Aika on oikea ja paikka on oikea, ja kaikki kiinalaiset sähköautoyhtiöt ovat miehitettyinä. Kiinasta näyttää tulleen maailman sähköautoteollisuuden keskus.
Itse asiassa Saksassa, jos yksikössäsi ei ole latauspaaluja, saatat joutua ostamaan sellaisen itse. ovella. Keskustelemme kuitenkin jatkuvasti siitä, miksi niin monet erinomaiset saksalaiset autoyritykset eivät voi tehdä Teslaa, eikä syitä ole nyt vaikea löytää.
Vuonna 2014 Münchenin teknillisen yliopiston professori Lienkamp julkaisi uuden ilmaisen ja yhteiskunnalle avoimen kirjan "Status of Electrical Mobility 2014" ja sanoi: "Vaikka sähköautoissa on erilaisia vikoja, en ole koskaan nähnyt autoa, joka omistaa jo sähköauton. Auton kuljettaja astu takaisin perinteisen auton syleilyyn. Jopa yleisin sähköauto tuo ajamisen iloa, jota bensiiniautolla ei ole vertaansa vailla.” Tällainen auto voi todella saada auton omistajan olemaan uusimatta Heittäydytkö takaisin perinteisten autojen käsiin?
Kuten kaikki tiedämme, sähköauton sydän on akku.
Tavallisen sähköajoneuvon energiankulutus 100 kilometriä kohden on eurooppalaisen standarditestin mukaan noin 17 kWh eli 17 kWh. Dr. Thomas Pesce tutki pienikokoisten ajoneuvojen energiankulutusta optimaalisessa kokoonpanossa. Kustannuksia huomioimatta olemassa olevalla tekniikalla saatu optimaalinen energiankulutus 100 kilometriä kohti on hieman yli 15 kWh. Tämä tarkoittaa, että lyhyellä aikavälillä energiansäästövaikutus on suhteellisen pieni, kun energiankulutusta yritetään vähentää optimoimalla itse auton hyötysuhde, jopa ilman lisäkustannuksia.
Otetaan esimerkkinä Teslan 85 kWh akku. Nimellinen ajomatka on 500 km. Jos energiankulutus laskee 15 kWh/100 km eri toimenpitein, ajomatkaa voidaan kasvattaa 560 km:iin. Siksi voidaan sanoa, että auton akun käyttöikä on verrannollinen akun kapasiteettiin ja suhteellinen kerroin on suhteellisen kiinteä. Tästä näkökulmasta korkeamman energiatiheyden omaavien akkujen käytöllä (sekä energia Wh/kg painoyksikköä kohti että energia Wh/L tilavuusyksikköä kohti) on suuri merkitys sähköajoneuvojen suorituskyvyn parantamiseksi, koska sähköajoneuvoissa akku vie suuren osan kokonaispainosta.
Kaikenlaiset litiumioniakut ovat odotetuimpia ja eniten käytettyjä akkuja. Autoissa käytettävät litiumakut sisältävät pääasiassa nikkelikobolttilitiummanganaattiakkuja (NCM), nikkelikobolttilitium-aluminaattiakkuja (NCA) ja litiumrautafosfaattiakkuja (LPF).
1. Nikkeli-koboltti-litiummanganaatti-kolmiosakku NCMSitä käyttävät monet sähköajoneuvot ulkomailla alhaisen lämmöntuotannon, suhteellisen hyvän vakauden, pitkän käyttöiän ja 150-220Wh/kg energiatiheyden vuoksi.
2. NCA-nikkeli-kobolttialuminaattilitiumparisto
Tesla käyttää tätä akkua. Energiatiheys on korkea, 200-260 Wh/kg, ja sen odotetaan saavuttavan pian 300 Wh/kg. Suurin ongelma on, että vain Panasonic pystyy valmistamaan tätä akkua tällä hetkellä, hinta on korkea ja turvallisuus on pahin kolmesta litiumakusta, mikä vaatii korkean suorituskyvyn lämmönpoistoa ja akun hallintajärjestelmää.
3. LPF-litiumrautafosfaattiakku Lopuksi tarkastellaan LPF-akkua, jota käytetään eniten kotimaisissa sähköajoneuvoissa. Tämän tyyppisten akkujen suurin haittapuoli on, että energiatiheys on erittäin alhainen, mikä voi olla vain 100-120 Wh/kg. Lisäksi LPF:llä on myös korkea itsepurkautumisnopeus. Sähköautojen valmistajat eivät halua mitään näistä. LPF:n laaja käyttöönotto Kiinassa on enemmän kuin kotimaisten valmistajien tekemä kompromissi kalliille akunhallinta- ja jäähdytysjärjestelmille – LPF-akuilla on erittäin korkea vakaus ja turvallisuus, ja ne voivat varmistaa vakaan toiminnan myös huonoilla akunhallintajärjestelmillä ja pidemmällä akun käyttöiällä. Toinen tämän ominaisuuden tuoma etu on, että joillakin LPF-akuilla on erittäin korkea purkaustehotiheys, mikä voi parantaa ajoneuvon dynaamista suorituskykyä. Lisäksi LPF-akkujen hinta on suhteellisen alhainen, joten se sopii nykyiseen kotimaisten sähköajoneuvojen halpa- ja halpahintastrategiaan. Mutta siitä, kehitetäänkö sitä voimakkaasti tulevaisuuden akkuteknologiaksi, on edelleen kysymysmerkki.
