Время подходящее и место подходящее, и все китайские компании по производству электромобилей оккупированы. Китай, похоже, стал центром мировой индустрии электромобилей.
Фактически, в Германии, если в вашем подразделении нет зарядных блоков, вам, возможно, придется купить их самостоятельно. на пороге. Однако мы постоянно обсуждаем, почему так много прекрасных немецких автомобильных компаний не могут производить Tesla, и сейчас нетрудно найти причины.
В 2014 году профессор Линкамп из Мюнхенского технического университета опубликовал новую книгу «Состояние электрической мобильности 2014», которая является бесплатной и открытой для общества, и сказал: «Хотя электромобили имеют различные дефекты, я никогда не видел автомобиля, который уже владеет электромобилем. Водитель автомобиля снова входит в объятия традиционного автомобиля. Даже самый обычный электромобиль приносит радость от вождения, которой нет у бензинового автомобиля». Такой автомобиль действительно может заставить автовладельца не обновляться. Бросаясь обратно в объятия традиционных автомобилей?
Как мы все знаем, сердцем электромобиля является аккумулятор.
Для обычного электромобиля по европейскому стандарту расход энергии на 100 километров составляет около 17кВтч, то есть 17кВтч. Доктор Томас Пеше изучил энергопотребление компактных автомобилей в оптимальной конфигурации. Без учета стоимости оптимальный расход энергии на 100 километров, полученный при использовании существующей доступной технологии, составляет чуть более 15кВтч. Это означает, что в краткосрочной перспективе, пытаясь снизить потребление энергии за счет оптимизации эффективности самого автомобиля, даже без учета дополнительных затрат, эффект энергосбережения относительно невелик.
Возьмем, к примеру, аккумуляторную батарею Tesla емкостью 85 кВтч. Номинальный пробег составляет 500 км. Если с помощью различных усилий потребление энергии снизить до 15 кВтч/100 км, расстояние поездки можно увеличить до 560 км. Следовательно, можно сказать, что срок службы аккумулятора автомобиля пропорционален емкости аккумуляторной батареи, а коэффициент пропорциональности относительно фиксирован. С этой точки зрения использование аккумуляторов с более высокой плотностью энергии (необходимо учитывать как энергию Втч/кг на единицу веса, так и энергию Втч/л на единицу объема) имеет большое значение для улучшения характеристик электромобилей, поскольку в электромобилей, аккумулятор занимает большую часть общего веса.
Все виды литий-ионных аккумуляторов являются наиболее ожидаемыми и наиболее широко используемыми. Литиевые батареи, используемые в автомобилях, в основном включают никель-кобальт-литий-манганатные тройные батареи (NCM), никель-кобальт-литий-алюминатные батареи (NCA) и литий-железо-фосфатные батареи (LPF).
1. Никель-кобальтий-литий-манганатная тройная батарея NCM.используется во многих электромобилях за рубежом из-за его низкой производительности тепла, относительно хорошей стабильности, длительного срока службы и плотности энергии 150-220 Втч/кг.
2. Никель-кобальт-алюминатная литиевая батарея NCA.
Tesla использует эту батарею. Плотность энергии высока и составляет 200-260 Втч/кг, и ожидается, что в ближайшее время она достигнет 300 Втч/кг. Основная проблема заключается в том, что в настоящее время эту батарею может производить только Panasonic, цена высокая, а безопасность худшая среди трех литиевых батарей, что требует высокоэффективного отвода тепла и системы управления батареей.
