Tiden er inne og stedet er rett, og alle kinesiske elbilselskaper er opptatt. Kina ser ut til å ha blitt sentrum for verdens elektriske kjøretøyindustri.
Faktisk, i Tyskland, hvis enheten din ikke har ladehauger, kan det hende du må kjøpe en selv. på dørstokken. Vi diskuterer imidlertid alltid hvorfor så mange utmerkede tyske bilselskaper ikke kan lage Tesla, og det er ikke vanskelig å finne årsakene nå.
I 2014 publiserte professor Lienkamp ved det tekniske universitetet i München en ny bok "Status for elektrisk mobilitet 2014", som er gratis og åpen for samfunnet, og sa: "Selv om elektriske kjøretøy har forskjellige feil, har jeg aldri sett en bil som eier allerede en elektrisk mobilitet. Føreren av bilen, gå inn i omfavnelsen til den tradisjonelle bilen igjen. Selv den vanligste elbilen gir deg kjøregleden, som ikke kan matches med en bensinbil.» En slik bil kan virkelig få bileieren til å ikke fornye Kaste tilbake i armene på tradisjonelle biler?
Som vi alle vet, er hjertet i et elektrisk kjøretøy batteriet.
For et vanlig elektrisk kjøretøy, under den europeiske standardtesten, er energiforbruket per 100 kilometer omtrent 17kWh, det vil si 17 kWh. Dr. Thomas Pesce studerte energiforbruket til kompakte kjøretøy under den optimale konfigurasjonen. Uten å ta hensyn til kostnadene, er det optimale energiforbruket per 100 kilometer oppnådd ved å bruke eksisterende tilgjengelig teknologi litt mer enn 15kWh. Dette betyr at man på kort sikt prøver å redusere energiforbruket ved å optimalisere effektiviteten til selve bilen, selv uten å ta i betraktning merkostnaden, er energispareeffekten relativt liten.
Ta Teslas 85kWh batteripakke som et eksempel. Den nominelle kjørelengden er 500 km. Dersom energiforbruket reduseres til 15kWh/100km gjennom ulike tiltak, kan kjørelengden økes til 560km. Derfor kan det sies at batterilevetiden til bilen er proporsjonal med kapasiteten til batteripakken, og proporsjonskoeffisienten er relativt fast. Fra dette synspunktet er bruk av batterier med høyere energitetthet (både energi Wh/kg per vektenhet og energi Wh/L per volumenhet må vurderes) av stor betydning for å forbedre ytelsen til elektriske kjøretøy, fordi i elektriske kjøretøy, opptar batteriet en stor del av totalvekten.
Alle typer litium-ion-batterier er de mest etterlengtede og de mest brukte batteriene. Litiumbatteriene som brukes i biler inkluderer hovedsakelig nikkelkobolt litiummanganat ternært batteri (NCM), nikkelkobolt litiumaluminatbatteri (NCA) og litiumjernfosfatbatteri (LPF).
1. Nikkel-kobolt litium manganat ternært batteri NCMbrukes av mange elektriske kjøretøy i utlandet på grunn av lav varmeproduksjon, relativt gode stabilitet, lange levetid og energitetthet på 150-220Wh/kg.
2. NCA nikkel-koboltaluminat litiumbatteri
Tesla bruker dette batteriet. Energitettheten er høy, på 200-260Wh/kg, og forventes å nå 300Wh/kg snart. Hovedproblemet er at bare Panasonic kan produsere dette batteriet for øyeblikket, prisen er høy, og sikkerheten er dårligst blant de tre litiumbatteriene, som krever høyytelses varmeavledning og batteristyringssystem.
3. LPF litiumjernfosfatbatteri La oss til slutt se på LPF-batteriet som er mest brukt i elektriske kjøretøyer i hjemmet. Den største ulempen med denne typen batteri er at energitettheten er svært lav, som bare kan nå 100-120Wh/kg. I tillegg har LPF også høy selvutladningsrate. Ingenting av dette er ønsket av EV-produsenter. Den utbredte bruken av LPF i Kina er mer som et kompromiss gjort av innenlandske produsenter for dyre batteristyring og kjølesystemer – LPF-batterier har svært høy stabilitet og sikkerhet, og kan sikre stabil drift selv med dårlige batteristyringssystemer og lengre batterilevetid. En annen fordel med denne funksjonen er at noen LPF-batterier har ekstremt høy utladningskrafttetthet, noe som kan forbedre kjøretøyets dynamiske ytelse. I tillegg er prisen på LPF-batterier relativt lav, så den er egnet for den nåværende low-end og lavprisstrategien til innenlandske elektriske kjøretøyer. Men om den vil bli kraftig utviklet som fremtidens batteriteknologi, er det fortsatt et spørsmålstegn.
