Čas je pravi in kraj je pravi in vsa kitajska podjetja za električna vozila so zasedena. Zdi se, da je Kitajska postala središče svetovne industrije električnih vozil.
Pravzaprav, če vaša enota v Nemčiji ne zagotavlja polnilnih kupov, boste morda morali enega kupiti sami. na pragu. Vedno pa razpravljamo o tem, zakaj toliko odličnih nemških avtomobilskih podjetij ne more narediti Tesle, in zdaj ni težko najti razlogov.
Leta 2014 je profesor Lienkamp s Tehnične univerze v Münchnu izdal novo knjigo »Status električne mobilnosti 2014«, ki je brezplačna in odprta za družbo, in dejal: »Čeprav imajo električna vozila različne napake, še nikoli nisem videl avtomobila, ki že ima v lasti električno mobilnost. Voznik avtomobila, ponovno stopite v objem tradicionalnega avtomobila. Celo najpogostejši električni avtomobil vam prinese veselje do vožnje, ki mu ni primerljivo z bencinskim avtomobilom.” Takšen avto lahko resnično povzroči, da lastnik avtomobila ne bo obnovil Vračate se v naročje tradicionalnih avtomobilov?
Kot vsi vemo, je srce električnega vozila baterija.
Za navadno električno vozilo je po evropskem standardnem testu poraba energije na 100 kilometrov okoli 17 kWh, torej 17 kWh. Dr. Thomas Pesce je proučeval porabo energije kompaktnih vozil v optimalni konfiguraciji. Brez upoštevanja stroškov je optimalna poraba energije na 100 kilometrov, dosežena z uporabo obstoječe razpoložljive tehnologije, nekaj več kot 15kWh. To pomeni, da je kratkoročno, če poskušamo zmanjšati porabo energije z optimizacijo učinkovitosti samega avtomobila, tudi brez upoštevanja dodatnih stroškov, učinek varčevanja z energijo razmeroma majhen.
Za primer vzemimo Teslin baterijski sklop s 85 kWh. Nazivna razdalja vožnje je 500 km. Če z različnimi prizadevanji zmanjšamo porabo energije na 15kWh/100km, lahko razdaljo vožnje povečamo na 560km. Zato lahko rečemo, da je življenjska doba baterije avtomobila sorazmerna z zmogljivostjo baterije, sorazmerni koeficient pa je razmeroma fiksen. S tega vidika je uporaba baterij z večjo energijsko gostoto (upoštevati je treba tako energijo Wh/kg na enoto teže kot energijo Wh/L na enoto prostornine) zelo pomembna za izboljšanje učinkovitosti električnih vozil, saj v električna vozila, baterija zavzema velik del skupne teže.
Vse vrste litij-ionskih baterij so najbolj pričakovane in najbolj razširjene baterije. Litijeve baterije, ki se uporabljajo v avtomobilih, vključujejo predvsem nikelj-kobalt-litij-manganatno ternarno baterijo (NCM), nikelj-kobalt-litij-aluminatno baterijo (NCA) in litij-železo-fosfatno baterijo (LPF).
1. Nikelj-kobalt litij manganatna ternarna baterija NCMuporablja veliko električnih vozil v tujini zaradi nizke stopnje proizvodnje toplote, relativno dobre stabilnosti, dolge življenjske dobe in energijske gostote 150-220 Wh/kg.
2. NCA nikelj-kobalt aluminatna litijeva baterija
Tesla uporablja to baterijo. Gostota energije je visoka, 200-260 Wh/kg, kmalu pa naj bi dosegla 300 Wh/kg. Glavna težava je, da lahko trenutno to baterijo proizvaja samo Panasonic, cena je visoka, varnost pa najslabša med tremi litijevimi baterijami, kar zahteva visoko zmogljivo odvajanje toplote in sistem za upravljanje baterije.
3. LPF litij-železo-fosfatna baterija Končno si poglejmo LPF baterijo, ki se najpogosteje uporablja v domačih električnih vozilih. Največja pomanjkljivost te vrste baterij je, da je energijska gostota zelo nizka, ki lahko doseže le 100-120Wh/kg. Poleg tega ima LPF tudi visoko stopnjo samopraznjenja. Nič od tega si proizvajalci električnih vozil ne želijo. Široka uporaba LPF na Kitajskem je bolj podobna kompromisu domačih proizvajalcev za drage sisteme upravljanja in hlajenja baterij – baterije LPF imajo zelo visoko stabilnost in varnost ter lahko zagotovijo stabilno delovanje tudi s slabimi sistemi upravljanja baterije in daljšo življenjsko dobo baterije. Druga prednost, ki jo prinaša ta funkcija, je, da imajo nekatere baterije LPF izjemno visoko gostoto moči praznjenja, kar lahko izboljša dinamično zmogljivost vozila. Poleg tega je cena baterij LPF relativno nizka, zato je primerna za trenutno nizkocenovno in nizkocenovno strategijo domačih električnih vozil. Toda ali se bo močno razvijala kot baterijska tehnologija prihodnosti, je še vedno vprašanje.
