ელექტრო მანქანა ისეთივე მარტივია, როგორც ბატარეისა და ძრავის აწყობა

დროა და ადგილიც არის, და ყველა ჩინური ელექტრომობილების კომპანია დაკავებულია. ჩინეთი, როგორც ჩანს, გახდა ელექტრომობილების მსოფლიო ინდუსტრიის ცენტრი.

ფაქტობრივად, გერმანიაში, თუ თქვენი ერთეული არ უზრუნველყოფს დამტენის გროვას, შეიძლება დაგჭირდეთ თავად შეიძინოთ. კარის ზღურბლზე. თუმცა, ჩვენ ყოველთვის განვიხილავთ, თუ რატომ ვერ აწარმოებს ამდენი შესანიშნავი გერმანული ავტომობილების კომპანია Tesla-ს და ახლა არ არის რთული მიზეზების პოვნა.

2014 წელს მიუნხენის ტექნიკური უნივერსიტეტის პროფესორმა ლიენკამპმა გამოსცა ახალი წიგნი „ელექტრული მობილობის სტატუსი 2014“, რომელიც უფასო და ღიაა საზოგადოებისთვის და თქვა: „მიუხედავად იმისა, რომ ელექტრო მანქანებს აქვთ სხვადასხვა დეფექტები, მე არასოდეს მინახავს მანქანა, რომელიც უკვე ფლობს ელექტრომობილობას. მანქანის მძღოლი, ხელახლა შედი ტრადიციული მანქანის ჩახუტებაში. ყველაზე გავრცელებულ ელექტრომობილსაც კი მოაქვს მართვის სიამოვნება, რომელსაც ბენზინზე მომუშავე ავტომობილი შეუდარებელია“. ასეთ მანქანას ნამდვილად შეუძლია მანქანის მფლობელს არ განაახლოს ტრადიციული მანქანების ხელში ჩაგდება?

როგორც ყველამ ვიცით, ელექტრომობილის გული ბატარეაა.

ჩვეულებრივი ელექტრომობილისთვის, ევროპული სტანდარტის ტესტის მიხედვით, ენერგიის მოხმარება 100 კილომეტრზე არის დაახლოებით 17 კვტ/სთ, ანუ 17 კვტ/სთ. დოქტორმა თომას პესჩემ შეისწავლა კომპაქტური მანქანების ენერგიის მოხმარება ოპტიმალური კონფიგურაციის პირობებში. ღირებულების გათვალისწინების გარეშე, არსებული ტექნოლოგიის გამოყენებით მიღებული ოპტიმალური ენერგიის მოხმარება 100 კილომეტრზე არის 15 კვტ/სთ-ზე ოდნავ მეტი. ეს ნიშნავს, რომ მოკლევადიან პერიოდში, ენერგიის მოხმარების შემცირების მცდელობა თავად მანქანის ეფექტურობის ოპტიმიზაციის გზით, თუნდაც დამატებითი ხარჯების გათვალისწინების გარეშე, ენერგიის დაზოგვის ეფექტი შედარებით მცირეა.

მაგალითად ავიღოთ Tesla-ს 85 კვტ/სთ ბატარეის ნაკრები. ნომინალური მგზავრობის მანძილი 500 კმ. თუ ენერგიის მოხმარება შემცირდება 15 კვტ/სთ/100 კმ-მდე სხვადასხვა ძალისხმევით, მართვის მანძილი შეიძლება გაიზარდოს 560 კმ-მდე. აქედან გამომდინარე, შეიძლება ითქვას, რომ მანქანის ბატარეის ხანგრძლივობა აკუმულატორის ტევადობის პროპორციულია, ხოლო პროპორციული კოეფიციენტი შედარებით ფიქსირდება. ამ თვალსაზრისით, ენერგიის მაღალი სიმკვრივის მქონე ბატარეების გამოყენებას (გათვალისწინებულ უნდა იქნეს როგორც ენერგია Wh/kg ერთეულ წონაზე, ასევე ენერგია Wh/L ერთეულ მოცულობაზე) ელექტრო მანქანების მუშაობის გასაუმჯობესებლად, რადგან ელექტრო სატრანსპორტო საშუალებებით, ბატარეა იკავებს მთლიანი წონის დიდ ნაწილს.

