É a hora certa e o lugar certo, e todas as empresas chinesas de veículos elétricos estão ocupadas. A China parece ter se tornado o centro da indústria mundial de veículos elétricos.
Na verdade, na Alemanha, se a sua unidade não fornecer pilhas de carregamento, talvez você precise comprar uma. na soleira da porta. No entanto, estamos sempre discutindo por que tantas excelentes montadoras alemãs não conseguem fabricar Tesla, e não é difícil encontrar as razões agora.
Em 2014, o Professor Lienkamp da Universidade Técnica de Munique publicou um novo livro “Status da mobilidade eléctrica 2014″, que é gratuito e aberto à sociedade, e disse: “Embora os veículos eléctricos tenham vários defeitos, nunca vi um carro que já possui uma mobilidade elétrica. O motorista do carro entra novamente no abraço do carro tradicional. Até o carro elétrico mais comum traz a você a alegria de dirigir, incomparável a um carro a gasolina.” Esse carro pode realmente fazer com que o proprietário do carro não renove. Jogar de volta nos braços dos carros tradicionais?
Como todos sabemos, o coração de um veículo elétrico é a bateria.
Para um veículo elétrico comum, no teste do padrão europeu, o consumo de energia por 100 quilômetros é de cerca de 17 kWh, ou seja, 17 kWh. Dr. Thomas Pesce estudou o consumo de energia de veículos compactos sob a configuração ideal. Sem considerar o custo, o consumo ideal de energia por 100 quilómetros obtido através da utilização da tecnologia existente disponível é ligeiramente superior a 15 kWh. Isto significa que, a curto prazo, tentando reduzir o consumo de energia através da optimização da eficiência do próprio automóvel, mesmo sem considerar o custo adicional, o efeito de poupança de energia é relativamente pequeno.
Veja a bateria de 85 kWh da Tesla como exemplo. A distância nominal de condução é de 500 km. Se o consumo de energia for reduzido para 15 kWh/100 km através de vários esforços, a distância percorrida pode ser aumentada para 560 km. Portanto, pode-se dizer que a vida útil da bateria do carro é proporcional à capacidade da bateria, e o coeficiente proporcional é relativamente fixo. Deste ponto de vista, o uso de baterias com maior densidade de energia (tanto a energia Wh/kg por unidade de peso quanto a energia Wh/L por unidade de volume precisam ser consideradas) é de grande importância para melhorar o desempenho dos veículos elétricos, porque em veículos elétricos, a bateria ocupa grande parte do peso total.
Todos os tipos de baterias de íon de lítio são as baterias mais esperadas e mais utilizadas. As baterias de lítio usadas em automóveis incluem principalmente bateria ternária de manganato de níquel-cobalto-lítio (NCM), bateria de aluminato de níquel-cobalto-lítio (NCA) e bateria de fosfato de ferro-lítio (LPF).
1. Bateria ternária de manganato de níquel-cobalto e lítio NCMé usado por muitos veículos elétricos no exterior devido à sua baixa taxa de produção de calor, estabilidade relativamente boa, longa vida útil e densidade de energia de 150-220Wh/kg.
2. Bateria de lítio de aluminato de níquel-cobalto NCA
Tesla usa esta bateria. A densidade energética é alta, de 200-260Wh/kg, e espera-se que atinja 300Wh/kg em breve. O principal problema é que atualmente apenas a Panasonic pode produzir esta bateria, o preço é alto e a segurança é a pior entre as três baterias de lítio, o que requer dissipação de calor de alto desempenho e sistema de gerenciamento de bateria.