Kako velika mora biti baterija povprečnega električnega avtomobila? Ali je to baterijski paket s tisoči Teslinih baterij v zaporedni in vzporedni povezavi ali akumulatorski sklop z nekaj velikimi baterijami BYD? To je premalo raziskano vprašanje in trenutno ni dokončnega odgovora. Tu so predstavljene samo značilnosti baterijskega paketa, sestavljenega iz velikih celic in majhnih celic.
Ko je baterija majhna, bo skupna površina odvajanja toplote baterije razmeroma velika, temperaturo celotnega paketa baterij pa je mogoče učinkovito nadzorovati z razumno zasnovo odvajanja toplote, da preprečite, da bi visoka temperatura pospešila in zmanjšala življenjsko dobo baterije. Na splošno bosta moč in energijska gostota baterij z manjšo enojno kapaciteto višji. Nazadnje, kar je še pomembneje, na splošno velja, da manj energije kot ima posamezen akumulator, večja je varnost celotnega vozila. Baterija, sestavljena iz velikega števila majhnih celic, tudi če ena celica odpove, ne bo povzročila prevelikih težav. Toda če je težava znotraj baterije z veliko kapaciteto, je varnostna nevarnost veliko večja. Zato velike celice zahtevajo več zaščitnih naprav, kar dodatno zmanjša energijsko gostoto baterijskega paketa, sestavljenega iz velikih celic.
Vendar so pri Teslini rešitvi očitne tudi slabosti. Na tisoče baterij zahteva izjemno zapleten sistem za upravljanje baterij, dodatnih stroškov pa ni mogoče podcenjevati. BMS (Battery Management System), ki se uporablja pri Volkswagnu E-Golfu, podmodul, ki lahko upravlja 12 baterij, stane 17 dolarjev. Glede na oceno števila baterij, ki jih uporablja Tesla, tudi če so stroški samorazvitega BMS nizki, stroški Tesline naložbe v BMS znašajo več kot 5000 ameriških dolarjev, kar predstavlja več kot 5 % stroškov celotno vozilo. S tega vidika ni mogoče reči, da velika baterija ni dobra. V primeru, da cena BMS ni bistveno znižana, je treba velikost baterijskega paketa določiti glede na položaj avtomobila.
Motor kot druga ključna tehnologija v električnih vozilih pogosto postane jedro razprav, zlasti Teslin motor v velikosti lubenice z zmogljivostjo športnega avtomobila, ki je še bolj osupljiva (najvišja moč motorja Model S lahko doseže več kot 300 kW, največja navor je 600 Nm, največja moč pa je blizu moči enega motorja hitrega EMU). Nekateri raziskovalci v nemški avtomobilski industriji so komentirali takole:
Tesla ne uporablja skoraj nič razen običajnih komponent (aluminijasto ohišje,asinhroni motor za pogon, konvencionalna tehnologija šasije z zrakomvzmetenje, ESP in običajen zavorni sistem z električno vakuumsko črpalko, prenosne celice itd.)
Tesla uporablja vse običajne dele, aluminijasto ohišje, asinhronske motorje, konvencionalno zgradbo avtomobila, zavorni sistem in baterijo prenosnika itd.
Edina prava novost je tehnologija povezovanja baterijecelice, ki uporablja vezne žice, ki jih je Tesla patentiral, kot tudi baterijosistem upravljanja, ki ga je mogoče prenesti "po zraku", kar pomeni, da jevozilu ni več treba voziti v delavnico, da bi prejelo posodobitve programske opreme.
Teslin edini genialni izum je ravnanje z baterijo. Uporabljajo poseben baterijski kabel in BMS, ki omogoča neposredno brezžično mreženje, ne da bi se bilo treba vrniti v tovarno za posodobitev programske opreme.