ყველა სახის ლითიუმ-იონური ბატარეები ყველაზე მოსალოდნელი და ყველაზე ფართოდ გამოყენებული ბატარეებია. მანქანებში გამოყენებული ლითიუმის ბატარეები ძირითადად მოიცავს ნიკელის კობალტის ლითიუმის მანგანატის სამეულ ბატარეას (NCM), ნიკელის კობალტის ლითიუმ ალუმინატის ბატარეას (NCA) და ლითიუმის რკინის ფოსფატის ბატარეას (LPF).

1. ნიკელ-კობალტის ლითიუმის მანგანატის სამჯერადი ბატარეა NCMგამოიყენება ბევრი ელექტრომობილის მიერ საზღვარგარეთ მისი დაბალი სითბოს წარმოების სიჩქარის, შედარებით კარგი სტაბილურობის, ხანგრძლივი სიცოცხლისა და ენერგიის სიმკვრივის 150-220Wh/kg გამო.

2. NCA ნიკელ-კობალტის ალუმინის ლითიუმის ბატარეა

Tesla იყენებს ამ ბატარეას. ენერგიის სიმკვრივე მაღალია, 200-260 ვტ/სთ/კგ და სავარაუდოდ მალე მიაღწევს 300 ვტ/სთ/კგ-ს. მთავარი პრობლემა ის არის, რომ მხოლოდ Panasonic-ს შეუძლია ამ ბატარეის წარმოება ამჟამად, ფასი მაღალია და უსაფრთხოება ყველაზე უარესია სამ ლითიუმის ბატარეას შორის, რაც მოითხოვს მაღალი ხარისხის სითბოს გაფრქვევას და ბატარეის მართვის სისტემას.

3. LPF ლითიუმის რკინის ფოსფატის ბატარეა და ბოლოს, მოდით შევხედოთ LPF ბატარეას, რომელიც ყველაზე მეტად გამოიყენება შიდა ელექტრო მანქანებში. ამ ტიპის ბატარეის ყველაზე დიდი მინუსი ის არის, რომ ენერგიის სიმკვრივე ძალიან დაბალია, რაც შეიძლება მხოლოდ 100-120 ვტ/სთ/კგ-ს მიაღწიოს. გარდა ამისა, LPF-ს ასევე აქვს მაღალი თვითგამონადენის მაჩვენებელი. არცერთი ეს არ არის სასურველი EV მწარმოებლებს. LPF-ის ფართოდ გამოყენება ჩინეთში უფრო ჰგავს კომპრომისს, რომელიც მიიღეს შიდა მწარმოებლების მიერ ძვირადღირებული ბატარეის მართვისა და გაგრილების სისტემებისთვის - LPF ბატარეებს აქვთ ძალიან მაღალი სტაბილურობა და უსაფრთხოება და შეუძლიათ უზრუნველყონ სტაბილური მუშაობა ბატარეის მართვის ცუდი სისტემებით და ბატარეის ხანგრძლივობითაც კი. ამ მახასიათებლით მოტანილი კიდევ ერთი სარგებელი არის ის, რომ ზოგიერთ LPF ბატარეას აქვს გამონადენი ენერგიის უკიდურესად მაღალი სიმჭიდროვე, რამაც შეიძლება გააუმჯობესოს ავტომობილის დინამიური შესრულება. გარდა ამისა, LPF ბატარეების ფასი შედარებით დაბალია, ამიტომ იგი შესაფერისია შიდა ელექტრომობილების დაბალი დონის და დაბალი ფასის სტრატეგიისთვის. მაგრამ იქნება თუ არა ის ენერგიულად განვითარებული, როგორც მომავლის ბატარეის ტექნოლოგია, ჯერ კიდევ კითხვის ნიშანია.