Kuinka suuri keskimääräisen sähköauton akun pitäisi olla? Onko se akkupaketti, jossa on tuhansia Tesla-akkuja sarjassa ja rinnakkain, vai akku, joka on rakennettu muutamalla suurella BYD:n akulla? Tämä on alitutkittu kysymys, eikä varmaa vastausta ole tällä hetkellä. Tässä esitellään vain suurista ja pienistä kennoista koostuvan akun ominaisuudet.
Kun akku on pieni, akun kokonaislämmönpoistopinta-ala on suhteellisen suuri ja koko akun lämpötilaa voidaan tehokkaasti hallita järkevällä lämmönpoistorakenteella, jotta korkea lämpötila ei kiihtyisi ja heikkenee akun käyttöikää. Yleensä pienemmän yksittäisen kapasiteetin omaavien akkujen teho ja energiatiheys ovat korkeammat. Lopuksi, ja mikä vielä tärkeämpää, yleisesti ottaen, mitä vähemmän energiaa yksittäisessä akussa on, sitä suurempi on koko ajoneuvon turvallisuus. Akkupaketti, joka koostuu suuresta määrästä pieniä kennoja, ei aiheuta liikaa ongelmia, vaikka yksi kenno epäonnistuisi. Mutta jos suurikapasiteettisen akun sisällä on ongelma, turvallisuusriski on paljon suurempi. Siksi suuret kennot vaativat enemmän suojalaitteita, mikä edelleen vähentää suurista kennoista koostuvan akun energiatiheyttä.
Teslan ratkaisulla on kuitenkin myös haitat ilmeisiä. Tuhannet akut vaativat erittäin monimutkaisen akunhallintajärjestelmän, eikä lisäkustannuksia voi aliarvioida. Volkswagen E-Golfissa käytetty BMS (Battery Management System) -alimoduuli, joka pystyy hallitsemaan 12 akkua, maksaa 17 dollaria. Teslan käyttämien akkujen lukumäärän arvion mukaan vaikka itse kehitetyn BMS:n kustannukset olisivat alhaiset, Teslan BMS-investoinnin kustannukset ovat yli 5 000 dollaria, mikä on yli 5 % akun kustannuksista. koko ajoneuvo. Tästä näkökulmasta ei voida sanoa, että suuri akku ei olisi hyvä. Mikäli BMS:n hintaa ei ole merkittävästi laskettu, tulee akun koko määräytyä auton sijainnin mukaan.
Toisena sähköajoneuvojen ydinteknologiana moottorista tulee usein keskustelun ydin, erityisesti Teslan vesimelonin kokoinen moottori urheiluauton suorituskyvyllä, mikä on vieläkin hämmästyttävämpää (Model S -moottorin huipputeho voi nousta yli 300 kW, vääntömomentti on 600 Nm, ja huipputeho on lähellä nopean EMU:n yksittäisen moottorin tehoa). Jotkut Saksan autoteollisuuden tutkijat kommentoivat seuraavaa:
Tesla ei käytä lähes mitään muuta kuin tavanomaisia komponentteja (alumiinirunko,asynkroninen moottori käyttövoimaan, perinteinen alustatekniikka ilmallajousitus, ESP ja perinteinen jarrujärjestelmä sähköisellä tyhjiöpumpulla, kannettavan tietokoneen kennot jne.)
Tesla käyttää kaikkia tavanomaisia osia, alumiinirunkoa, asynkronisia moottoreita, perinteistä auton rakennetta, jarrujärjestelmää ja kannettavan tietokoneen akkua jne.
Ainoa todellinen innovaatio on akun yhdistävä tekniikkakennoja, joissa käytetään Teslan patentoimia sidoslankoja sekä akkuahallintajärjestelmä, joka voidaan vilkkua "ylhäältä", mikä tarkoittaa, ettäajoneuvon ei enää tarvitse ajaa korjaamoon saadakseen ohjelmistopäivityksiä.
Teslan ainoa nerokeksintö on akun käsittely. Ne käyttävät erityistä akkukaapelia ja BMS-järjestelmää, joka mahdollistaa suoran langattoman verkkoyhteyden ilman, että tarvitsee palata tehtaalle päivittämään ohjelmistoa.
