Tíminn er réttur og staðurinn er réttur og öll kínversk rafbílafyrirtæki eru upptekin. Kína virðist hafa orðið miðstöð rafbílaiðnaðar heimsins.
Reyndar, í Þýskalandi, ef einingin þín býður ekki upp á hleðsluhauga gætir þú þurft að kaupa einn sjálfur. á dyraþrepinu. Hins vegar erum við alltaf að ræða hvers vegna svo mörg frábær þýsk bílafyrirtæki geta ekki framleitt Tesla og það er ekki erfitt að finna ástæðurnar núna.
Árið 2014 gaf prófessor Lienkamp við Tækniháskólann í Munchen út nýja bók „Status of electrical mobility 2014″, sem er ókeypis og opin samfélaginu, og sagði: „Þrátt fyrir að rafknúin farartæki séu með ýmsa galla, hef ég aldrei séð bíl sem á nú þegar rafmagnshreyfanleika. Ökumaður bílsins, farðu aftur inn í faðm hins hefðbundna bíls. Jafnvel algengasti rafbíllinn veitir þér akstursgleðina, sem á sér enga hliðstæðu fyrir bensínbíll.“ Slíkur bíll getur raunverulega gert bíleigandann ekki að endurnýja Kasta aftur í fangið á hefðbundnum bílum?
Eins og við vitum öll er hjarta rafbíls rafhlaðan.
Fyrir venjulegt rafknúið ökutæki, samkvæmt evrópsku staðalprófinu, er orkunotkun á 100 kílómetra um 17kWh, það er 17 kWh. Dr. Thomas Pesce rannsakaði orkunotkun fyrirferðarlítilla farartækja undir ákjósanlegri uppsetningu. Án þess að taka tillit til kostnaðar er ákjósanlegur orkunotkun á hverja 100 kílómetra sem fæst með því að nota núverandi tiltæka tækni aðeins meira en 15kWh. Þetta þýðir að til skamms tíma, þegar reynt er að draga úr orkunotkun með því að hámarka skilvirkni bílsins sjálfs, jafnvel án þess að huga að aukakostnaði, eru orkusparnaðaráhrifin tiltölulega lítil.
Tökum 85kWh rafhlöðupakka Tesla sem dæmi. Nafnakstursvegalengd er 500 km. Ef orkunotkunin er lækkuð í 15kWh/100km með ýmsum átakum er hægt að auka akstursvegalengdina í 560km. Þess vegna má segja að endingartími rafhlöðunnar í bílnum sé í réttu hlutfalli við getu rafhlöðupakkans og hlutfallsstuðullinn er tiltölulega fastur. Frá þessu sjónarhorni hefur notkun rafgeyma með meiri orkuþéttleika (bæði orku Wh/kg á þyngdareiningu og orku Wh/L á rúmmálseiningu) mikla þýðingu til að bæta afköst rafknúinna ökutækja, vegna þess að í rafknúin farartæki, þá tekur rafhlaðan stóran hluta af heildarþyngdinni.
Alls konar litíumjónarafhlöður eru þær rafhlöður sem mest er beðið um og þær sem mest eru notaðar. Litíum rafhlöðurnar sem notaðar eru í bifreiðum innihalda aðallega nikkel kóbalt litíum manganat ternary rafhlöðu (NCM), nikkel kóbalt litíum aluminate rafhlöðu (NCA) og litíum járn fosfat rafhlöðu (LPF).
1. Nikkel-kóbalt litíum manganat þrískipt rafhlaða NCMer notað af mörgum rafknúnum ökutækjum erlendis vegna lágs hitaframleiðsluhraða, tiltölulega góðs stöðugleika, langs líftíma og orkuþéttleika 150-220Wh/kg.
2. NCA nikkel-kóbalt aluminate litíum rafhlaða
Tesla notar þessa rafhlöðu. Orkuþéttleiki er mikill, 200-260Wh/kg, og er búist við að hann nái 300Wh/kg fljótlega. Helsta vandamálið er að aðeins Panasonic getur framleitt þessa rafhlöðu eins og er, verðið er hátt og öryggið er verst af þremur litíum rafhlöðum, sem krefst afkastamikilla hitaleiðni og rafhlöðustjórnunarkerfis.