რამდენი უნდა იყოს საშუალო ელექტრომობილის ბატარეა? არის ეს ბატარეის ნაკრები ათასობით Tesla-ს ბატარეებით სერიულად და პარალელურად, თუ ბატარეის პაკეტი, რომელიც აშენებულია BYD-ის რამდენიმე დიდი ბატარეით? ეს არის გამოკვლევის ქვეშ მყოფი კითხვა და ამ დროისთვის კონკრეტული პასუხი არ არსებობს. აქ წარმოდგენილია მხოლოდ დიდი უჯრედებისგან და პატარა უჯრედებისგან შემდგარი ბატარეის პაკეტის მახასიათებლები.

როდესაც ბატარეა მცირეა, ბატარეის მთლიანი სითბოს გაფრქვევის ფართობი იქნება შედარებით დიდი და მთელი ბატარეის ტემპერატურა შეიძლება ეფექტურად კონტროლდებოდეს სითბოს გაფრქვევის გონივრული დიზაინის საშუალებით, რათა თავიდან აიცილოს მაღალი ტემპერატურის აჩქარება და დაქვეითება. ბატარეის სიცოცხლე. ზოგადად, მცირე ერთი ტევადობის მქონე ბატარეების სიმძლავრე და ენერგიის სიმკვრივე უფრო მაღალი იქნება. დაბოლოს, და რაც მთავარია, ზოგადად რომ ვთქვათ, რაც უფრო ნაკლები ენერგია აქვს ერთ ბატარეას, მით უფრო მაღალია მთელი მანქანის უსაფრთხოება. ბატარეის პაკეტი, რომელიც შედგება დიდი რაოდენობით პატარა უჯრედებისგან, თუნდაც ერთი უჯრედი გაუმართავი იყოს, ეს დიდ პრობლემას არ გამოიწვევს. მაგრამ თუ დიდი ტევადობის ბატარეის შიგნით პრობლემაა, უსაფრთხოების საშიშროება გაცილებით დიდია. ამიტომ, დიდ უჯრედებს მეტი დამცავი მოწყობილობა სჭირდება, რაც კიდევ უფრო ამცირებს დიდი უჯრედებისგან შემდგარი ბატარეის ენერგიის სიმკვრივეს.

თუმცა, ტესლას გადაწყვეტით, უარყოფითი მხარეებიც აშკარაა. ათასობით ბატარეა საჭიროებს ბატარეის მართვის უკიდურესად რთულ სისტემას და დამატებითი ღირებულება არ შეიძლება შეფასდეს. BMS (ბატარეის მართვის სისტემა) გამოყენებული Volkswagen E-Golf-ზე, ქვემოდული, რომელსაც შეუძლია 12 ბატარეის მართვა, ღირს $17. Tesla-ს მიერ გამოყენებული ბატარეების რაოდენობის შეფასებით, მაშინაც კი, თუ თვითგანვითარებული BMS-ის ღირებულება დაბალია, ტესლას ინვესტიციის ღირებულება BMS-ში 5000 აშშ დოლარზე მეტია, რაც შეადგენს ღირებულების 5%-ზე მეტს. მთელი მანქანა. ამ თვალსაზრისით, არ შეიძლება ითქვას, რომ დიდი ბატარეა არ არის კარგი. იმ შემთხვევაში, თუ BMS-ის ფასი მნიშვნელოვნად არ შემცირებულა, ბატარეის პაკეტის ზომა უნდა განისაზღვროს მანქანის პოზიციონირების მიხედვით.

ელექტრო მანქანების კიდევ ერთი ძირითადი ტექნოლოგია, ძრავა ხშირად ხდება დისკუსიის ბირთვი, განსაკუთრებით Tesla-ს საზამთროს ზომის ძრავა სპორტული მანქანის ფუნქციონირებით, რაც კიდევ უფრო გასაოცარია (Model S ძრავის პიკური სიმძლავრე შეიძლება მიაღწიოს 300 კვტ-ზე მეტს, მაქსიმალური ბრუნვის მომენტი არის 600 Nm, ხოლო პიკური სიმძლავრე ახლოს არის მაღალსიჩქარიანი EMU-ს ერთი ძრავის სიმძლავრესთან). გერმანიის საავტომობილო ინდუსტრიის ზოგიერთი მკვლევარი კომენტარს აკეთებს შემდეგნაირად:

ტესლა თითქმის არაფერს იყენებს, გარდა ჩვეულებრივი კომპონენტებისა (ალუმინის კორპუსი,ასინქრონული ძრავა ამძრავისთვის, ჩვეულებრივი შასის ტექნოლოგია ჰაერითსაკიდარი, ESP და ჩვეულებრივი სამუხრუჭე სისტემა ელექტრული ვაკუუმის ტუმბოთი, ლეპტოპის უჯრედები და ა.შ.)