Hvor stort skal batteriet til en gjennomsnittlig elbil være? Er det en batteripakke med tusenvis av Tesla-batterier i serie og parallell, eller en batteripakke bygget med noen få store batterier fra BYD? Dette er et underforskningsspørsmål, og det finnes foreløpig ikke noe sikkert svar. Bare egenskapene til batteripakken som består av store celler og små celler introduseres her.
Når batteriet er lite, vil det totale varmespredningsområdet til batteriet være relativt stort, og temperaturen på hele batteripakken kan effektivt kontrolleres gjennom en rimelig varmeavledningsdesign for å forhindre at den høye temperaturen akselererer og forringer levetiden til batteriet. Generelt vil kraften og energitettheten til batterier med mindre enkeltkapasitet være høyere. Til slutt, og enda viktigere, generelt sett, jo mindre energi et enkelt batteri har, desto høyere er sikkerheten til hele kjøretøyet. En batteripakke som består av et stort antall små celler, selv om en enkelt celle svikter, vil det ikke forårsake for mye problem. Men hvis det er et problem inne i et batteri med stor kapasitet, er sikkerhetsfaren mye større. Derfor krever store celler flere beskyttelsesenheter, noe som ytterligere reduserer energitettheten til batteripakken som består av store celler.
Men med Teslas løsning er også ulempene åpenbare. Tusenvis av batterier krever et ekstremt komplekst batteristyringssystem, og tilleggskostnaden kan ikke undervurderes. BMS (Battery Management System) som brukes på Volkswagen E-Golf, en undermodul som kan håndtere 12 batterier, koster $17. I følge estimeringen av antall batterier brukt av Tesla, selv om kostnadene for egenutviklet BMS er lave, er kostnaden for Teslas investering i BMS mer enn 5000 amerikanske dollar, og utgjør mer enn 5 % av kostnadene ved hele kjøretøyet. Fra dette synspunktet kan det ikke sies at et stort batteri ikke er bra. I tilfelle prisen på BMS ikke er vesentlig redusert, bør størrelsen på batteripakken bestemmes i henhold til plasseringen av bilen.
Som en annen kjerneteknologi i elektriske kjøretøy, blir motoren ofte kjernen i diskusjonen, spesielt Teslas vannmelonstørrelsesmotor med sportsbilytelse, som er enda mer forbløffende (toppeffekten til Model S-motoren kan nå mer enn 300kW, den maksimale dreiemomentet er 600Nm, og toppeffekten er nær kraften til en enkelt motor i en høyhastighets EMU). Noen forskere i den tyske bilindustrien kommenterte som følger:
Tesla bruker nesten ingenting bortsett fra konvensjonelle komponenter (aluminiumskropp,asynkron motor for fremdrift, konvensjonell chassisteknologi med luftfjæring, ESP og et konvensjonelt bremsesystem med elektrisk vakuumpumpe, bærbare celler etc.)
Tesla bruker alle konvensjonelle deler, aluminiumskarosseri, asynkronmotorer, konvensjonell bilstruktur, bremsesystem og laptop-batteri etc.
Den eneste reelle innovasjonen ligger i teknologien som kobler sammen batterietceller, som bruker bindingstråder som Tesla har patentert, samt batteristyringssystem som kan blinke "over luften", noe som betyr atkjøretøyet trenger ikke lenger å kjøre til et verksted for å motta programvareoppdateringer.
Teslas eneste geniale oppfinnelse er deres håndtering av batteriet. De bruker en spesiell batterikabel, og et BMS som muliggjør direkte trådløst nettverk uten å måtte gå tilbake til fabrikken for å oppdatere programvaren.
