Nastal správny čas a správne miesto a všetky čínske spoločnosti vyrábajúce elektrické vozidlá sú obsadené. Zdá sa, že Čína sa stala centrom svetového priemyslu elektrických vozidiel.
V skutočnosti v Nemecku, ak vaša jednotka neposkytuje nabíjacie hromady, možno si budete musieť kúpiť sami. na prahu. Stále však diskutujeme o tom, prečo toľko vynikajúcich nemeckých automobiliek nemôže vyrábať Teslu a teraz nie je ťažké nájsť dôvody.
Profesor Lienkamp z Technickej univerzity v Mníchove vydal v roku 2014 novú knihu „Stav elektrickej mobility 2014“, ktorá je bezplatná a otvorená spoločnosti, a povedal: „Hoci elektrické vozidlá majú rôzne poruchy, nikdy som nevidel auto, ktoré by už vlastní elektrickú mobilitu. Vodič auta, znova vstúp do objatia tradičného auta. Aj ten najbežnejší elektromobil vám prináša radosť z jazdy, ktorej sa benzínové auto nevyrovná.“ Takéto auto naozaj dokáže majiteľa auta neobnoviť Vhodiť späť do náručia tradičných áut?
Ako všetci vieme, srdcom elektromobilu je batéria.
Pri bežnom elektromobile je podľa európskeho štandardného testu spotreba energie na 100 kilometrov približne 17 kWh, teda 17 kWh. Dr. Thomas Pesce študoval spotrebu energie kompaktných vozidiel pri optimálnej konfigurácii. Bez ohľadu na náklady je optimálna spotreba energie na 100 kilometrov získaná použitím existujúcej dostupnej technológie o niečo viac ako 15 kWh. To znamená, že z krátkodobého hľadiska je efekt úspory energie pri snahe o zníženie spotreby energie optimalizáciou účinnosti samotného auta aj bez zohľadnenia dodatočných nákladov relatívne malý.
Ako príklad si vezmite 85kWh batériu od Tesly. Nominálna dojazdová vzdialenosť je 500 km. Ak sa spotreba energie rôznym úsilím zníži na 15 kWh/100 km, dojazd sa môže predĺžiť na 560 km. Dá sa teda povedať, že výdrž batérie auta je úmerná kapacite batérie a proporčný koeficient je relatívne fixný. Z tohto hľadiska má pre zlepšenie výkonu elektromobilov veľký význam použitie batérií s vyššou hustotou energie (treba zvážiť energiu Wh/kg na jednotku hmotnosti aj energiu Wh/L na jednotku objemu), pretože v r. elektrických vozidiel, batéria zaberá veľkú časť celkovej hmotnosti.
Všetky druhy lítium-iónových batérií sú najočakávanejšie a najpoužívanejšie batérie. Lítiové batérie používané v automobiloch zahŕňajú hlavne nikel-kobalt-lítium-manganátovú ternárnu batériu (NCM), nikel-kobalt-lítium-hlinitanovú batériu (NCA) a lítium-železo-fosfátovú batériu (LPF).
1. Nikel-kobalt lítium-manganátová ternárna batéria NCMsa používa v mnohých elektrických vozidlách v zahraničí kvôli nízkej produkcii tepla, relatívne dobrej stabilite, dlhej životnosti a hustote energie 150-220 Wh/kg.
2. NCA nikel-kobalt aluminátová lítiová batéria
Tesla používa túto batériu. Hustota energie je vysoká, 200 – 260 Wh/kg, a očakáva sa, že čoskoro dosiahne 300 Wh/kg. Hlavným problémom je, že túto batériu môže v súčasnosti vyrábať iba Panasonic, cena je vysoká a bezpečnosť je najhoršia spomedzi troch lítiových batérií, čo si vyžaduje vysokovýkonný systém odvádzania tepla a správy batérie.
3. LPF lítium-železofosfátová batéria Nakoniec sa pozrime na LPF batériu, ktorá sa najčastejšie používa v domácich elektrických vozidlách. Najväčšou nevýhodou tohto typu batérie je veľmi nízka energetická hustota, ktorá môže dosiahnuť len 100-120Wh/kg. Okrem toho má LPF aj vysokú mieru samovybíjania. Nič z toho si výrobcovia elektromobilov neželajú. Široké prijatie LPF v Číne je skôr kompromisom domácich výrobcov pre drahé systémy riadenia a chladenia batérií – batérie LPF majú veľmi vysokú stabilitu a bezpečnosť a dokážu zabezpečiť stabilnú prevádzku aj pri slabých systémoch správy batérií a dlhšej životnosti batérie. Ďalšou výhodou tejto funkcie je, že niektoré batérie LPF majú extrémne vysokú hustotu vybíjacieho výkonu, čo môže zlepšiť dynamický výkon vozidla. Navyše, cena LPF batérií je pomerne nízka, takže sa hodí pre súčasnú low-end a low-cenovú stratégiu domácich elektromobilov. Či sa však bude energicky rozvíjať ako batériová technológia budúcnosti, je stále otázne.
