Itt az idő és a hely, és minden kínai elektromos járműgyártó cég elfoglalt. Úgy tűnik, hogy Kína a világ elektromos járműiparának központja lett.
Valójában Németországban, ha az egysége nem biztosít töltőcölöpöket, előfordulhat, hogy magának kell vásárolnia egyet. a küszöbön. Arról viszont folyamatosan vitatkozunk, hogy miért nem tud annyi kiváló német autógyártó cég Teslát gyártani, és most nem nehéz megtalálni az okokat.
2014-ben Lienkamp, a Müncheni Műszaki Egyetem professzora kiadott egy új könyvet „Status of Electric Mobility 2014”, amely ingyenes és nyitott a társadalom számára, és ezt mondta: „Bár az elektromos járműveknek különféle hibái vannak, még soha nem láttam olyan autót, amely már rendelkezik elektromos mobileszközzel. Az autó vezetője, lépjen be újra a hagyományos autó ölelésébe. Még a legelterjedtebb elektromos autó is olyan vezetési örömet hoz, amihez nincs párja egy benzines autóé.” Egy ilyen autó valóban arra késztetheti az autótulajdonost, hogy ne újítson Vissza a hagyományos autók karjaiba?
Mint mindannyian tudjuk, az elektromos járművek szíve az akkumulátor.
Egy közönséges elektromos jármű esetében az európai szabványos teszt szerint az energiafogyasztás 100 kilométerenként körülbelül 17 kWh, azaz 17 kWh. Dr. Thomas Pesce a kompakt járművek energiafogyasztását tanulmányozta az optimális konfiguráció mellett. A költségek figyelembe vétele nélkül a meglévő technológia alkalmazásával elért 100 kilométerenkénti optimális energiafogyasztás valamivel több, mint 15 kWh. Ez azt jelenti, hogy rövid távon, ha magának az autónak a hatásfokának optimalizálásával próbálják csökkenteni az energiafogyasztást, még a többletköltség figyelembevétele nélkül is viszonylag csekély az energiamegtakarítási hatás.
Vegyük például a Tesla 85 kWh-s akkumulátorát. A névleges vezetési távolság 500 km. Ha az energiafogyasztást különféle erőfeszítésekkel 15 kWh/100 km-re csökkentjük, a megtett távolság 560 km-re növelhető. Ezért elmondható, hogy az autó akkumulátorának élettartama arányos az akkumulátorcsomag kapacitásával, az arányossági együttható pedig viszonylag fix. Ebből a szempontból a nagyobb energiasűrűségű akkumulátorok használata (mind az egységnyi tömegre jutó energia Wh/kg, mind a térfogategységenkénti energia Wh/L) nagy jelentőséggel bír az elektromos járművek teljesítményének javítása szempontjából, mert a elektromos járművek esetében az akkumulátor a teljes tömeg nagy részét foglalja el.
Mindenféle lítium-ion akkumulátor a legjobban várt és a legszélesebb körben használt akkumulátor. Az autókban használt lítium akkumulátorok főként nikkel-kobalt-lítium-manganát háromkomponensű akkumulátort (NCM), nikkel-kobalt-lítium-aluminát akkumulátort (NCA) és lítium-vas-foszfát akkumulátort (LPF) tartalmaznak.
1. Nikkel-kobalt lítium-manganát hármas akkumulátor NCMkülföldön sok elektromos jármű használja alacsony hőtermelési sebessége, viszonylag jó stabilitása, hosszú élettartama és 150-220 Wh/kg energiasűrűsége miatt.
2. NCA nikkel-kobalt-aluminát lítium akkumulátor
A Tesla ezt az akkumulátort használja. Az energiasűrűség magas, 200-260Wh/kg, várhatóan hamarosan eléri a 300Wh/kg-ot. A fő probléma az, hogy jelenleg csak a Panasonic tudja gyártani ezt az akkumulátort, az ára magas, a biztonság pedig a legrosszabb a három lítium akkumulátor közül, amihez nagy teljesítményű hőelvezetést és akkumulátor-kezelő rendszert igényel.
3. LPF lítium-vas-foszfát akkumulátor Végül nézzük a háztartási elektromos járművekben leggyakrabban használt LPF akkumulátort. Az ilyen típusú akkumulátorok legnagyobb hátránya, hogy nagyon alacsony az energiasűrűség, ami csak a 100-120Wh/kg-ot érheti el. Ezenkívül az LPF magas önkisülési rátával is rendelkezik. Ezek egyikét sem kívánják az elektromos járművek gyártói. Az LPF széleskörű elterjedése Kínában inkább a hazai gyártók kompromisszumához hasonlít a drága akkumulátor-kezelő és hűtőrendszerek érdekében – az LPF akkumulátorok nagyon magas stabilitásúak és biztonságosak, és még gyenge akkumulátor-felügyeleti rendszerekkel és hosszabb akkumulátor-élettartam mellett is stabil működést biztosítanak. A funkció másik előnye, hogy egyes LPF akkumulátorok rendkívül nagy kisütési teljesítménysűrűséggel rendelkeznek, ami javíthatja a jármű dinamikus teljesítményét. Ráadásul az LPF akkumulátorok ára viszonylag alacsony, így alkalmas a hazai elektromos járművek jelenlegi fapados és alacsony árstratégiájára. De hogy a jövő akkumulátortechnológiájaként erőteljesen fejlesztik-e, még mindig kérdéses.
