncrono de alta densidad de potencia de Tesla no es demasiado nuevo. En el primer modelo Roadster de Tesla, se utilizan los productos de Tomita Electric de Taiwán y los parámetros no son muy diferentes de los parámetros anunciados por el Modelo S. En la investigación actual, académicos nacionales y extranjeros tienen diseños de bajo costo y alta potencia. motores que pueden ponerse rápidamente en producción. Así que cuando mires este campo, evita el mítico Tesla: los motores de Tesla son lo suficientemente buenos, pero no tan buenos como para que nadie más pueda construirlos.
Entre los muchos tipos de motores, los que se utilizan habitualmente en los vehículos eléctricos son principalmente motores asíncronos (también llamados motores de inducción), motores síncronos con excitación externa, motores síncronos de imanes permanentes y motores síncronos híbridos. Quienes crean que los tres primeros motores tienen algún conocimiento sobre vehículos eléctricos tendrán algunos conceptos básicos. Los motores asíncronos tienen bajo costo y alta confiabilidad, los motores síncronos de imanes permanentes tienen alta densidad de potencia y eficiencia, tamaño pequeño pero alto precio y control de sección complejo de alta velocidad. .
Es posible que haya oído menos sobre los motores síncronos híbridos, pero recientemente, muchos proveedores de motores europeos han comenzado a ofrecer dichos motores. La densidad de potencia y la eficiencia son muy altas y la capacidad de sobrecarga es fuerte, pero el control no es difícil, lo cual es muy adecuado para vehículos eléctricos.
No hay nada especial en este motor. En comparación con el motor síncrono de imán permanente, además de los imanes permanentes, el rotor también agrega un devanado de excitación similar al motor síncrono tradicional. Un motor de este tipo no sólo tiene la alta densidad de potencia aportada por el imán permanente, sino que también puede ajustar el campo magnético según las necesidades a través del devanado de excitación, que se puede controlar fácilmente en cada sección de velocidad. Un ejemplo típico es el motor de la serie HSM1 producido por BRUSA en Suiza. La curva característica del HSM1-10.18.22 se muestra en la siguiente figura. La potencia máxima es de 220 kW y el par máximo es de 460 Nm, pero su volumen es de sólo 24 litros (30 cm de diámetro y 34 cm de longitud) y pesa unos 76 kg. La densidad de potencia y la densidad de par son básicamente comparables a las de los productos Tesla. Eso sí, el precio no es barato. Este motor está equipado con un convertidor de frecuencia y el precio ronda los 11.000 euros.
Para la demanda de vehículos eléctricos, la acumulación de tecnología de motores está lo suficientemente madura. Lo que actualmente falta es un motor diseñado específicamente para vehículos eléctricos, no la tecnología para fabricarlo. Se cree que con la madurez y el desarrollo gradual del mercado, los motores con alta densidad de potencia serán cada vez más populares y el precio se acercará cada vez más al de la gente.
Para la demanda de vehículos eléctricos, actualmente sólo faltan motores especialmente diseñados para vehículos eléctricos. Se cree que con la madurez y el desarrollo gradual del mercado, los motores con alta densidad de potencia serán cada vez más populares y el precio se acercará cada vez más al de la gente.
La investigación sobre vehículos eléctricos necesita volver a la esencia. La esencia de los vehículos eléctricos es un transporte seguro y asequible, no un laboratorio de tecnología móvil, y no necesariamente es necesario utilizar la tecnología más avanzada y de moda. En última instancia, debe planificarse y diseñarse de acuerdo con las necesidades de la región.
La aparición de Tesla ha demostrado a la gente que el futuro debe pertenecer a los vehículos eléctricos. Aún se desconoce cómo serán los futuros vehículos eléctricos y qué posición ocupará China en la industria de los vehículos eléctricos en el futuro. Éste es también el encanto del trabajo industrial: a diferencia de las ciencias naturales, incluso el resultado inevitable indicado por las leyes de las ciencias sociales requiere que las personas lo alcancen mediante ardua exploración y esfuerzo.
(Autor: candidato a doctorado en ingeniería de vehículos eléctricos en la Universidad Técnica de Múnich)
Hora de publicación: 24-mar-2022