Aká veľká by mala byť batéria priemerného elektromobilu? Je to batéria s tisíckami batérií Tesla v sérii a paralelne, alebo batéria postavená s niekoľkými veľkými batériami od BYD? Toto je nedostatočne skúmaná otázka a v súčasnosti neexistuje jednoznačná odpoveď. Tu sú uvedené len charakteristiky akumulátora zloženého z veľkých a malých článkov.
Keď je batéria malá, celková plocha rozptylu tepla batérie bude relatívne veľká a teplota celej batérie môže byť účinne kontrolovaná pomocou rozumného dizajnu rozptylu tepla, aby sa zabránilo zrýchleniu a zníženiu vysokej teploty. životnosť batérie. Vo všeobecnosti bude výkon a hustota energie batérií s menšou jednotlivou kapacitou vyššia. Napokon, a čo je dôležitejšie, vo všeobecnosti platí, že čím menej energie má jedna batéria, tým vyššia je bezpečnosť celého vozidla. Batéria zložená z veľkého počtu malých článkov, aj keď jeden článok zlyhá, nespôsobí príliš veľké problémy. Ak sa však vyskytne problém vo vnútri batérie s veľkou kapacitou, bezpečnostné riziko je oveľa väčšie. Preto veľké články vyžadujú viac ochranných zariadení, čo ďalej znižuje energetickú hustotu batérie zloženej z veľkých článkov.
Pri riešení Tesly sú však zrejmé aj nevýhody. Tisíce batérií vyžadujú mimoriadne zložitý systém správy batérií a dodatočné náklady nemožno podceňovať. BMS (Battery Management System) použitý na Volkswagen E-Golf, podmodul schopný spravovať 12 batérií, stojí 17 dolárov. Podľa odhadu počtu batérií používaných spoločnosťou Tesla, aj keď sú náklady na vlastné vyvinuté BMS nízke, náklady na investíciu spoločnosti Tesla do BMS sú viac ako 5 000 amerických dolárov, čo predstavuje viac ako 5 % nákladov na celé vozidlo. Z tohto pohľadu sa nedá povedať, že veľká batéria nie je dobrá. V prípade, že sa cena BMS výrazne neznížila, veľkosť akumulátora treba určiť podľa umiestnenia auta.
Ako ďalšia kľúčová technológia v elektrických vozidlách sa motor často stáva jadrom diskusie, najmä Teslaov motor veľkosti vodného melónu s výkonom športového auta, ktorý je ešte ohromujúci (špičkový výkon motora Model S môže dosiahnuť viac ako 300 kW, maximálny výkon krútiaci moment je 600 Nm a špičkový výkon je blízko výkonu jedného motora vysokorýchlostnej EMU). Niektorí vedci z nemeckého automobilového priemyslu sa vyjadrili takto:
Tesla nepoužíva takmer nič okrem bežných komponentov (hliníkové telo,asynchrónny motor na pohon, konvenčná technológia podvozku so vzduchomodpruženie, ESP a konvenčný brzdový systém s elektrickou vákuovou pumpou, články pre laptop atď.)
Tesla používa všetky konvenčné diely, hliníkové telo, asynchrónne motory, konvenčnú konštrukciu auta, brzdový systém a batériu notebooku atď.
Jediná skutočná inovácia spočíva v technológii spájania batériečlánkov, ktorý využíva spojovacie vodiče, ktoré má Tesla patentovanú, ako aj batériusystém riadenia, ktorý možno preniesť „vzduchom“, čo znamená, ževozidlo už nemusí jazdiť do servisu, aby získalo aktualizácie softvéru.
Jediný geniálny vynález Tesly je v manipulácii s batériou. Používajú špeciálny batériový kábel a BMS, ktorý umožňuje priame bezdrôtové pripojenie k sieti bez potreby vracať sa do továrne na aktualizáciu softvéru.