Mekkora legyen egy átlagos elektromos autó akkumulátora? Ez egy akkumulátorcsomag több ezer Tesla akkumulátorral sorosan és párhuzamosan, vagy egy akkumulátorcsomag, amelyet néhány nagy akkumulátorral építettek a BYD-től? Ez egy kevéssé kutatott kérdés, és jelenleg nincs határozott válasz. Itt csak a nagy cellákból és kis cellákból álló akkumulátorcsomag jellemzőit mutatjuk be.
Ha az akkumulátor kicsi, az akkumulátor teljes hőelvezetési területe viszonylag nagy lesz, és a teljes akkumulátorcsomag hőmérséklete hatékonyan szabályozható egy ésszerű hőelvezetési kialakítással, hogy megakadályozza a magas hőmérséklet felgyorsulását és csökkenti a hőt. az akkumulátor élettartama. Általában a kisebb egyedi kapacitású akkumulátorok teljesítménye és energiasűrűsége magasabb. Végül, és ami még fontosabb, általánosságban elmondható, hogy minél kevesebb energiája van egyetlen akkumulátornak, annál nagyobb az egész jármű biztonsága. A nagyszámú kis cellából álló akkumulátor, még ha egyetlen cella is meghibásodik, nem okoz túl sok problémát. De ha probléma van egy nagy kapacitású akkumulátor belsejében, a biztonsági kockázat sokkal nagyobb. Ezért a nagy cellákhoz több védelmi eszközre van szükség, ami tovább csökkenti a nagy cellákból álló akkumulátorcsomag energiasűrűségét.
A Tesla megoldásánál azonban a hátrányok is nyilvánvalóak. Akkumulátorok ezrei rendkívül összetett akkumulátor-felügyeleti rendszert igényelnek, a többletköltséget pedig nem lehet alábecsülni. A Volkswagen E-Golf-on használt BMS (Battery Management System) 12 akkumulátor kezelésére alkalmas almodul 17 dollárba kerül. A Tesla által használt akkumulátorok számának becslése szerint még ha a saját fejlesztésű BMS költsége alacsony is, a Tesla BMS-be történő befektetésének költsége több mint 5000 USD, ami a BMS költségének több mint 5%-át teszi ki. egész járművet. Ebből a szempontból nem lehet azt mondani, hogy a nagy akkumulátor nem jó. Abban az esetben, ha a BMS ára nem csökkent jelentősen, az akkumulátor méretét az autó helyzetének megfelelően kell meghatározni.
Az elektromos járművek másik alapvető technológiájaként a motor gyakran kerül a vita középpontjába, különösen a Tesla görögdinnye méretű motorja sportkocsi teljesítményével, ami még elképesztőbb (a Model S motor csúcsteljesítménye elérheti a 300 kW-ot is, a maximális forgatónyomatéka 600 Nm, a csúcsteljesítmény pedig megközelíti a nagy sebességű EMU egyetlen motorjának teljesítményét). A német autóipar egyes kutatói a következőket kommentálták:
A Tesla a hagyományos alkatrészeken kívül szinte semmit sem használ (alumínium test,aszinkron motor meghajtáshoz, hagyományos alváz technológia levegővelfelfüggesztés, ESP és hagyományos fékrendszer elektromos vákuumszivattyúval, laptop cellákkal stb.)
A Tesla minden hagyományos alkatrészt használ, alumínium karosszériát, aszinkron motorokat, hagyományos autószerkezetet, fékrendszert és laptop akkumulátort stb.
Az egyetlen valódi újítás az akkumulátort összekötő technológiában rejlikcellák, amelyek a Tesla által szabadalmaztatott kötőhuzalokat, valamint akkumulátort használnakirányítási rendszer, amely „átvételen keresztül” villogtatható, vagyis aa járműnek már nem kell műhelybe mennie, hogy szoftverfrissítéseket kapjon.
A Tesla egyetlen zseniális találmánya az akkumulátor kezelésében rejlik. Speciális akkumulátorkábelt és BMS-t használnak, amely közvetlen vezeték nélküli hálózatot tesz lehetővé anélkül, hogy vissza kellene menni a gyárba a szoftver frissítéséhez.
