Էլեկտրական մեքենան նույնքան պարզ է, որքան մարտկոցը և շարժիչը հավաքելը

Ճիշտ ժամանակն է, տեղն էլ ճիշտ է, իսկ չինական էլեկտրական մեքենաների բոլոր ընկերությունները զբաղված են: Չինաստանը, կարծես, դարձել է էլեկտրական մեքենաների համաշխարհային արդյունաբերության կենտրոնը։

Իրականում, Գերմանիայում, եթե ձեր միավորը չի ապահովում լիցքավորման կույտեր, դուք կարող եք անհրաժեշտ լինել ինքներդ գնել: դռան շեմին. Այնուամենայնիվ, մենք միշտ քննարկում ենք, թե ինչու գերմանական այդքան հիանալի ավտոմոբիլային ընկերությունները չեն կարողանում Tesla արտադրել, և հիմա դժվար չէ պատճառները գտնել:

2014 թվականին Մյունխենի տեխնիկական համալսարանի պրոֆեսոր Լիենկամպը հրապարակեց նոր գիրք «Էլեկտրական շարժունակության կարգավիճակ 2014», որն անվճար է և բաց հասարակության համար, և ասաց. արդեն էլեկտրական շարժունակության սեփականատեր է: Մեքենայի վարորդ, նորից մտիր ավանդական մեքենայի գիրկը. Նույնիսկ ամենասովորական էլեկտրական մեքենան ձեզ բերում է վարելու բերկրանք, որն անզուգական է բենզինային մեքենայի հետ»: Նման մեքենան իսկապես կարո՞ղ է մեքենայի տիրոջը ստիպել չթարմացնել Վերադառնալ ավանդական մեքենաների գիրկը։

Ինչպես բոլորս գիտենք, էլեկտրական մեքենայի սիրտը մարտկոցն է:

Սովորական էլեկտրական մեքենայի համար, եվրոպական ստանդարտի փորձարկման համաձայն, էներգիայի սպառումը 100 կիլոմետրի համար կազմում է մոտ 17 կՎտժ, այսինքն՝ 17 կՎտժ։ Դոկտոր Թոմաս Պեսսեն ուսումնասիրել է կոմպակտ մեքենաների էներգիայի սպառումը օպտիմալ կոնֆիգուրացիայի ներքո: Առանց ծախսերը հաշվի առնելու, գոյություն ունեցող առկա տեխնոլոգիայի կիրառմամբ ձեռք բերված 100 կիլոմետրի համար էներգիայի օպտիմալ սպառումը 15 կՎտժ-ից մի փոքր ավելի է: Սա նշանակում է, որ կարճաժամկետ հեռանկարում, փորձելով նվազեցնել էներգիայի սպառումը` օպտիմալացնելով մեքենայի արդյունավետությունը, նույնիսկ առանց լրացուցիչ ծախսերը հաշվի առնելու, էներգախնայողության էֆեկտը համեմատաբար փոքր է:

Օրինակ վերցրեք Tesla-ի 85 կՎտ/ժ հզորությամբ մարտկոցը: Վարելու անվանական հեռավորությունը 500 կմ է։ Եթե ​​էներգիայի սպառումը տարբեր ջանքերի շնորհիվ նվազեցվի մինչև 15 կՎտժ/100 կմ, ապա վարելու ճանապարհը կարող է մեծացվել մինչև 560 կմ: Ուստի կարելի է ասել, որ մեքենայի մարտկոցի ժամկետը համաչափ է մարտկոցի փաթեթի հզորությանը, իսկ համամասնական գործակիցը համեմատաբար ֆիքսված է։ Այս տեսանկյունից, ավելի մեծ էներգիայի խտությամբ մարտկոցների օգտագործումը (պետք է հաշվի առնել և՛ էներգիան Վտժ/կգ միավորի քաշի, և՛ Վտ/լ էներգիան մեկ միավորի ծավալի համար) մեծ նշանակություն ունի էլեկտրական մեքենաների աշխատանքը բարելավելու համար, քանի որ էլեկտրական մեքենաներ, մարտկոցը զբաղեցնում է ընդհանուր քաշի մեծ մասը։