Pravzaprav Teslin asinhroni motor z visoko gostoto moči ni preveč nov. V Teslovem najzgodnejšem modelu Roadster so uporabljeni izdelki tajvanskega Tomita Electric, parametri pa se ne razlikujejo preveč od parametrov, ki jih je napovedal model S. V trenutni raziskavi imajo znanstveniki doma in v tujini načrte za nizkocenovne in močne motorje, ki jih je mogoče hitro uvesti v proizvodnjo. Torej, ko gledate na to področje, se izogibajte mitskemu Tesli – Teslini motorji so dovolj dobri, a ne tako dobri, da bi jih nihče drug ne mogel sestaviti.
Med številnimi tipi motorjev so tisti, ki se pogosto uporabljajo v električnih vozilih, predvsem asinhronski motorji (imenovani tudi indukcijski motorji), sinhroni motorji z zunanjim vzbujanjem, sinhroni motorji s trajnimi magneti in hibridni sinhroni motorji. Tisti, ki verjamejo, da imajo prvi trije motorji nekaj znanja o električnih vozilih, bodo imeli nekaj osnovnih pojmov. Asinhroni motorji imajo nizko ceno in visoko zanesljivost, sinhroni motorji s trajnimi magneti imajo visoko gostoto moči in učinkovitost, majhno velikost, a visoko ceno in kompleksno krmiljenje odseka visoke hitrosti. .
Morda ste manj slišali o hibridnih sinhronih motorjih, vendar so v zadnjem času številni evropski dobavitelji motorjev začeli zagotavljati takšne motorje. Gostota moči in učinkovitost sta zelo visoka, preobremenitvena zmogljivost pa močna, vendar nadzor ni težaven, kar je zelo primerno za električna vozila.
Na tem motorju ni nič posebnega. V primerjavi s sinhronim motorjem s trajnimi magneti ima rotor poleg trajnih magnetov dodano tudi vzbujevalno navitje, podobno kot pri tradicionalnem sinhronskem motorju. Takšen motor nima samo visoke gostote moči, ki jo prinaša trajni magnet, ampak lahko tudi prilagodi magnetno polje glede na potrebe prek vzbujalnega navitja, ki ga je mogoče enostavno nadzorovati na vsakem odseku hitrosti. Tipičen primer je motor serije HSM1, ki ga proizvaja BRUSA v Švici. Karakteristična krivulja HSM1-10.18.22 je prikazana na spodnji sliki. Največja moč je 220 kW in največji navor 460 Nm, vendar je njegova prostornina le 24 L (30 cm v premeru in 34 cm v dolžino) in tehta približno 76 kg. Gostota moči in gostota navora sta načeloma primerljivi s Teslinimi izdelki. Cena seveda ni poceni. Ta motor je opremljen s frekvenčnim pretvornikom, cena pa je okoli 11.000 evrov.
Za povpraševanje po električnih vozilih je kopičenje motorne tehnologije dovolj zrelo. Kar trenutno manjka, je motor, zasnovan posebej za električna vozila, ne tehnologija za izdelavo takšnega motorja. Verjame se, da bodo s postopno zrelostjo in razvojem trga motorji z visoko gostoto moči postajali vse bolj priljubljeni, cena pa bo postajala vedno bolj blizu ljudem.
Glede na povpraševanje po električnih vozilih trenutno manjkajo le motorji, posebej zasnovani za električna vozila. Verjame se, da bodo s postopno zrelostjo in razvojem trga motorji z visoko gostoto moči postajali vse bolj priljubljeni, cena pa bo postajala vedno bolj blizu ljudem.
Raziskave električnih vozil se morajo vrniti k bistvu. Bistvo električnih vozil je varen in cenovno ugoden prevoz, ne pa mobilni tehnološki laboratorij in ni nujno, da uporablja najnaprednejšo in modno tehnologijo. V končni analizi bi ga morali načrtovati in oblikovati glede na potrebe regije.
Pojav Tesle je ljudem pokazal, da mora prihodnost pripadati električnim vozilom. Kakšna bodo prihodnja električna vozila in kakšen položaj bo Kitajska zasedla v industriji električnih vozil v prihodnosti, še ni znano. To je tudi čar industrijskega dela: za razliko od naravoslovja tudi neizogiben rezultat, ki ga nakazujejo zakoni družboslovja, od ljudi zahteva, da ga dosežejo z mukotrpnim raziskovanjem in trudom!
(Avtor: doktorski kandidat za inženiring električnih vozil na Tehnični univerzi v Münchnu)
Čas objave: 24. marec 2022