Valójában a Tesla nagy teljesítménysűrűségű aszinkron motorja nem túl új. A Tesla legkorábbi Roadster modelljében a tajvani Tomita Electric termékeit használják, és a paraméterek nem különböznek túlságosan a Model S által bejelentett paraméterektől. A jelenlegi kutatás során a hazai és külföldi tudósok alacsony költségű, nagy teljesítményű terveket készítenek. gyorsan gyártásba helyezhető motorok. Tehát ha ezt a területet nézzük, kerüljük a mitikus Teslát – a Tesla motorjai elég jók, de nem olyan jók, hogy senki más ne tudja megépíteni őket.
A számos motortípus közül az elektromos járművekben általánosan használtak az aszinkron motorok (más néven indukciós motorok), a külső gerjesztésű szinkronmotorok, az állandó mágneses szinkronmotorok és a hibrid szinkronmotorok. Azok, akik azt hiszik, hogy az első három motor rendelkezik némi ismeretekkel az elektromos járművekről, azoknak van néhány alapfogalma. Az aszinkron motorok alacsony költséggel és nagy megbízhatósággal rendelkeznek, az állandó mágneses szinkronmotorok nagy teljesítménysűrűséggel és hatásfokkal, kis méretekkel, de magas árral és összetett, nagy sebességű szakaszvezérléssel rendelkeznek. .
Lehet, hogy kevesebbet hallott a hibrid szinkronmotorokról, de a közelmúltban sok európai motorszállító elkezdett ilyen motorokat kínálni. A teljesítménysűrűség és a hatásfok nagyon magas, a túlterhelési képesség erős, de a vezérlés nem nehéz, ami nagyon alkalmas elektromos járművekhez.
Ebben a motorban nincs semmi különös. Az állandó mágneses szinkronmotorhoz képest az állandó mágnesek mellett a forgórész a hagyományos szinkronmotorhoz hasonló gerjesztő tekercseléssel is rendelkezik. Egy ilyen motor nem csak az állandó mágnes által hozott nagy teljesítménysűrűséggel rendelkezik, hanem a gerjesztő tekercsen keresztül a mágneses mezőt is az igényeknek megfelelően tudja beállítani, ami minden sebességszakasznál könnyen szabályozható. Tipikus példa erre a svájci BRUSA által gyártott HSM1 sorozatú motor. A HSM1-10.18.22 jelleggörbe az alábbi ábrán látható. A maximális teljesítmény 220 kW, a maximális forgatónyomaték 460 Nm, térfogata azonban mindössze 24 liter (átmérője 30 cm, hossza 34 cm), tömege pedig körülbelül 76 kg. A teljesítménysűrűség és a nyomatéksűrűség alapvetően a Tesla termékeihez hasonlítható. Persze az ára nem olcsó. Ez a motor frekvenciaváltóval van felszerelve, ára 11 000 euró körül mozog.
Az elektromos járművek iránti kereslethez a motortechnológia felhalmozódása kellően kiforrott. Ami jelenleg hiányzik, az egy kifejezetten elektromos járművekhez tervezett motor, nem pedig az ilyen motorok gyártásához szükséges technológia. Úgy gondolják, hogy a piac fokozatos érésével és fejlődésével a nagy teljesítménysűrűségű motorok egyre népszerűbbek lesznek, az ár pedig egyre közelebb kerül az emberekhez.
Az elektromos járművek iránti kereslethez jelenleg csak a kifejezetten elektromos járművekhez tervezett motorok hiányoznak. Úgy gondolják, hogy a piac fokozatos érésével és fejlődésével a nagy teljesítménysűrűségű motorok egyre népszerűbbek lesznek, az ár pedig egyre közelebb kerül az emberekhez.
Az elektromos járművekkel kapcsolatos kutatásnak vissza kell térnie a lényeghez. Az elektromos járművek lényege a biztonságos és megfizethető közlekedés, nem egy mobil technológiai laboratórium, és nem feltétlenül szükséges a legfejlettebb és legdivatosabb technológiát használni. Végső soron a régió igényei szerint kell megtervezni és kialakítani.
A Tesla megjelenése megmutatta az embereknek, hogy a jövőnek az elektromos járműveké kell lennie. Egyelőre nem tudni, hogy milyenek lesznek a jövő elektromos járművei, és milyen pozíciót fog elfoglalni Kína a jövőben az elektromos járműiparban. Ebben rejlik az ipari munka varázsa is: a természettudománytól eltérően még a társadalomtudomány törvényei által jelzett elkerülhetetlen eredmény is megkívánja az emberektől, hogy ezt fáradságos kutatással és erőfeszítéssel érjék el!
(Szerző: PhD-jelölt elektromos járműmérnökségből a Müncheni Műszaki Egyetemen)
Feladás időpontja: 2022. március 24