Բոլոր տեսակի լիթիում-իոնային մարտկոցները ամենասպասված և ամենաշատ օգտագործվող մարտկոցներն են: Ավտոմեքենաներում օգտագործվող լիթիումային մարտկոցները հիմնականում ներառում են նիկել կոբալտ լիթիումի մանգանատ եռական մարտկոց (NCM), նիկել կոբալտ լիթիումի ալյումինատ մարտկոց (NCA) և լիթիումի երկաթ ֆոսֆատ մարտկոց (LPF):

1. Նիկել-կոբալտ լիթիումի մանգանատի եռակի մարտկոց NCMօգտագործվում է արտասահմանում բազմաթիվ էլեկտրական մեքենաների կողմից՝ ջերմության արտադրության ցածր արագության, համեմատաբար լավ կայունության, երկարատև կյանքի և 150-220 Վտժ/կգ էներգիայի խտության պատճառով:

2. NCA նիկել-կոբալտ ալյումինատ լիթիում մարտկոց

Tesla-ն օգտագործում է այս մարտկոցը: Էներգիայի խտությունը բարձր է՝ 200-260Wh/kg, և ակնկալվում է, որ շուտով կհասնի 300Wh/kg-ի: Հիմնական խնդիրն այն է, որ ներկայումս միայն Panasonic-ը կարող է արտադրել այս մարտկոցը, գինը բարձր է, իսկ անվտանգությունն ամենավատն է երեք լիթիումային մարտկոցների մեջ, ինչը պահանջում է բարձր արդյունավետության ջերմության տարածում և մարտկոցի կառավարման համակարգ:

3. LPF լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոց Վերջապես, եկեք նայենք LPF մարտկոցին, որն ամենաշատն օգտագործվում է կենցաղային էլեկտրական մեքենաներում: Այս տեսակի մարտկոցների ամենամեծ թերությունն այն է, որ էներգիայի խտությունը շատ ցածր է, որը կարող է հասնել միայն 100-120 Վտժ/կգ: Բացի այդ, LPF-ն ունի նաև ինքնալիցքավորման բարձր արագություն: Սրանցից ոչ մեկը ցանկալի չէ EV արտադրողների կողմից: LPF-ի համատարած ընդունումը Չինաստանում ավելի շատ նման է տեղական արտադրողների կողմից թանկարժեք մարտկոցների կառավարման և հովացման համակարգերի փոխզիջմանը. Այս հատկանիշի մեկ այլ առավելությունն այն է, որ որոշ LPF մարտկոցներ ունեն լիցքաթափման հզորության չափազանց բարձր խտություն, ինչը կարող է բարելավել մեքենայի դինամիկ աշխատանքը: Բացի այդ, LPF մարտկոցների գինը համեմատաբար ցածր է, ուստի այն հարմար է կենցաղային էլեկտրական մեքենաների ներկայիս ցածր և ցածր գնային ռազմավարության համար: Բայց արդյոք այն ակտիվորեն կզարգանա որպես ապագայի մարտկոցների տեխնոլոգիա, դեռ հարցական նշան կա:

Որքա՞ն պետք է լինի միջին էլեկտրական մեքենայի մարտկոցը: Արդյո՞ք դա հազարավոր Tesla մարտկոցներով սերիական և զուգահեռ մարտկոցներով է, թե՞ BYD-ի մի քանի մեծ մարտկոցներով կառուցված մարտկոց: Սա դեռևս հետազոտված հարց է, և այս պահին հստակ պատասխան չկա: Այստեղ ներկայացված են միայն մեծ և փոքր բջիջներից կազմված մարտկոցների փաթեթի բնութագրերը:

Երբ մարտկոցը փոքր է, մարտկոցի ջերմության տարածման ընդհանուր տարածքը համեմատաբար մեծ կլինի, և մարտկոցի ամբողջ փաթեթի ջերմաստիճանը կարող է արդյունավետորեն վերահսկվել ջերմության արտանետման ողջամիտ դիզայնի միջոցով՝ կանխելու բարձր ջերմաստիճանի արագացումը և վատթարացումը: մարտկոցի կյանքը: Ընդհանուր առմամբ, ավելի փոքր մեկ հզորությամբ մարտկոցների հզորությունը և էներգիայի խտությունը ավելի մեծ կլինի: Վերջապես, և ավելի կարևոր է, ընդհանուր առմամբ, որքան քիչ էներգիա ունենա մեկ մարտկոցը, այնքան բարձր կլինի ամբողջ մեքենայի անվտանգությունը: Մարտկոցի փաթեթը, որը բաղկացած է մեծ թվով փոքր բջիջներից, նույնիսկ եթե մեկ բջիջը ձախողվի, դա չափազանց մեծ խնդիր չի առաջացնի: Բայց եթե մեծ հզորությամբ մարտկոցի ներսում խնդիր կա, անվտանգության վտանգը շատ ավելի մեծ է: Հետևաբար, խոշոր բջիջները պահանջում են ավելի շատ պաշտպանիչ սարքեր, որոնք էլ ավելի են նվազեցնում մեծ բջիջներից կազմված մարտկոցի էներգիայի խտությունը:

Սակայն Tesla-ի լուծմամբ ակնհայտ են նաև թերությունները։ Հազարավոր մարտկոցներ պահանջում են մարտկոցների կառավարման չափազանց բարդ համակարգ, և հավելյալ արժեքը չի կարելի թերագնահատել: Volkswagen E-Golf-ի վրա օգտագործվող BMS-ը (Battery Management System), որը ենթամոդուլ է, որը կարող է կառավարել 12 մարտկոց, արժե 17 դոլար: Համաձայն Tesla-ի կողմից օգտագործվող մարտկոցների քանակի գնահատման, նույնիսկ եթե ինքնուրույն մշակված BMS-ի արժեքը ցածր է, BMS-ում Tesla-ի ներդրումների արժեքը կազմում է ավելի քան 5000 ԱՄՆ դոլար, ինչը կազմում է ինքնարժեքի ավելի քան 5%-ը: ամբողջ մեքենան. Այս տեսանկյունից չի կարելի ասել, որ մեծ մարտկոցը լավ չէ։ Այն դեպքում, երբ BMS-ի գինը էականորեն չի նվազել, մարտկոցի փաթեթի չափը պետք է որոշվի մեքենայի դիրքի համաձայն:

Որպես էլեկտրական մեքենաների մեկ այլ հիմնական տեխնոլոգիա, շարժիչը հաճախ դառնում է քննարկման առանցքը, հատկապես Tesla-ի ձմերուկի չափի շարժիչը սպորտային մեքենայի կատարողականությամբ, որն էլ ավելի ապշեցուցիչ է (Model S շարժիչի առավելագույն հզորությունը կարող է հասնել ավելի քան 300 կՎտ, առավելագույնը ոլորող մոմենտը 600 Նմ է, իսկ առավելագույն հզորությունը մոտ է բարձր արագությամբ EMU-ի մեկ շարժիչի հզորությանը): Գերմանական ավտոմոբիլային արդյունաբերության որոշ հետազոտողներ մեկնաբանել են հետևյալը.