Tesla იყენებს ყველა ჩვეულებრივ ნაწილს, ალუმინის კორპუსს, ასინქრონულ ძრავებს, ჩვეულებრივი მანქანის სტრუქტურას, სამუხრუჭე სისტემას და ლეპტოპის ბატარეას და ა.შ.

ერთადერთი ნამდვილი ინოვაცია ბატარეის დამაკავშირებელ ტექნოლოგიაშიაუჯრედები, რომელიც იყენებს ტესლას დაპატენტებული შემაკავშირებელ მავთულს, ასევე ბატარეასმართვის სისტემა, რომელიც შეიძლება ციმციმდეს "ჰაერზე", რაც იმას ნიშნავს, რომმანქანას აღარ სჭირდება სახელოსნოში გამგზავრება პროგრამული უზრუნველყოფის განახლებების მისაღებად.

ტესლას ერთადერთი გენიალური გამოგონება ბატარეის მართვაშია. ისინი იყენებენ სპეციალურ ბატარეის კაბელს და BMS-ს, რომელიც საშუალებას აძლევს პირდაპირ უკაბელო ქსელს პროგრამული უზრუნველყოფის განახლებისთვის ქარხანაში დაბრუნების საჭიროების გარეშე.

სინამდვილეში, Tesla-ს მაღალი სიმძლავრის ასინქრონული ძრავა არც თუ ისე ახალია. Tesla-ს ადრეულ Roadster-ის მოდელში გამოიყენება ტაივანის Tomita Electric-ის პროდუქტები და პარამეტრები არ განსხვავდება Model S-ის მიერ გამოცხადებული პარამეტრებისგან. მიმდინარე კვლევაში, მეცნიერებს სახლში და მის ფარგლებს გარეთ აქვთ დაბალფასიანი, მაღალი სიმძლავრის დიზაინი. ძრავები, რომლებიც შეიძლება სწრაფად გამოვიდეს წარმოებაში. ასე რომ, როცა ამ სფეროს უყურებთ, მოერიდეთ მითიური ტესლას – ტესლას ძრავები საკმარისად კარგია, მაგრამ არც ისე კარგი, რომ ვერავინ ააშენოს.

ძრავის მრავალ ტიპს შორის, ჩვეულებრივ გამოიყენება ელექტრო მანქანებში ძირითადად ასინქრონული ძრავები (ასევე უწოდებენ ინდუქციურ ძრავებს), გარეგნულად აღგზნებული სინქრონული ძრავები, მუდმივი მაგნიტის სინქრონული ძრავები და ჰიბრიდული სინქრონული ძრავები. მათ, ვისაც სჯერა, რომ პირველ სამ ძრავას აქვს გარკვეული ცოდნა ელექტრო მანქანების შესახებ, ექნებათ რამდენიმე ძირითადი კონცეფცია. ასინქრონულ ძრავებს აქვთ დაბალი ღირებულება და მაღალი საიმედოობა, მუდმივი მაგნიტის სინქრონული ძრავები აქვთ მაღალი სიმძლავრის და ეფექტურობის, მცირე ზომის, მაგრამ მაღალი ფასის და კომპლექსური მაღალსიჩქარიანი განყოფილების კონტროლი. .

შეიძლება ნაკლებად გსმენიათ ჰიბრიდული სინქრონული ძრავების შესახებ, მაგრამ ახლახან, ბევრმა ევროპელმა ძრავის მომწოდებელმა დაიწყო ასეთი ძრავების მიწოდება. სიმძლავრის სიმჭიდროვე და ეფექტურობა ძალიან მაღალია, ხოლო გადატვირთვის უნარი ძლიერია, მაგრამ კონტროლი არ არის რთული, რაც ძალიან შესაფერისია ელექტრო მანქანებისთვის.