3. LPF litíum járn fosfat rafhlaða Að lokum skulum við líta á LPF rafhlöðuna sem er mest notuð í innlendum rafknúnum ökutækjum. Stærsti ókosturinn við þessa tegund af rafhlöðum er að orkuþéttleiki er mjög lítill, sem getur aðeins náð 100-120Wh/kg. Að auki hefur LPF einnig hátt sjálflosunarhraða. Ekkert af þessu er óskað af rafbílaframleiðendum. Hin útbreidda upptaka á LPF í Kína er meira eins og málamiðlun sem innlendir framleiðendur hafa gert fyrir dýr rafhlöðustjórnun og kælikerfi - LPF rafhlöður hafa mjög mikinn stöðugleika og öryggi og geta tryggt stöðugan rekstur jafnvel með lélegum rafhlöðustjórnunarkerfum og lengri endingu rafhlöðunnar. Annar ávinningur sem þessi eiginleiki hefur í för með sér er að sumar LPF rafhlöður eru með afar háan útskriftaraflþéttleika, sem getur bætt kraftmikla afköst ökutækis. Að auki er verð á LPF rafhlöðum tiltölulega lágt, svo það er hentugur fyrir núverandi lágmarks- og lágverðsstefnu innlendra rafknúinna ökutækja. En hvort hún verði þróuð af krafti sem rafhlöðutækni framtíðarinnar er enn spurningarmerki.
Hversu stór ætti rafhlaðan í meðalrafbíl að vera? Er það rafhlaða pakki með þúsundum Tesla rafhlöðum í röð og samhliða, eða rafhlöðupakka byggður með nokkrum stórum rafhlöðum frá BYD? Þetta er vanrannsóknarspurning og það er ekkert ákveðið svar sem stendur. Aðeins eiginleikar rafhlöðupakkans sem samanstendur af stórum frumum og litlum frumum eru kynntir hér.
Þegar rafhlaðan er lítil verður heildarhitaleiðnisvæði rafhlöðunnar tiltölulega stórt og hægt er að stjórna hitastigi alls rafhlöðupakkans með hæfilegri hitaleiðnihönnun til að koma í veg fyrir að háhitinn flýti fyrir og dragi úr líftíma rafhlöðunnar. Almennt mun afl og orkuþéttleiki rafhlaðna með minni staka afkastagetu vera hærri. Að lokum, og mikilvægara, almennt séð, því minni orku sem ein rafhlaða hefur, því meira er öryggi alls ökutækisins. Rafhlöðupakka sem samanstendur af mörgum litlum frumum, jafnvel þó að ein fruma bili, mun það ekki valda of miklum vandræðum. En ef það er vandamál inni í rafhlöðu með mikla afkastagetu er öryggishættan miklu meiri. Þess vegna þurfa stórar frumur fleiri verndarbúnað, sem dregur enn frekar úr orkuþéttleika rafhlöðupakkans sem samanstendur af stórum frumum.
Hins vegar, með lausn Tesla, eru ókostirnir líka augljósir. Þúsundir rafhlaðna krefjast afar flókins rafhlöðustjórnunarkerfis og ekki er hægt að vanmeta aukakostnaðinn. BMS (rafhlöðustjórnunarkerfi) sem notað er á Volkswagen E-Golf, undireiningu sem getur stjórnað 12 rafhlöðum, kostar $17. Samkvæmt mati á fjölda rafhlaðna sem Tesla notar, jafnvel þótt kostnaður við sjálfþróað BMS sé lágur, er kostnaður við fjárfestingu Tesla í BMS meira en 5.000 Bandaríkjadalir, sem svarar til meira en 5% af kostnaði við BMS. allt farartæki. Frá þessu sjónarhorni er ekki hægt að segja að stór rafhlaða sé ekki góð. Ef verð á BMS hefur ekki lækkað verulega ætti stærð rafgeymipakkans að vera ákveðin í samræmi við staðsetningu bílsins.
Sem önnur kjarnatækni í rafknúnum ökutækjum verður mótorinn oft kjarni umræðunnar, sérstaklega vatnsmelónumótor Tesla með sportbílafköst, sem er enn undraverðari (hámarksafl Model S mótorsins getur náð meira en 300kW, hámarkið tog er 600Nm og hámarksaflið er nálægt afli eins mótors á háhraða EMU). Sumir vísindamenn í þýska bílaiðnaðinum sögðu eftirfarandi:
Tesla notar nánast ekkert nema hefðbundna íhluti (álhús,ósamstilltur mótor fyrir framdrif, hefðbundin undirvagnstækni með loftifjöðrun, ESP og hefðbundið bremsukerfi með raftæmisdælu, fartölvuhólf o.s.frv.)
Tesla notar alla hefðbundna hluta, álbyggingu, ósamstillta mótora, hefðbundna bílabyggingu, bremsukerfi og fartölvu rafhlöðu o.fl.
Eina raunverulega nýjungin liggur í tækninni sem tengir rafhlöðunafrumur, sem notar tengivíra sem Tesla hefur fengið einkaleyfi á, auk rafhlöðustjórnunarkerfi sem hægt er að blikka „í loftinu“, sem þýðir aðökutæki þarf ekki lengur að keyra á verkstæði til að fá hugbúnaðaruppfærslur.
Eina snilldar uppfinning Tesla er í meðhöndlun þeirra á rafhlöðunni. Þeir nota sérstaka rafhlöðu snúru og BMS sem gerir beint þráðlaust net án þess að þurfa að fara aftur í verksmiðjuna til að uppfæra hugbúnaðinn.
