Pravo je vrijeme i pravo mjesto, a sve kineske tvrtke za električna vozila su zauzete. Čini se da je Kina postala središte svjetske industrije električnih vozila.
Zapravo, u Njemačkoj, ako vaša jedinica nema gomile za punjenje, možda ćete je morati sami kupiti. na kućnom pragu. No, uvijek raspravljamo zašto toliko izvrsnih njemačkih automobilskih kompanija ne mogu proizvesti Teslu, a razloge sada nije teško pronaći.
Godine 2014. profesor Lienkamp s Tehničkog sveučilišta u Münchenu objavio je novu knjigu „Status električne mobilnosti 2014″, koja je besplatna i otvorena za društvo, i rekao: „Iako električna vozila imaju razne nedostatke, nikada nisam vidio automobil koji već posjeduje električnu mobilnost. Vozač kola, ponovno uđite u zagrljaj tradicionalnih kola. Čak i najobičniji električni automobil donosi vam užitak vožnje, koji je neusporediv s benzinskim automobilom.” Takav automobil doista može natjerati vlasnika automobila da ne obnovi Bacanje natrag u naručje tradicionalnih automobila?
Kao što svi znamo, srce električnog vozila je baterija.
Za obično električno vozilo, prema europskom standardu, potrošnja energije na 100 kilometara je oko 17kWh, odnosno 17 kWh. Dr. Thomas Pesce proučavao je potrošnju energije kompaktnih vozila u optimalnoj konfiguraciji. Bez obzira na cijenu, optimalna potrošnja energije na 100 kilometara dobivena korištenjem postojeće raspoložive tehnologije iznosi nešto više od 15kWh. To znači da je kratkoročno, pokušavajući smanjiti potrošnju energije optimizacijom učinkovitosti samog automobila, čak i bez razmatranja dodatnih troškova, učinak uštede energije relativno mali.
Uzmimo Teslinu bateriju od 85kWh kao primjer. Nominalna prijeđena udaljenost je 500 km. Ako se potrošnja energije raznim naporima smanji na 15 kWh/100 km, udaljenost vožnje može se povećati na 560 km. Stoga se može reći da je trajanje baterije automobila proporcionalno kapacitetu baterije, a proporcionalni koeficijent je relativno fiksan. S ove točke gledišta, uporaba baterija s većom gustoćom energije (treba uzeti u obzir i energiju Wh/kg po jedinici težine i energiju Wh/L po jedinici volumena) od velike je važnosti za poboljšanje performansi električnih vozila, jer u električnih vozila, baterija zauzima veliki dio ukupne težine.
Sve vrste litij-ionskih baterija su najočekivanije i najčešće korištene baterije. Litijske baterije koje se koriste u automobilima uglavnom uključuju nikal kobalt litij manganatne ternarne baterije (NCM), nikal kobalt litij aluminatne baterije (NCA) i litij željezo fosfatne baterije (LPF).
1. Nikal-kobalt litij manganatna ternarna baterija NCMkoriste mnoga električna vozila u inozemstvu zbog niske stope proizvodnje topline, relativno dobre stabilnosti, dugog vijeka trajanja i gustoće energije od 150-220Wh/kg.
2. NCA nikal-kobalt aluminatna litijeva baterija
Tesla koristi ovu bateriju. Gustoća energije je visoka, 200-260Wh/kg, a očekuje se da će uskoro doseći 300Wh/kg. Glavni problem je u tome što samo Panasonic trenutno može proizvesti ovu bateriju, cijena je visoka, a sigurnost je najlošija među tri litijske baterije, što zahtijeva odvođenje topline visokih performansi i sustav upravljanja baterijom.
3. LPF litij željezo fosfatna baterija Na kraju, pogledajmo LPF bateriju koja se najčešće koristi u domaćim električnim vozilima. Najveći nedostatak ove vrste baterija je što je gustoća energije vrlo niska, koja može doseći samo 100-120Wh/kg. Osim toga, LPF također ima visoku stopu samopražnjenja. Ništa od ovoga ne žele proizvođači električnih vozila. Široka primjena LPF-a u Kini više je poput kompromisa koji su napravili domaći proizvođači za skupe sustave upravljanja i hlađenja baterija – LPF baterije imaju vrlo visoku stabilnost i sigurnost te mogu osigurati stabilan rad čak i s lošim sustavima upravljanja baterijom i dužim vijekom trajanja baterije. Još jedna prednost koju donosi ova značajka je da neke LPF baterije imaju izuzetno visoku gustoću snage pražnjenja, što može poboljšati dinamičke performanse vozila. Osim toga, cijena LPF baterija je relativno niska, tako da je prikladna za trenutnu niskobudžetnu i jeftinu strategiju domaćih električnih vozila. Ali hoće li se snažno razvijati kao baterijska tehnologija budućnosti, još uvijek postoji upitnik.