ამ ძრავში განსაკუთრებული არაფერია. მუდმივი მაგნიტის სინქრონულ ძრავთან შედარებით, მუდმივი მაგნიტების გარდა, როტორს ასევე ამატებს აგზნების გრაგნილი, როგორც ტრადიციული სინქრონული ძრავა. ასეთ ძრავას არა მხოლოდ აქვს მუდმივი მაგნიტის მიერ მოტანილი მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივე, არამედ შეუძლია მაგნიტური ველის მორგება საჭიროების მიხედვით აგზნების გრაგნილის საშუალებით, რომელიც ადვილად კონტროლდება სიჩქარის თითოეულ მონაკვეთზე. ტიპიური მაგალითია HSM1 სერიის ძრავა, რომელიც წარმოებულია BRUSA-ს მიერ შვეიცარიაში. HSM1-10.18.22 დამახასიათებელი მრუდი, როგორც ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში. მაქსიმალური სიმძლავრეა 220 კვტ და მაქსიმალური ბრუნვის მომენტი 460 ნმ, მაგრამ მისი მოცულობა მხოლოდ 24 ლიტრია (30 სმ დიამეტრით და 34 სმ სიგრძით) და იწონის დაახლოებით 76 კგ. სიმძლავრის სიმკვრივე და ბრუნვის სიმკვრივე ძირითადად შედარებულია Tesla-ს პროდუქტებთან. რა თქმა უნდა, ფასი არ არის იაფი. ეს ძრავა აღჭურვილია სიხშირის გადამყვანით და ფასი დაახლოებით 11000 ევროა.

ელექტრომობილებზე მოთხოვნილისთვის, საავტომობილო ტექნოლოგიის დაგროვება საკმაოდ მომწიფებულია. რაც ამჟამად აკლია არის ძრავა, რომელიც შექმნილია სპეციალურად ელექტრო მანქანებისთვის და არა ასეთი ძრავის დამზადების ტექნოლოგია. ითვლება, რომ ბაზრის თანდათანობითი მომწიფებასთან და განვითარებასთან ერთად, მაღალი სიმძლავრის მქონე ძრავები უფრო და უფრო პოპულარული გახდება, ფასი კი ხალხთან უფრო და უფრო ახლოს გახდება.

ელექტრო სატრანსპორტო საშუალებებზე მოთხოვნილისთვის, ამჟამად მხოლოდ ელექტრომობილებისთვის სპეციალურად შექმნილი ძრავების ნაკლებობაა. ითვლება, რომ ბაზრის თანდათანობითი მომწიფებასთან და განვითარებასთან ერთად, მაღალი სიმძლავრის მქონე ძრავები უფრო და უფრო პოპულარული გახდება, ფასი კი ხალხთან უფრო და უფრო ახლოს გახდება.

ელექტრომობილების კვლევა არსს უნდა დაუბრუნდეს. ელექტრო მანქანების არსი უსაფრთხო და ხელმისაწვდომი ტრანსპორტია და არა მობილური ტექნოლოგიების ლაბორატორია და მას სულაც არ სჭირდება ყველაზე მოწინავე და მოდური ტექნოლოგიის გამოყენება. საბოლოო ჯამში ის უნდა დაიგეგმოს და დაპროექტდეს რეგიონის საჭიროებების მიხედვით.

ტესლას გაჩენამ ხალხს აჩვენა, რომ მომავალი ელექტრო მანქანებს უნდა ეკუთვნოდეს. როგორი იქნება მომავალი ელექტრომობილები და რა პოზიციას დაიკავებს ჩინეთი მომავალში ელექტრომობილების ინდუსტრიაში, ჯერჯერობით უცნობია. ეს არის ინდუსტრიული მუშაობის ხიბლიც: საბუნებისმეტყველო მეცნიერებისგან განსხვავებით, სოციალური მეცნიერების კანონებით მითითებული გარდაუვალი შედეგიც კი მოითხოვს, რომ ადამიანი მიაღწიოს მას მძიმე ძიებითა და ძალისხმევით!

(ავტორი: მიუნხენის ტექნიკური უნივერსიტეტის ელექტრო მანქანების ინჟინერიის დოქტორის კანდიდატი)