Reyndar er ósamstilltur mótor Tesla með mikla aflþéttleika ekki of nýr. Í elstu Roadster gerð Tesla eru vörur frá Tomita Electric frá Taívan notaðar og færibreyturnar eru ekki of frábrugðnar þeim breytum sem Model S hefur tilkynnt. Í núverandi rannsóknum hafa fræðimenn heima og erlendis hönnun fyrir lágan kostnað og mikil afl mótorar sem hægt er að koma fljótt í framleiðslu. Svo þegar þú skoðar þetta svið skaltu forðast goðsagnakennda Tesla - mótorar Tesla eru nógu góðir, en ekki svo góðir að enginn annar geti byggt þá.
Meðal margra mótortegunda eru þær sem almennt eru notaðar í rafknúnum ökutækjum aðallega ósamstilltir mótorar (einnig kallaðir innleiðslumótorar), samstilltir mótorar að utan, samstilltir mótorar með varanlegum seglum og tvinnsamstillir mótorar. Þeir sem telja að fyrstu þrír mótorarnir hafi einhverja þekkingu á rafknúnum farartækjum munu hafa nokkur grundvallarhugtök. Ósamstilltir mótorar eru með litlum tilkostnaði og mikla áreiðanleika, samstillir mótorar með varanlegum segulmagni hafa mikla aflþéttleika og skilvirkni, litla stærð en hátt verð og flókið háhraða hlutastýringu. .
Þú hefur kannski heyrt minna um tvinn samstillta mótora, en nýlega hafa margir evrópskar mótorabirgðir byrjað að útvega slíka mótora. Aflþéttleiki og skilvirkni er mjög mikil og ofhleðslugetan er sterk, en eftirlitið er ekki erfitt, sem er mjög hentugur fyrir rafknúin ökutæki.
Það er ekkert sérstakt við þennan mótor. Í samanburði við varanlega segulsamstillta mótorinn, auk varanlegu segulanna, bætir snúningurinn einnig örvunarvinda svipað og hefðbundinn samstilltur mótor. Slíkur mótor hefur ekki aðeins mikla aflþéttleika sem varanlegi segullinn færir, heldur getur hann einnig stillt segulsviðið í samræmi við þarfir í gegnum örvunarvinduna, sem auðvelt er að stjórna á hverjum hraðahluta. Dæmigerð dæmi er HSM1 mótorinn sem framleiddur er af BRUSA í Sviss. HSM1-10.18.22 einkennisferillinn er eins og sýnt er á myndinni hér að neðan. Hámarksafl er 220kW og hámarkstog er 460Nm, en rúmmál hans er aðeins 24L (30 cm í þvermál og 34 cm á lengd) og vegur um 76kg. Aflþéttleiki og togþéttleiki er í grundvallaratriðum sambærilegur við vörur Tesla. Auðvitað er verðið ekki ódýrt. Þessi mótor er búinn tíðnibreytir og verðið er um 11.000 evrur.
Fyrir eftirspurn eftir rafknúnum ökutækjum er uppsöfnun mótortækni nógu þroskuð. Það sem nú vantar er mótor sem er hannaður sérstaklega fyrir rafbíla, ekki tæknina til að búa til slíkan mótor. Talið er að með hægfara þroska og þróun markaðarins muni mótorar með mikla aflþéttleika verða vinsælli og verðið verður meira og meira nálægt fólkinu.
Fyrir eftirspurn eftir rafknúnum ökutækjum skortir nú aðeins mótora sem eru sérstaklega hönnuð fyrir rafbíla. Talið er að með hægfara þroska og þróun markaðarins muni mótorar með mikla aflþéttleika verða vinsælli og verðið verður meira og meira nálægt fólkinu.
Rannsóknir á rafknúnum farartækjum þurfa að fara aftur að kjarnanum. Kjarninn í rafknúnum ökutækjum er öruggar og hagkvæmar samgöngur, ekki farsímatæknirannsóknarstofa, og það þarf ekki endilega að nota fullkomnustu og smartustu tæknina. Þegar öllu er á botninn hvolft ætti að skipuleggja það og hanna í samræmi við þarfir svæðisins.
Tilkoma Tesla hefur sýnt fólki að framtíðin verður að tilheyra rafknúnum ökutækjum. Hvernig framtíð rafknúin farartæki munu líta út og hvaða stöðu Kína mun taka í rafbílaiðnaðinum í framtíðinni er enn óþekkt. Þetta er líka heilla iðnaðarstarfsins: ólíkt náttúruvísindum, jafnvel hin óumflýjanlega árangur sem lögmál félagsvísinda gefa til kynna krefst þess að fólk nái því með erfiðri könnun og fyrirhöfn!
(Höfundur: PhD kandidat í rafbílaverkfræði við Tækniháskólann í München)
Pósttími: 24. mars 2022