یک ماشین الکتریکی به سادگی مونتاژ باتری و موتور است

زمان مناسب و مکان مناسب است و تمام شرکت های خودروهای برقی چینی اشغال شده اند. به نظر می رسد چین به مرکز صنعت خودروهای الکتریکی جهان تبدیل شده است.

در واقع، در آلمان، اگر واحد شما شمع شارژ ارائه نمی کند، ممکن است لازم باشد خودتان یکی را خریداری کنید. در آستانه در با این حال، ما همیشه در حال بحث هستیم که چرا بسیاری از شرکت‌های خودروسازی آلمانی نمی‌توانند تسلا بسازند، و اکنون یافتن دلایل آن دشوار نیست.

در سال 2014، پروفسور Lienkamp از دانشگاه فنی مونیخ کتاب جدیدی با عنوان "وضعیت تحرک الکتریکی 2014" منتشر کرد که برای جامعه آزاد و آزاد است و گفت: "اگرچه وسایل نقلیه الکتریکی دارای عیوب مختلفی هستند، اما من هرگز خودرویی را ندیده ام که در حال حاضر صاحب یک تحرک الکتریکی است. راننده ماشین، دوباره وارد آغوش ماشین سنتی شوید. حتی رایج‌ترین خودروی برقی نیز لذت رانندگی را برای شما به ارمغان می‌آورد که با یک خودروی بنزینی قابل مقایسه نیست. واقعا چنین خودرویی می تواند باعث شود مالک خودرو دوباره پرتاب نشود به آغوش خودروهای سنتی؟

همانطور که همه ما می دانیم قلب یک وسیله نقلیه الکتریکی باتری است.

برای یک خودروی الکتریکی معمولی، طبق تست استاندارد اروپا، مصرف انرژی در هر 100 کیلومتر حدود 17 کیلووات ساعت است، یعنی 17 کیلووات ساعت. دکتر توماس پسچ مصرف انرژی خودروهای فشرده را تحت پیکربندی بهینه مورد مطالعه قرار داد. بدون در نظر گرفتن هزینه، مصرف بهینه انرژی در هر 100 کیلومتر با استفاده از فناوری موجود کمی بیشتر از 15 کیلووات ساعت است. این بدان معناست که در کوتاه مدت، تلاش برای کاهش مصرف انرژی با بهینه سازی راندمان خود خودرو، حتی بدون در نظر گرفتن هزینه اضافی، اثر صرفه جویی در انرژی نسبتاً ناچیز است.

به عنوان مثال بسته باتری 85 کیلووات ساعتی تسلا را در نظر بگیرید. مسافت اسمی رانندگی 500 کیلومتر است. اگر با تلاش های مختلف مصرف انرژی به 15 کیلووات ساعت در 100 کیلومتر کاهش یابد، مسافت رانندگی را می توان به 560 کیلومتر افزایش داد. بنابراین می توان گفت که عمر باتری خودرو متناسب با ظرفیت بسته باتری است و ضریب تناسب آن نسبتاً ثابت است. از این منظر، استفاده از باتری‌هایی با چگالی انرژی بالاتر (هم انرژی Wh/kg در واحد وزن و هم انرژی Wh/L در واحد حجم باید در نظر گرفته شود) برای بهبود عملکرد خودروهای الکتریکی اهمیت زیادی دارد، زیرا در وسایل نقلیه الکتریکی، باتری بخش بزرگی از وزن کل را اشغال می کند.

انواع باتری های لیتیوم یونی مورد انتظارترین و پرمصرف ترین باتری ها هستند. باتری های لیتیومی مورد استفاده در خودروها عمدتاً شامل باتری سه تایی لیتیوم منگنات نیکل کبالت (NCM)، باتری لیتیوم آلومینات نیکل کبالت (NCA) و باتری فسفات آهن لیتیوم (LPF) می باشد.

1. باتری سه تایی نیکل-کبالت لیتیوم منگنات NCMبه دلیل نرخ تولید گرمای کم، پایداری نسبتا خوب، عمر طولانی و تراکم انرژی 150-220 وات ساعت بر کیلوگرم، توسط بسیاری از وسایل نقلیه الکتریکی در خارج از کشور استفاده می شود.