Itse asiassa Teslan suuren tehotiheyden asynkroninen moottori ei ole liian uusi. Teslan vanhimmassa Roadster-mallissa on käytetty taiwanilaisen Tomita Electricin tuotteita, eivätkä parametrit poikkea liikaa Model S:n ilmoittamista parametreista. Nykyisessä tutkimuksessa tutkijat kotimaassa ja ulkomailla ovat suunnittelemassa edullisia ja suuritehoisia malleja. moottoreita, jotka voidaan ottaa nopeasti tuotantoon. Joten kun katsot tätä kenttää, vältä myyttistä Teslaa – Teslan moottorit ovat riittävän hyviä, mutta eivät niin hyviä, ettei kukaan muu voisi rakentaa niitä.
Monien moottorityyppien joukossa sähköajoneuvoissa yleisesti käytettyjä ovat pääasiassa asynkroniset moottorit (kutsutaan myös oikosulkumoottoreiksi), ulkoisesti viritetyt synkronimoottorit, kestomagneettisynkronimoottorit ja synkroniset hybridimoottorit. Niillä, jotka uskovat, että kolmella ensimmäisellä moottorilla on jonkin verran tietoa sähköajoneuvoista, on joitain peruskäsitteitä. Asynkronisilla moottoreilla on alhaiset kustannukset ja korkea luotettavuus, kestomagneettisynkronimoottoreilla on korkea tehotiheys ja hyötysuhde, pieni koko, mutta korkea hinta ja monimutkainen nopea osien ohjaus. .
Olet ehkä kuullut vähemmän synkronisista hybridimoottoreista, mutta viime aikoina monet eurooppalaiset moottoritoimittajat ovat alkaneet tarjota tällaisia moottoreita. Tehotiheys ja hyötysuhde ovat erittäin korkeat, ja ylikuormituskyky on vahva, mutta ohjaus ei ole vaikeaa, mikä sopii erittäin hyvin sähköajoneuvoihin.
Tässä moottorissa ei ole mitään erikoista. Kestomagneettisynkronimoottoriin verrattuna roottori lisää kestomagneettien lisäksi myös perinteistä synkronista moottoria vastaavan herätekäämin. Tällaisella moottorilla ei ole vain kestomagneetin tuomaa suurta tehotiheyttä, vaan se voi myös säätää magneettikenttää tarpeiden mukaan virityskäämin avulla, jota voidaan helposti ohjata jokaisella nopeusalueella. Tyypillinen esimerkki on HSM1-sarjan moottori, jonka BRUSA valmistaa Sveitsissä. HSM1-10.18.22 ominaiskäyrä on alla olevan kuvan mukainen. Suurin teho on 220 kW ja suurin vääntömomentti 460 Nm, mutta sen tilavuus on vain 24L (halkaisija 30 cm ja pituus 34 cm) ja paino noin 76 kg. Tehotiheys ja vääntömomenttiheys ovat periaatteessa verrattavissa Teslan tuotteisiin. Hinta ei tietenkään ole halpa. Tämä moottori on varustettu taajuusmuuttajalla ja sen hinta on noin 11 000 euroa.
Sähköajoneuvojen kysyntään moottoritekniikan kertyminen on riittävän kypsää. Tällä hetkellä puuttuu moottori, joka on suunniteltu erityisesti sähköajoneuvoihin, ei tekniikka sellaisen moottorin valmistamiseksi. Uskotaan, että markkinoiden asteittaisen kypsymisen ja kehittymisen myötä suuren tehotiheyden moottoreista tulee yhä suositumpia, ja hinta tulee yhä lähemmäksi ihmisiä.
Sähköajoneuvojen kysynnässä on tällä hetkellä vain pulaa erityisesti sähköajoneuvoihin suunnitelluista moottoreista. Uskotaan, että markkinoiden asteittaisen kypsymisen ja kehittymisen myötä suuren tehotiheyden moottoreista tulee yhä suositumpia, ja hinta tulee yhä lähemmäksi ihmisiä.
Sähköajoneuvojen tutkimuksen on palattava olennaiseen. Sähköajoneuvojen ydin on turvallinen ja edullinen kuljetus, ei mobiiliteknologialaboratorio, eikä sen tarvitse välttämättä käyttää edistyksellisintä ja muodikkainta tekniikkaa. Loppujen lopuksi se tulee suunnitella ja suunnitella alueen tarpeiden mukaan.
Teslan ilmestyminen on osoittanut ihmisille, että tulevaisuuden on kuuluttava sähköajoneuvoihin. Vielä ei tiedetä, miltä tulevaisuuden sähköajoneuvot näyttävät ja millainen asema Kiinalla tulee olemaan sähköautoteollisuudessa tulevaisuudessa. Tämä on myös teollisen työn viehätys: toisin kuin luonnontieteessä, jopa yhteiskuntatieteen lakien osoittama väistämätön tulos vaatii ihmisiä saavuttamaan sen vaivalloisen tutkimisen ja vaivannäön kautta!
(Kirjoittaja: sähköajoneuvojen tekniikan tohtorikoulutus Münchenin teknillisessä yliopistossa)
Postitusaika: 24.3.2022