Tesla-ն գրեթե ոչինչ չի օգտագործում, բացի սովորական բաղադրիչներից (ալյումինե թափք,ասինխրոն շարժիչ շարժման համար, պայմանական շասսի տեխնոլոգիա օդովկախոց, ESP և սովորական արգելակային համակարգ՝ էլեկտրական վակուումային պոմպով, նոութբուքի բջիջներով և այլն)

Tesla-ն օգտագործում է բոլոր սովորական մասերը, ալյումինե թափքը, ասինխրոն շարժիչները, սովորական մեքենայի կառուցվածքը, արգելակային համակարգը և նոութբուքի մարտկոցը և այլն:

Միակ իսկական նորարարությունը մարտկոցը միացնող տեխնոլոգիայի մեջ էբջիջներ, որոնք օգտագործում են միացնող լարեր, որոնք Tesla-ն արտոնագրել է, ինչպես նաև մարտկոցկառավարման համակարգ, որը կարող է «օդում» շարժվել, ինչը նշանակում է, որմեքենան այլևս կարիք չունի մեքենա վարելու արտադրամաս՝ ծրագրային ապահովման թարմացումներ ստանալու համար:

Տեսլայի միակ հանճարեղ գյուտը մարտկոցի հետ աշխատելն է: Նրանք օգտագործում են հատուկ մարտկոցի մալուխ և BMS, որը հնարավորություն է տալիս ուղիղ անլար ցանցի միացում՝ առանց ծրագրաշարը թարմացնելու համար գործարան վերադառնալու անհրաժեշտության:

Իրականում, Tesla-ի բարձր հզորության խտության ասինխրոն շարժիչը շատ նոր չէ: Tesla-ի ամենավաղ Roadster մոդելում օգտագործվում են Թայվանի Tomita Electric-ի արտադրանքը, և պարամետրերը շատ չեն տարբերվում Model S-ի կողմից հայտարարված պարամետրերից: Ընթացիկ հետազոտության ընթացքում գիտնականները տանը և արտերկրում ունեն ցածր գնով, բարձր էներգիայի նախագծեր: շարժիչներ, որոնք կարող են արագ արտադրվել: Այսպիսով, երբ նայում եք այս դաշտին, խուսափեք առասպելական Tesla-ից. Tesla-ի շարժիչները բավական լավն են, բայց ոչ այնքան լավը, որ ոչ ոք չկարողանա դրանք կառուցել:

Շարժիչների բազմաթիվ տեսակների շարքում էլեկտրական տրանսպորտային միջոցներում սովորաբար օգտագործվողներն են հիմնականում ասինխրոն շարժիչները (նաև կոչվում են ինդուկցիոն շարժիչներ), արտաքին գրգռված համաժամանակյա շարժիչները, մշտական ​​մագնիսների համաժամանակյա շարժիչները և հիբրիդային համաժամանակյա շարժիչները: Նրանք, ովքեր հավատում են, որ առաջին երեք շարժիչները որոշակի գիտելիքներ ունեն էլեկտրական մեքենաների մասին, կունենան որոշ հիմնական հասկացություններ: Ասինխրոն շարժիչներն ունեն ցածր գին և բարձր հուսալիություն, մշտական ​​մագնիսների համաժամանակյա շարժիչներն ունեն բարձր հզորության խտություն և արդյունավետություն, փոքր չափսեր, բայց բարձր գին և բարդ բարձր արագության հատվածի հսկողություն: .

Դուք կարող եք ավելի քիչ լսել հիբրիդային համաժամանակյա շարժիչների մասին, սակայն վերջերս շատ եվրոպական շարժիչների մատակարարներ սկսել են նման շարժիչներ տրամադրել: Հզորության խտությունը և արդյունավետությունը շատ բարձր են, և ծանրաբեռնվածության հզորությունը ուժեղ է, բայց վերահսկումը դժվար չէ, ինչը շատ հարմար է էլեկտրական մեքենաների համար:

Այս շարժիչի մեջ առանձնահատուկ բան չկա: Մշտական ​​մագնիսների համաժամանակյա շարժիչի համեմատ, բացի մշտական ​​մագնիսներից, ռոտորը նաև ավելացնում է գրգռման ոլորուն, որը նման է ավանդական համաժամանակյա շարժիչին: Նման շարժիչը ոչ միայն ունի մշտական ​​մագնիսի կողմից բերված հզորության բարձր խտություն, այլև կարող է հարմարեցնել մագնիսական դաշտը ըստ կարիքների գրգռման ոլորուն միջոցով, որը հեշտությամբ կարելի է կառավարել յուրաքանչյուր արագության հատվածում: Տիպիկ օրինակ է HSM1 սերիայի շարժիչը, որը արտադրվել է BRUSA-ի կողմից Շվեյցարիայում: HSM1-10.18.22 բնորոշ կորը, ինչպես ցույց է տրված ստորև նկարում: Առավելագույն հզորությունը 220 կՎտ է, իսկ առավելագույն ոլորող մոմենտը՝ 460 Նմ, սակայն դրա ծավալն ընդամենը 24 լ է (30 սմ տրամագծով և 34 սմ երկարությամբ) և կշռում է մոտ 76 կգ։ Հզորության խտությունը և ոլորող մոմենտների խտությունը հիմնականում համեմատելի են Tesla-ի արտադրանքի հետ: Իհարկե, գինը էժան չէ։ Այս շարժիչը հագեցած է հաճախականության փոխարկիչով, իսկ գինը կազմում է շուրջ 11000 եվրո։

Էլեկտրական մեքենաների պահանջարկի համար շարժիչային տեխնոլոգիաների կուտակումը բավականաչափ հասուն է։ Ներկայումս պակասում է շարժիչը, որը նախատեսված է հատուկ էլեկտրական մեքենաների համար, այլ ոչ թե նման շարժիչի արտադրության տեխնոլոգիա: Ենթադրվում է, որ շուկայի աստիճանական հասունացման և զարգացման հետ մեկտեղ հզորության բարձր խտությամբ շարժիչներն ավելի ու ավելի հայտնի կդառնան, իսկ գինը ավելի ու ավելի կմոտենա մարդկանց:

Էլեկտրական մեքենաների պահանջարկի համար ներկայումս միայն էլեկտրական մեքենաների համար հատուկ նախագծված շարժիչների պակաս կա: Ենթադրվում է, որ շուկայի աստիճանական հասունացման և զարգացման հետ մեկտեղ հզորության բարձր խտությամբ շարժիչներն ավելի ու ավելի հայտնի կդառնան, իսկ գինը ավելի ու ավելի կմոտենա մարդկանց:

Էլեկտրական մեքենաների վերաբերյալ հետազոտությունը պետք է վերադառնա էության. Էլեկտրական մեքենաների էությունը անվտանգ և մատչելի տրանսպորտն է, այլ ոչ թե շարժական տեխնոլոգիաների լաբորատորիան, և պարտադիր չէ, որ այն օգտագործի ամենաառաջադեմ և նորաձև տեխնոլոգիաները: Վերջնական վերլուծության մեջ այն պետք է պլանավորվի և նախագծվի ըստ տարածաշրջանի կարիքների:

Tesla-ի ի հայտ գալը մարդկանց ցույց տվեց, որ ապագան պետք է պատկանի էլեկտրական մեքենաներին: Թե ինչպիսին կլինեն ապագա էլեկտրական մեքենաները և ինչպիսի դիրքեր կզբաղեցնի Չինաստանն ապագայում էլեկտրական մեքենաների արդյունաբերության մեջ, դեռևս հայտնի չէ։ Սա նաև արդյունաբերական աշխատանքի հմայքն է. ի տարբերություն բնական գիտության, նույնիսկ հասարակական գիտության օրենքներով մատնանշված անխուսափելի արդյունքը մարդկանցից պահանջում է հասնել դրան ծանր ուսումնասիրությունների և ջանքերի միջոցով:

(Հեղինակ՝ Մյունխենի տեխնիկական համալսարանի էլեկտրական մեքենաների ճարտարագիտության թեկնածու)