2. باتری لیتیوم نیکل کبالت آلومینات NCA

تسلا از این باتری استفاده می کند. چگالی انرژی بالا است، در 200-260Wh/kg، و انتظار می رود به زودی به 300Wh/kg برسد. مشکل اصلی این است که در حال حاضر فقط پاناسونیک می تواند این باتری را تولید کند، قیمت آن بالا است و ایمنی در بین سه باتری لیتیومی بدترین است که به سیستم مدیریت باتری و اتلاف حرارت با کارایی بالا نیاز دارد.

3. باتری لیتیوم آهن فسفات LPF در نهایت، بیایید به باتری LPF که بیشترین استفاده را در خودروهای برقی خانگی دارد نگاه کنیم. بزرگترین عیب این نوع باتری این است که چگالی انرژی بسیار کم است که فقط می تواند به 100-120Wh/kg برسد. علاوه بر این، LPF همچنین دارای نرخ خود تخلیه بالایی است. هیچ یک از اینها مورد نظر سازندگان EV نیست. پذیرش گسترده LPF در چین بیشتر شبیه سازشی است که توسط سازندگان داخلی برای مدیریت باتری و سیستم های خنک کننده گران قیمت انجام شده است - باتری های LPF پایداری و ایمنی بسیار بالایی دارند و می توانند عملکرد پایدار را حتی با سیستم های مدیریت باتری ضعیف و عمر باتری طولانی تر تضمین کنند. مزیت دیگری که این ویژگی به ارمغان می آورد این است که برخی از باتری های LPF دارای چگالی توان دشارژ بسیار بالایی هستند که می تواند عملکرد دینامیکی خودرو را بهبود بخشد. علاوه بر این، قیمت باتری های LPF نسبتا پایین است، بنابراین برای استراتژی ارزان قیمت فعلی و ارزان قیمت خودروهای الکتریکی داخلی مناسب است. اما اینکه آیا به عنوان فناوری باتری آینده به شدت توسعه خواهد یافت، هنوز یک علامت سوال وجود دارد.

باتری یک ماشین برقی متوسط ​​چقدر باید باشد؟ آیا این یک بسته باتری با هزاران باتری تسلا به صورت سری و موازی است یا یک بسته باتری ساخته شده با چند باتری بزرگ از BYD؟ این یک سوال تحقیقاتی است و در حال حاضر پاسخ قطعی وجود ندارد. در اینجا فقط ویژگی های بسته باتری متشکل از سلول های بزرگ و سلول های کوچک معرفی شده است.

هنگامی که باتری کوچک است، کل منطقه اتلاف حرارت باتری نسبتاً بزرگ خواهد بود و دمای کل بسته باتری را می توان به طور موثر از طریق یک طراحی اتلاف گرما معقول کنترل کرد تا از تسریع و کاهش دمای بالا جلوگیری شود. عمر باتری به طور کلی، توان و چگالی انرژی باتری‌هایی با ظرفیت تک کوچک‌تر بیشتر خواهد بود. در نهایت، و مهمتر از آن، به طور کلی، هر چه یک باتری انرژی کمتری داشته باشد، ایمنی کل وسیله نقلیه بالاتر خواهد بود. بسته باتری متشکل از تعداد زیادی سلول کوچک، حتی اگر یک سلول از کار بیفتد، مشکل زیادی ایجاد نخواهد کرد. اما اگر در داخل باتری با ظرفیت زیاد مشکلی وجود داشته باشد، خطر ایمنی بسیار بیشتر است. بنابراین، سلول‌های بزرگ به دستگاه‌های حفاظتی بیشتری نیاز دارند، که باعث کاهش بیشتر چگالی انرژی بسته باتری متشکل از سلول‌های بزرگ می‌شود.