Kolika bi trebala biti baterija prosječnog električnog automobila? Je li to baterija s tisućama Tesla baterija u nizu i paralelno, ili baterija napravljena od nekoliko velikih baterija iz BYD-a? Ovo je nedovoljno istraženo pitanje i trenutno ne postoji definitivan odgovor. Ovdje su predstavljene samo karakteristike paketa baterija koje se sastoje od velikih i malih ćelija.
Kada je baterija mala, ukupno područje rasipanja topline baterije bit će relativno veliko, a temperatura cijelog paketa baterija može se učinkovito kontrolirati razumnim dizajnom rasipanja topline kako bi se spriječilo ubrzanje visoke temperature i smanjenje vijek trajanja baterije. Općenito, snaga i gustoća energije baterija s manjim pojedinačnim kapacitetom bit će veća. Konačno, i još važnije, općenito govoreći, što manje energije ima jedna baterija, to je veća sigurnost cijelog vozila. Paket baterija sastavljen od velikog broja malih ćelija, čak i ako jedna ćelija zakaže, neće uzrokovati previše problema. Ali ako postoji problem unutar baterije velikog kapaciteta, sigurnosna opasnost je mnogo veća. Stoga velike ćelije zahtijevaju više zaštitnih uređaja, što dodatno smanjuje gustoću energije paketa baterija sastavljenog od velikih ćelija.
No, kod Teslinog rješenja očiti su i nedostaci. Tisuće baterija zahtijevaju izuzetno složen sustav upravljanja baterijama, a dodatni trošak se ne može podcijeniti. BMS (Battery Management System) koji se koristi na Volkswagen E-Golfu, podmodul koji može upravljati 12 baterija, košta 17 dolara. Prema procjeni broja baterija koje koristi Tesla, čak i ako je trošak samorazvijenog BMS-a nizak, trošak Teslinog ulaganja u BMS iznosi više od 5000 američkih dolara, što čini više od 5% troška cijelo vozilo. S ove točke gledišta ne može se reći da velika baterija nije dobra. U slučaju da cijena BMS-a nije značajno smanjena, veličinu baterije treba odrediti prema položaju automobila.
Kao još jedna ključna tehnologija u električnim vozilima, motor često postaje središte rasprava, posebno Teslin motor veličine lubenice s performansama sportskih automobila, što je još više zapanjujuće (vršna snaga motora Model S može doseći više od 300 kW, maksimum okretni moment je 600 Nm, a vršna snaga je blizu snage jednog motora EMU velike brzine). Neki istraživači u njemačkoj automobilskoj industriji komentirali su sljedeće:
Tesla ne koristi gotovo ništa osim konvencionalnih komponenti (aluminijsko kućište,asinkroni motor za pogon, konvencionalna tehnologija šasije sa zrakomovjes, ESP i konvencionalni kočioni sustav s električnom vakuum pumpom, ćelijama prijenosnog računala itd.)
Tesla koristi sve konvencionalne dijelove, aluminijsko kućište, asinkrone motore, konvencionalnu strukturu automobila, kočioni sustav i bateriju prijenosnog računala itd.
Jedina istinska inovacija leži u tehnologiji povezivanja baterijećelije, koja koristi žice za spajanje koje je Tesla patentirao, kao i baterijusustav upravljanja koji se može flashati "bežično", što znači davozilo se više ne mora voziti u radionicu kako bi primilo ažuriranja softvera.
Jedini Teslin genijalni izum je njihovo rukovanje baterijom. Koriste poseban baterijski kabel i BMS koji omogućuje izravno bežično umrežavanje bez potrebe za vraćanjem u tvornicu radi ažuriranja softvera.