V skutočnosti asynchrónny motor Tesla s vysokou hustotou výkonu nie je príliš nový. V najskoršom modeli Roadster od Tesly sú použité produkty taiwanského Tomita Electric a parametre sa príliš nelíšia od parametrov oznámených Modelom S. V súčasnom výskume majú vedci doma aj v zahraničí návrhy pre nízkonákladové, vysokovýkonné motory, ktoré možno rýchlo zaradiť do výroby. Pri pohľade na toto pole sa teda vyhnite mýtickej Tesle – Teslove motory sú dosť dobré, ale nie také, aby ich nikto iný nedokázal postaviť.
Spomedzi mnohých typov motorov sa bežne používajú v elektrických vozidlách najmä asynchrónne motory (nazývané aj indukčné motory), externe budené synchrónne motory, synchrónne motory s permanentnými magnetmi a hybridné synchrónne motory. Tí, ktorí veria, že prvé tri motory majú určité znalosti o elektrických vozidlách, budú mať niekoľko základných pojmov. Asynchrónne motory majú nízku cenu a vysokú spoľahlivosť, synchrónne motory s permanentnými magnetmi majú vysokú hustotu výkonu a účinnosť, malé rozmery, ale vysokú cenu a komplexné riadenie vysokorýchlostných sekcií. .
Možno ste už počuli menej o hybridných synchrónnych motoroch, ale v poslednom čase začali mnohí európski dodávatelia motorov poskytovať takéto motory. Hustota výkonu a účinnosť sú veľmi vysoké a kapacita preťaženia je vysoká, ale ovládanie nie je ťažké, čo je veľmi vhodné pre elektrické vozidlá.
Na tomto motore nie je nič zvláštne. V porovnaní so synchrónnym motorom s permanentnými magnetmi má rotor okrem permanentných magnetov aj budiace vinutie podobné tradičnému synchrónnemu motoru. Takýto motor má nielen vysokú hustotu výkonu, ktorú prináša permanentný magnet, ale tiež dokáže regulovať magnetické pole podľa potreby prostredníctvom budiaceho vinutia, ktoré je možné jednoducho ovládať v každej rýchlostnej sekcii. Typickým príkladom je motor série HSM1 vyrábaný firmou BRUSA vo Švajčiarsku. Charakteristická krivka HSM1-10.18.22 je znázornená na obrázku nižšie. Maximálny výkon je 220kW a maximálny krútiaci moment 460Nm, no jeho objem je len 24L (30cm priemer a 34cm dĺžka) a váži cca 76kg. Hustota výkonu a hustota krútiaceho momentu sú v podstate porovnateľné s produktmi Tesly. Samozrejme, cena nie je lacná. Tento motor je vybavený frekvenčným meničom a jeho cena sa pohybuje okolo 11 000 eur.
Pre dopyt po elektrických vozidlách je akumulácia motorovej techniky dostatočne vyspelá. V súčasnosti chýba motor navrhnutý špeciálne pre elektrické vozidlá, nie technológia na výrobu takéhoto motora. Predpokladá sa, že s postupnou zrelosťou a rozvojom trhu budú motory s vysokou hustotou výkonu čoraz obľúbenejšie a cena sa bude ľuďom čoraz viac približovať.
Pre dopyt po elektrických vozidlách v súčasnosti chýbajú motory špeciálne navrhnuté pre elektromobily. Predpokladá sa, že s postupnou zrelosťou a rozvojom trhu budú motory s vysokou hustotou výkonu čoraz obľúbenejšie a cena sa bude ľuďom čoraz viac približovať.
Výskum elektrických vozidiel sa musí vrátiť k podstate. Podstatou elektrických vozidiel je bezpečná a cenovo dostupná preprava, nie laboratórium mobilných technológií a nemusí nutne využívať najmodernejšie a najmodernejšie technológie. V konečnom dôsledku by mal byť naplánovaný a navrhnutý podľa potrieb regiónu.
Vznik spoločnosti Tesla ukázal ľuďom, že budúcnosť musí patriť elektrickým vozidlám. Ako budú vyzerať budúce elektrické vozidlá a akú pozíciu bude Čína v budúcnosti zaujímať v odvetví elektrických vozidiel, stále nie je známe. Aj v tom je čaro priemyselnej práce: na rozdiel od prírodných vied aj nevyhnutný výsledok, ktorý naznačujú zákony spoločenských vied, vyžaduje, aby ho ľudia dosiahli namáhavým skúmaním a úsilím!
(Autor: kandidát na doktorandské štúdium v oblasti inžinierstva elektrických vozidiel na Technickej univerzite v Mníchove)
Čas odoslania: 24. marca 2022