با این حال، با راه حل تسلا، معایب نیز آشکار است. هزاران باتری به یک سیستم مدیریت باتری بسیار پیچیده نیاز دارند و هزینه اضافی را نمی توان دست کم گرفت. BMS (سیستم مدیریت باتری) مورد استفاده در فولکس واگن E-Golf، یک ماژول فرعی که قادر به مدیریت 12 باتری است، 17 دلار قیمت دارد. با توجه به تخمین تعداد باتری‌های مورد استفاده تسلا، حتی اگر هزینه BMS خود توسعه‌یافته کم باشد، هزینه سرمایه‌گذاری تسلا در BMS بیش از 5000 دلار آمریکا است که بیش از 5 درصد از هزینه را تشکیل می‌دهد. کل وسیله نقلیه از این نظر نمی توان گفت باتری بزرگ خوب نیست. در صورتی که قیمت BMS کاهش قابل توجهی نداشته باشد، اندازه بسته باتری باید با توجه به موقعیت خودرو تعیین شود.

به عنوان یکی دیگر از فناوری‌های اصلی در خودروهای الکتریکی، موتور اغلب به هسته اصلی بحث تبدیل می‌شود، به‌ویژه موتور هندوانه‌ای تسلا با عملکرد خودروی اسپورت، که حتی شگفت‌انگیزتر است (پیک قدرت موتور مدل S می‌تواند به بیش از 300 کیلو وات برسد، حداکثر گشتاور 600 نیوتن متر است و حداکثر قدرت نزدیک به قدرت یک موتور واحد EMU پرسرعت است. برخی از محققان صنعت خودروسازی آلمان چنین اظهار نظر کردند:

تسلا تقریباً از هیچ چیز به جز اجزای معمولی (بدنه آلومینیومی،موتور ناهمزمان برای نیروی محرکه، فناوری شاسی معمولی با هواسیستم تعلیق، ESP و یک سیستم ترمز معمولی با پمپ خلاء الکتریکی، سلول های لپ تاپ و غیره)

تسلا از تمام قطعات معمولی، بدنه آلومینیومی، موتورهای ناهمزمان، ساختار معمولی خودرو، سیستم ترمز و باتری لپ‌تاپ و غیره استفاده می‌کند.

تنها نوآوری واقعی در فناوری اتصال باتری نهفته استسلول ها، که از سیم های اتصالی که تسلا ثبت اختراع کرده است و همچنین باتری استفاده می کندسیستم مدیریتی که می تواند "در هوا" فلش شود، به این معنی کهوسیله نقلیه دیگر نیازی به رانندگی به کارگاه برای دریافت به‌روزرسانی‌های نرم‌افزاری ندارد.

تنها اختراع نابغه تسلا در کار با باتری است. آنها از یک کابل باتری ویژه و یک BMS استفاده می کنند که شبکه بی سیم مستقیم را بدون نیاز به بازگشت به کارخانه برای به روز رسانی نرم افزار امکان پذیر می کند.

در واقع، موتور آسنکرون با چگالی توان بالا تسلا خیلی جدید نیست. در اولین مدل رودستر تسلا، از محصولات تایوان تومیتا الکتریک استفاده شده است و پارامترها با پارامترهای اعلام شده توسط مدل S تفاوت چندانی ندارند. در تحقیقات فعلی، محققان داخلی و خارجی طرح هایی برای کم هزینه و توان بالا دارند. موتورهایی که می توانند به سرعت وارد تولید شوند. بنابراین، وقتی به این زمینه نگاه می‌کنید، از تسلای افسانه‌ای دوری کنید – موتورهای تسلا به اندازه کافی خوب هستند، اما نه آنقدر خوب که هیچ کس دیگری نتواند آنها را بسازد.

در میان انواع موتورهای متعدد، آنهایی که معمولاً در وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می شوند، عمدتاً موتورهای ناهمزمان (که موتورهای القایی نیز نامیده می شوند)، موتورهای سنکرون با تحریک خارجی، موتورهای سنکرون آهنربای دائم و موتورهای سنکرون هیبریدی هستند. کسانی که معتقدند سه موتور اول تا حدودی در مورد وسایل نقلیه الکتریکی اطلاعات دارند، مفاهیم اساسی را خواهند داشت. موتورهای آسنکرون هزینه پایین و قابلیت اطمینان بالایی دارند، موتورهای سنکرون مغناطیس دائمی دارای چگالی توان و راندمان بالا، اندازه کوچک اما قیمت بالا و کنترل بخش پیچیده با سرعت بالا هستند. .