Faktisk er Teslas asynkronmotor med høy effekttetthet ikke for ny. I Teslas tidligste Roadster-modell brukes produktene til Taiwans Tomita Electric, og parametrene er ikke så forskjellige fra parametrene annonsert av Model S. I den nåværende forskningen har forskere i inn- og utland design for lavpris, høyeffekt motorer som raskt kan settes i produksjon. Så når du ser på dette feltet, unngå den mytiske Tesla - Teslas motorer er gode nok, men ikke så gode at ingen andre kan bygge dem.
Blant de mange motortypene er de som vanligvis brukes i elektriske kjøretøy hovedsakelig asynkronmotorer (også kalt induksjonsmotorer), eksternt eksiterte synkronmotorer, permanentmagnetsynkronmotorer og hybridsynkronmotorer. De som tror at de tre første motorene har litt kunnskap om elektriske kjøretøy, vil ha noen grunnleggende konsepter. Asynkrone motorer har lave kostnader og høy pålitelighet, permanentmagnet synkronmotorer har høy effekttetthet og effektivitet, liten størrelse, men høy pris, og kompleks høyhastighets seksjonskontroll. .
Du har kanskje hørt mindre om hybride synkronmotorer, men nylig har mange europeiske motorleverandører begynt å tilby slike motorer. Krafttettheten og effektiviteten er veldig høy, og overbelastningskapasiteten er sterk, men kontrollen er ikke vanskelig, noe som er veldig egnet for elektriske kjøretøy.
Det er ikke noe spesielt med denne motoren. Sammenlignet med synkronmotoren med permanentmagnet, legger rotoren i tillegg til permanentmagnetene også en eksitasjonsvikling som ligner på den tradisjonelle synkronmotoren. En slik motor har ikke bare den høye effekttettheten brakt av permanentmagneten, men kan også justere magnetfeltet i henhold til behovene gjennom eksitasjonsviklingen, som enkelt kan kontrolleres ved hver hastighetsseksjon. Et typisk eksempel er HSM1-seriens motor produsert av BRUSA i Sveits. HSM1-10.18.22 karakteristikkkurven er som vist i figuren nedenfor. Maksimal effekt er 220kW og maksimalt dreiemoment er 460Nm, men volumet er bare 24L (30 cm i diameter og 34 cm i lengde) og veier omtrent 76kg. Effekttettheten og dreiemomenttettheten er i utgangspunktet sammenlignbar med Teslas produkter. Prisen er selvfølgelig ikke billig. Denne motoren er utstyrt med en frekvensomformer, og prisen er rundt 11.000 euro.
For etterspørselen etter elektriske kjøretøy er akkumuleringen av motorteknologi moden nok. Det som for tiden mangler er en motor designet spesielt for elektriske kjøretøy, ikke teknologien for å lage en slik motor. Det antas at med den gradvise modenheten og utviklingen av markedet vil motorer med høy effekttetthet bli mer og mer populære, og prisen vil bli mer og mer nær folket.
For etterspørselen etter elektriske kjøretøy er det foreløpig kun mangel på motorer spesialdesignet for elektriske kjøretøy. Det antas at med den gradvise modenheten og utviklingen av markedet vil motorer med høy effekttetthet bli mer og mer populære, og prisen vil bli mer og mer nær folket.
Forskningen på elektriske kjøretøy må tilbake til essensen. Essensen av elektriske kjøretøy er trygg og rimelig transport, ikke et mobilt teknologilaboratorium, og det trenger ikke nødvendigvis å bruke den mest avanserte og fasjonable teknologien. Til syvende og sist bør det planlegges og utformes i henhold til regionens behov.
Fremveksten av Tesla har vist folk at fremtiden må tilhøre elektriske kjøretøy. Hvordan fremtidens elbiler vil se ut og hvilken posisjon Kina vil innta i elbilindustrien i fremtiden er fortsatt ukjent. Dette er også sjarmen med industriarbeid: i motsetning til naturvitenskapen, krever selv det uunngåelige resultatet angitt av samfunnsvitenskapens lover at folk oppnår det gjennom vanskelig utforskning og innsats!
(Forfatter: PhD-kandidat i elbilteknikk ved det tekniske universitetet i München)
Innleggstid: 24. mars 2022