3. Bateria LPF de fosfato de ferro-lítio Por fim, vejamos a bateria LPF mais utilizada em veículos elétricos domésticos. A maior desvantagem deste tipo de bateria é que a densidade de energia é muito baixa, podendo atingir apenas 100-120Wh/kg. Além disso, o LPF também possui uma alta taxa de autodescarga. Nada disso é desejado pelos fabricantes de EV. A adoção generalizada de LPF na China é mais como um compromisso feito pelos fabricantes nacionais para sistemas caros de gerenciamento e resfriamento de baterias – as baterias LPF têm estabilidade e segurança muito altas e podem garantir uma operação estável mesmo com sistemas de gerenciamento de bateria deficientes e maior vida útil da bateria. Outro benefício trazido por esse recurso é que algumas baterias LPF possuem densidade de potência de descarga extremamente alta, o que pode melhorar o desempenho dinâmico do veículo. Além disso, o preço das baterias LPF é relativamente baixo, por isso é adequado para a atual estratégia de baixo custo e baixo preço dos veículos elétricos nacionais. Mas se será vigorosamente desenvolvida como a tecnologia de bateria do futuro, ainda há um ponto de interrogação.
Qual deve ser o tamanho da bateria de um carro elétrico médio? É uma bateria com milhares de baterias Tesla em série e paralelo, ou uma bateria construída com algumas baterias grandes da BYD? Esta é uma questão ainda pouco pesquisada e atualmente não há uma resposta definitiva. Apenas as características da bateria composta por células grandes e células pequenas são apresentadas aqui.
Quando a bateria é pequena, a área total de dissipação de calor da bateria será relativamente grande, e a temperatura de toda a bateria pode ser controlada de forma eficaz através de um design de dissipação de calor razoável para evitar que a alta temperatura acelere e prejudique o vida útil da bateria. Geralmente, a potência e a densidade de energia das baterias com capacidade única menor serão maiores. Finalmente, e mais importante, de um modo geral, quanto menos energia uma única bateria tiver, maior será a segurança de todo o veículo. Uma bateria composta por um grande número de células pequenas, mesmo que uma única célula falhe, não causará muitos problemas. Mas se houver um problema dentro de uma bateria de grande capacidade, o risco à segurança é muito maior. Portanto, células grandes requerem mais dispositivos de proteção, o que reduz ainda mais a densidade de energia da bateria composta por células grandes.
No entanto, com a solução da Tesla, as desvantagens também são óbvias. Milhares de baterias requerem um sistema de gerenciamento de bateria extremamente complexo e o custo adicional não pode ser subestimado. O BMS (Battery Management System) usado no Volkswagen E-Golf, um submódulo capaz de gerenciar 12 baterias, custa US$ 17. De acordo com a estimativa do número de baterias utilizadas pela Tesla, mesmo que o custo do BMS autodesenvolvido seja baixo, o custo do investimento da Tesla no BMS é superior a 5.000 dólares americanos, representando mais de 5% do custo do veículo inteiro. Deste ponto de vista, não se pode dizer que uma bateria grande não seja boa. Caso o preço do BMS não tenha sido reduzido significativamente, o tamanho da bateria deverá ser determinado de acordo com o posicionamento do carro.
Como outra tecnologia central em veículos elétricos, o motor muitas vezes se torna o centro da discussão, especialmente o motor do tamanho de uma melancia da Tesla com desempenho de carro esportivo, que é ainda mais surpreendente (a potência de pico do motor do Modelo S pode atingir mais de 300kW, o máximo o torque é 600Nm e a potência de pico está próxima da potência de um único motor de uma EMU de alta velocidade). Alguns pesquisadores da indústria automotiva alemã comentaram o seguinte:
Tesla não usa quase nada, exceto componentes convencionais (corpo de alumínio,motor assíncrono para propulsão, tecnologia de chassi convencional com arsuspensão, ESP e um sistema de freio convencional com bomba de vácuo elétrica, células de laptop, etc.)
A Tesla usa todas as peças convencionais, carroceria de alumínio, motores assíncronos, estrutura convencional do carro, sistema de freio e bateria de laptop, etc.
A única inovação genuína reside na tecnologia que liga a bateriacélulas, que usam fios de ligação patenteados pela Tesla, bem como bateriassistema de gerenciamento que pode ser transmitido “over the air”, o que significa que oo veículo não precisa mais ir até uma oficina para receber atualizações de software.
A única invenção genial de Tesla está no manuseio da bateria. Eles usam um cabo de bateria especial e um BMS que permite a rede sem fio direta sem a necessidade de voltar à fábrica para atualizar o software.