Zapravo, Teslin asinkroni motor visoke gustoće snage nije previše nov. U Teslinom najranijem modelu Roadster korišteni su proizvodi tajvanske Tomita Electric, a parametri se ne razlikuju previše od parametara najavljenih za Model S. U trenutnom istraživanju, znanstvenici u zemlji i inozemstvu imaju dizajne za jeftine, velike snage motori koji se mogu brzo staviti u proizvodnju. Dakle, kada gledate ovo područje, izbjegavajte mitskog Teslu – Teslini motori su dovoljno dobri, ali ne toliko dobri da ih nitko drugi ne može napraviti.
Među mnogim vrstama motora, oni koji se obično koriste u električnim vozilima uglavnom su asinkroni motori (koji se nazivaju i indukcijski motori), sinkroni motori s vanjskim pobuđivanjem, sinkroni motori s trajnim magnetima i hibridni sinkroni motori. Oni koji vjeruju da prva tri motora imaju neka znanja o električnim vozilima imat će neke osnovne pojmove. Asinkroni motori imaju nisku cijenu i visoku pouzdanost, sinkroni motori s trajnim magnetima imaju visoku gustoću snage i učinkovitost, malu veličinu, ali visoku cijenu i složenu kontrolu sekcije velike brzine. .
Možda ste manje čuli o hibridnim sinkronim motorima, ali nedavno su mnogi europski dobavljači motora počeli nuditi takve motore. Gustoća snage i učinkovitost su vrlo visoki, a kapacitet preopterećenja je jak, ali kontrola nije teška, što je vrlo pogodno za električna vozila.
Nema ništa posebno u vezi ovog motora. U usporedbi sa sinkronim motorom s trajnim magnetima, uz trajne magnete, rotor također dodaje uzbudni namot sličan tradicionalnom sinkronom motoru. Takav motor ne samo da ima veliku gustoću snage koju donosi permanentni magnet, već također može prilagoditi magnetsko polje prema potrebama kroz pobudni namot, koji se može lako kontrolirati na svakom dijelu brzine. Tipičan primjer je motor serije HSM1 koji proizvodi BRUSA u Švicarskoj. Karakteristična krivulja HSM1-10.18.22 prikazana je na donjoj slici. Maksimalna snaga je 220kW i maksimalni okretni moment 460Nm, ali njegov volumen je samo 24L (30 cm u promjeru i 34 cm u dužini) i teži oko 76 kg. Gustoća snage i gustoća okretnog momenta u osnovi su usporedivi s Teslinim proizvodima. Naravno, cijena nije jeftina. Ovaj motor je opremljen frekventnim pretvaračem, a cijena mu je oko 11.000 eura.
Za potražnju za električnim vozilima, akumulacija motorne tehnologije dovoljno je zrela. Ono što trenutno nedostaje je motor dizajniran posebno za električna vozila, a ne tehnologija za izradu takvog motora. Vjeruje se da će s postupnim sazrijevanjem i razvojem tržišta motori s velikom gustoćom snage postajati sve popularniji, a cijena sve bliža ljudima.
Što se tiče potražnje za električnim vozilima, trenutno samo nedostaju motori posebno dizajnirani za električna vozila. Vjeruje se da će s postupnim sazrijevanjem i razvojem tržišta motori s velikom gustoćom snage postajati sve popularniji, a cijena sve bliža ljudima.
Istraživanje električnih vozila treba se vratiti suštini. Bit električnih vozila je siguran i pristupačan prijevoz, a ne pokretni tehnološki laboratorij i ne mora nužno koristiti najnapredniju i najmoderniju tehnologiju. U konačnici, treba ga planirati i oblikovati prema potrebama regije.
Pojava Tesle pokazala je ljudima da budućnost mora pripadati električnim vozilima. Još uvijek nije poznato kako će izgledati buduća električna vozila i kakvu će poziciju Kina zauzeti u industriji električnih vozila u budućnosti. To je također čar industrijskog rada: za razliku od prirodnih znanosti, čak i neizbježni rezultat na koji ukazuju zakoni društvenih znanosti zahtijeva od ljudi da ga postignu mukotrpnim istraživanjem i trudom!
(Autor: doktorant inženjerstva električnih vozila na Tehničkom sveučilištu u Münchenu)
Vrijeme objave: 24. ožujka 2022