3. Литий-железо-фосфатный аккумулятор LPF Наконец, давайте посмотрим на аккумулятор LPF, наиболее часто используемый в отечественных электромобилях. Самым большим недостатком аккумуляторов этого типа является очень низкая плотность энергии, которая может достигать всего 100-120 Втч/кг. Кроме того, LPF также имеет высокую скорость саморазряда. Ничего из этого нежелательно для производителей электромобилей. Широкое внедрение LPF в Китае больше похоже на компромисс, на который отечественные производители пошли в отношении дорогостоящих систем управления батареями и охлаждения: батареи LPF обладают очень высокой стабильностью и безопасностью и могут обеспечить стабильную работу даже при плохих системах управления батареями и более длительный срок службы батарей. Еще одним преимуществом этой функции является то, что некоторые аккумуляторы LPF имеют чрезвычайно высокую плотность мощности разряда, что может улучшить динамические характеристики автомобиля. Кроме того, цена аккумуляторов LPF относительно низкая, поэтому они подходят для текущей стратегии недорогих и недорогих отечественных электромобилей. Но будет ли она активно развиваться как аккумуляторная технология будущего, все еще остается под вопросом.
Насколько большой должна быть батарея среднего электромобиля? Это аккумуляторная батарея с тысячами батарей Tesla, соединенных последовательно и параллельно, или аккумуляторная батарея, состоящая из нескольких больших батарей от BYD? Это недостаточно исследованный вопрос, и на него в настоящее время нет однозначного ответа. Здесь представлены только характеристики аккумуляторной батареи, состоящей из больших и малых ячеек.
Когда батарея небольшая, общая площадь рассеивания тепла батареи будет относительно большой, и температуру всего аккумуляторного блока можно эффективно контролировать с помощью разумной конструкции рассеивания тепла, чтобы предотвратить ускорение высокой температуры и снижение производительности. срок службы батареи. Как правило, мощность и плотность энергии батарей меньшей единичной емкости будут выше. Наконец, что более важно, вообще говоря, чем меньше энергии имеет одна батарея, тем выше безопасность всего автомобиля. Аккумуляторный блок, состоящий из большого количества маленьких ячеек, даже если одна ячейка выйдет из строя, это не вызовет особых проблем. Но если проблема возникает внутри аккумулятора большой емкости, угроза безопасности гораздо выше. Следовательно, для больших ячеек требуется больше защитных устройств, что еще больше снижает плотность энергии аккумуляторной батареи, состоящей из больших ячеек.
Однако у решения Теслы очевидны и недостатки. Тысячи батарей требуют чрезвычайно сложной системы управления батареями, и дополнительные затраты нельзя недооценивать. BMS (система управления аккумулятором), используемая на Volkswagen E-Golf, субмодуль, способный управлять 12 батареями, стоит 17 долларов. Согласно оценке количества батарей, используемых Tesla, даже если стоимость BMS собственной разработки невелика, стоимость инвестиций Tesla в BMS составляет более 5000 долларов США, что составляет более 5% стоимости системы BMS. весь автомобиль. С этой точки зрения нельзя сказать, что большая батарея – это плохо. В случае, если цена BMS существенно не снизилась, размер аккумуляторной батареи следует определять в соответствии с расположением автомобиля.
В качестве еще одной базовой технологии в электромобилях двигатель часто становится предметом обсуждения, особенно двигатель Tesla размером с арбуз с характеристиками спортивного автомобиля, что еще более поразительно (пиковая мощность двигателя Model S может достигать более 300 кВт). крутящий момент составляет 600 Нм, а пиковая мощность близка к мощности одиночного двигателя высокоскоростного электропоезда). Некоторые исследователи немецкой автомобильной промышленности прокомментировали следующее:
Tesla не использует почти ничего, кроме традиционных компонентов (алюминиевый корпус,асинхронный двигатель для силовой установки, традиционное шасси с пневмоприводомподвеска, ESP и обычная тормозная система с электровакуумным насосом, аккумуляторами ноутбука и т.д.)
Tesla использует все обычные детали: алюминиевый корпус, асинхронные двигатели, обычную конструкцию автомобиля, тормозную систему, батарею ноутбука и т. д.
Единственная настоящая инновация заключается в технологии подключения аккумулятора.элементы, в которых используются соединительные провода, запатентованные Теслой, а также аккумуляторсистему управления, которую можно прошить «по воздуху», то естьавтомобилю больше не нужно ехать в мастерскую для получения обновлений программного обеспечения.
Единственное гениальное изобретение Теслы — обращение с аккумулятором. Они используют специальный аккумуляторный кабель и систему BMS, которая обеспечивает прямое подключение к беспроводной сети без необходимости возвращаться на завод для обновления программного обеспечения.