شاید کمتر در مورد موتورهای سنکرون هیبریدی شنیده باشید، اما اخیراً بسیاری از تامین کنندگان موتور اروپایی شروع به ارائه چنین موتورهایی کرده اند. چگالی قدرت و راندمان بسیار بالا است، و ظرفیت اضافه بار قوی است، اما کنترل دشوار نیست، که برای وسایل نقلیه الکتریکی بسیار مناسب است.

هیچ چیز خاصی در مورد این موتور وجود ندارد. در مقایسه با موتور سنکرون آهنربای دائم، علاوه بر آهنرباهای دائمی، روتور یک سیم پیچ تحریکی مشابه موتور سنکرون سنتی را نیز اضافه می کند. چنین موتوری نه تنها دارای چگالی توان بالایی است که توسط آهنربای دائمی به ارمغان می‌آید، بلکه می‌تواند میدان مغناطیسی را با توجه به نیازها از طریق سیم‌پیچ تحریک تنظیم کند، که به راحتی در هر بخش سرعت قابل کنترل است. یک مثال معمولی موتور سری HSM1 است که توسط BRUSA در سوئیس تولید شده است. منحنی مشخصه HSM1-10.18.22 مطابق شکل زیر است. حداکثر قدرت 220 کیلو وات و حداکثر گشتاور 460 نیوتن متر است، اما حجم آن تنها 24 لیتر (30 سانتی متر قطر و 34 سانتی متر طول) و وزن آن حدود 76 کیلوگرم است. چگالی توان و چگالی گشتاور اساساً با محصولات تسلا قابل مقایسه است. البته قیمت آن ارزان نیست. این موتور مجهز به مبدل فرکانس است و قیمتی در حدود 11000 یورو دارد.

برای تقاضا برای وسایل نقلیه الکتریکی، انباشت فناوری موتور به اندازه کافی بالغ است. چیزی که در حال حاضر کمبود دارد موتوری است که به طور خاص برای وسایل نقلیه الکتریکی طراحی شده است، نه فناوری ساخت چنین موتوری. اعتقاد بر این است که با بلوغ و توسعه تدریجی بازار، موتورهای با چگالی توان بالا روز به روز محبوبیت بیشتری پیدا می کنند و قیمت آنها بیش از پیش به مردم نزدیک می شود.

برای تقاضا برای وسایل نقلیه الکتریکی، در حال حاضر تنها کمبود موتورهایی که مخصوص وسایل نقلیه الکتریکی طراحی شده اند وجود دارد. اعتقاد بر این است که با بلوغ و توسعه تدریجی بازار، موتورهای با چگالی توان بالا روز به روز محبوبیت بیشتری پیدا می کنند و قیمت آنها بیش از پیش به مردم نزدیک می شود.

تحقیق در مورد وسایل نقلیه الکتریکی نیاز به بازگشت به اصل دارد. ماهیت وسایل نقلیه الکتریکی حمل و نقل ایمن و مقرون به صرفه است، نه یک آزمایشگاه فناوری سیار، و لزوماً نیازی به استفاده از پیشرفته ترین و شیک ترین فناوری نیست. در تحلیل نهایی باید با توجه به نیاز منطقه برنامه ریزی و طراحی شود.

ظهور تسلا به مردم نشان داد که آینده باید متعلق به خودروهای الکتریکی باشد. خودروهای برقی آینده چگونه خواهند بود و چین در آینده چه جایگاهی در صنعت خودروهای الکتریکی خواهد داشت، هنوز مشخص نیست. این نیز جذابیت کار صنعتی است: برخلاف علم طبیعی، حتی نتیجه اجتناب ناپذیری که قوانین علوم اجتماعی نشان می دهد، افراد را ملزم می کند تا با کاوش و تلاش طاقت فرسا به آن دست یابند!

(نویسنده: کاندیدای دکتری مهندسی خودروهای الکتریکی در دانشگاه فنی مونیخ)