Na verdade, o motor assíncrono de alta densidade de potência da Tesla não é muito novo. No primeiro modelo Roadster da Tesla, são usados produtos da Tomita Electric de Taiwan, e os parâmetros não são muito diferentes dos parâmetros anunciados pelo Modelo S. Na pesquisa atual, estudiosos nacionais e estrangeiros têm projetos para baixo custo e alta potência motores que podem ser rapidamente colocados em produção. Portanto, ao olhar para este campo, evite o mítico Tesla – os motores de Tesla são bons o suficiente, mas não tão bons que ninguém mais possa construí-los.
Entre os muitos tipos de motores, os comumente usados em veículos elétricos são principalmente motores assíncronos (também chamados de motores de indução), motores síncronos excitados externamente, motores síncronos de ímã permanente e motores síncronos híbridos. Quem acredita que os três primeiros motores tenham algum conhecimento sobre veículos elétricos terá alguns conceitos básicos. Os motores assíncronos têm baixo custo e alta confiabilidade, os motores síncronos de ímã permanente têm alta densidade de potência e eficiência, tamanho pequeno, mas alto preço e controle complexo de seção de alta velocidade. .
Talvez você tenha ouvido falar menos sobre motores síncronos híbridos, mas recentemente muitos fornecedores europeus de motores começaram a fornecer esses motores. A densidade de potência e a eficiência são muito altas e a capacidade de sobrecarga é forte, mas o controle não é difícil, o que é muito adequado para veículos elétricos.
Não há nada de especial neste motor. Comparado com o motor síncrono de ímã permanente, além dos ímãs permanentes, o rotor também adiciona um enrolamento de excitação semelhante ao motor síncrono tradicional. Tal motor não só possui a alta densidade de potência trazida pelo ímã permanente, mas também pode ajustar o campo magnético de acordo com as necessidades através do enrolamento de excitação, que pode ser facilmente controlado em cada seção de velocidade. Um exemplo típico é o motor da série HSM1 produzido pela BRUSA na Suíça. A curva característica HSM1-10.18.22 é mostrada na figura abaixo. A potência máxima é de 220kW e o torque máximo é de 460Nm, mas seu volume é de apenas 24L (30 cm de diâmetro e 34 cm de comprimento) e pesa cerca de 76kg. A densidade de potência e a densidade de torque são basicamente comparáveis aos produtos da Tesla. Claro, o preço não é barato. Este motor está equipado com conversor de frequência e o preço ronda os 11.000 euros.
Para a demanda por veículos elétricos, o acúmulo de tecnologia motorizada está bastante maduro. O que falta actualmente é um motor concebido especificamente para veículos eléctricos, e não a tecnologia para fabricar tal motor. Acredita-se que com a maturidade e desenvolvimento graduais do mercado, os motores com alta densidade de potência se tornarão cada vez mais populares e o preço ficará cada vez mais próximo das pessoas.
Para a procura de veículos eléctricos, actualmente apenas faltam motores especialmente concebidos para veículos eléctricos. Acredita-se que com a maturidade e desenvolvimento graduais do mercado, os motores com alta densidade de potência se tornarão cada vez mais populares e o preço ficará cada vez mais próximo das pessoas.
A investigação sobre veículos eléctricos precisa de regressar à essência. A essência dos veículos elétricos é o transporte seguro e acessível, não um laboratório de tecnologia móvel, e não precisa necessariamente usar a tecnologia mais avançada e moderna. Em última análise, deverá ser planeado e concebido de acordo com as necessidades da região.
O surgimento da Tesla mostrou às pessoas que o futuro deve pertencer aos veículos elétricos. Ainda não se sabe como serão os futuros veículos elétricos e que posição a China ocupará na indústria de veículos elétricos no futuro. Este é também o encanto do trabalho industrial: ao contrário das ciências naturais, mesmo o resultado inevitável indicado pelas leis das ciências sociais exige que as pessoas o alcancem através de árdua exploração e esforço!
(Autor: Doutorando em engenharia de veículos elétricos na Universidade Técnica de Munique)
Horário da postagem: 24 de março de 2022