На самом деле, асинхронный двигатель Tesla с высокой удельной мощностью не так уж и нов. В самой ранней модели Tesla Roadster используется продукция тайваньской Tomita Electric, и параметры не слишком отличаются от параметров, заявленных Model S. В текущих исследованиях учёные в стране и за рубежом разрабатывают недорогие, мощные модели. двигатели, которые можно быстро запустить в производство. Поэтому, рассматривая эту область, избегайте мифической Теслы: двигатели Теслы достаточно хороши, но не настолько, чтобы никто другой не мог их построить.
Среди множества типов двигателей в электромобилях обычно используются в основном асинхронные двигатели (также называемые асинхронными двигателями), синхронные двигатели с внешним возбуждением, синхронные двигатели с постоянными магнитами и гибридные синхронные двигатели. Те, кто считает, что первые три двигателя имеют некоторые знания об электромобилях, будут иметь некоторые базовые понятия. Асинхронные двигатели имеют низкую стоимость и высокую надежность, синхронные двигатели с постоянными магнитами имеют высокую удельную мощность и КПД, небольшие габариты, но высокую цену, сложное управление высокоскоростными секциями. .
Возможно, вы меньше слышали о гибридных синхронных двигателях, но в последнее время многие европейские поставщики двигателей начали поставлять такие двигатели. Плотность мощности и эффективность очень высоки, а перегрузочная способность велика, но управление несложное, что очень подходит для электромобилей.
Ничего особенного в этом моторе нет. По сравнению с синхронным двигателем с постоянными магнитами, в дополнение к постоянным магнитам, ротор также имеет обмотку возбуждения, аналогичную традиционному синхронному двигателю. Такой двигатель не только обладает высокой плотностью мощности, создаваемой постоянным магнитом, но также может регулировать магнитное поле в соответствии с потребностями с помощью обмотки возбуждения, которой можно легко управлять на каждом участке скорости. Типичным примером является двигатель серии HSM1 производства компании BRUSA в Швейцарии. Характеристическая кривая HSM1-10.18.22 показана на рисунке ниже. Максимальная мощность составляет 220 кВт, а максимальный крутящий момент — 460 Нм, но его объём составляет всего 24 л (30 см в диаметре и 34 см в длину), а весит около 76 кг. Плотность мощности и плотность крутящего момента в основном сопоставимы с продукцией Tesla. Конечно, цена не из дешевых. Этот мотор оснащен преобразователем частоты, а цена составляет около 11 000 евро.
Для удовлетворения спроса на электромобили накопление автомобильных технологий достаточно созрело. Чего в настоящее время не хватает, так это двигателя, разработанного специально для электромобилей, а не технологии изготовления такого двигателя. Считается, что с постепенным взрослением и развитием рынка двигатели с высокой удельной мощностью будут становиться все более популярными, а цена будет становиться все более близкой к народу.
Что касается спроса на электромобили, то в настоящее время наблюдается лишь нехватка двигателей, специально разработанных для электромобилей. Считается, что с постепенным взрослением и развитием рынка двигатели с высокой удельной мощностью будут становиться все более популярными, а цена будет становиться все более близкой к народу.
Исследования электромобилей должны вернуться к сути. Суть электромобилей — это безопасный и доступный транспорт, а не мобильная технологическая лаборатория, и для этого не обязательно использовать самые передовые и модные технологии. В конечном итоге его следует планировать и проектировать с учетом потребностей региона.
Появление Tesla показало людям, что будущее должно принадлежать электромобилям. Как будут выглядеть электромобили будущего и какую позицию в отрасли электромобилей займет Китай в будущем, пока неизвестно. В этом и прелесть промышленного труда: в отличие от естествознания, даже неизбежный результат, указанный законами социальных наук, требует от людей достижения его путем напряженных исследований и усилий!
(Автор: кандидат наук в области электромобилей Мюнхенского технического университета)
Время публикации: 24 марта 2022 г.