Tiden är rätt och platsen är rätt, och alla kinesiska elfordonsföretag är upptagna. Kina verkar ha blivit centrum för världens elfordonsindustri.
Faktum är att i Tyskland, om din enhet inte har laddningshögar, kan du behöva köpa en själv. på tröskeln. Men vi diskuterar alltid varför så många utmärkta tyska bilföretag inte kan tillverka Tesla, och det är inte svårt att hitta skälen nu.
2014 publicerade professor Lienkamp vid Münchens tekniska universitet en ny bok "Status of electrical mobility 2014", som är gratis och öppen för samhället, och sa: "Även om elfordon har olika defekter har jag aldrig sett en bil som äger redan en elektrisk mobilitet. Föraren av bilen, gå in i den traditionella bilens famn igen. Även den vanligaste elbilen ger dig körglädje, som är oöverträffad av en bensinbil.” En sådan bil kan verkligen få bilägaren att inte förnya Kasta tillbaka i armarna på traditionella bilar?
Som vi alla vet är hjärtat i ett elfordon batteriet.
För ett vanligt elfordon, enligt det europeiska standardtestet, är energiförbrukningen per 100 kilometer cirka 17 kWh, det vill säga 17 kWh. Dr. Thomas Pesce studerade energiförbrukningen för kompakta fordon under den optimala konfigurationen. Utan att ta hänsyn till kostnaden är den optimala energiförbrukningen per 100 kilometer erhållen genom att använda den befintliga tillgängliga tekniken något mer än 15kWh. Detta innebär att man på kort sikt försöker minska energiförbrukningen genom att optimera själva bilens effektivitet, även utan att ta hänsyn till merkostnaden, är energispareffekten relativt liten.
Ta Teslas batteripaket på 85 kWh som exempel. Den nominella körsträckan är 500 km. Om energiförbrukningen minskas till 15kWh/100km genom olika insatser kan körsträckan ökas till 560km. Därför kan man säga att bilens batterilivslängd är proportionell mot batteripaketets kapacitet, och proportionalkoefficienten är relativt fixerad. Ur denna synvinkel är användningen av batterier med högre energitäthet (både energi Wh/kg per viktenhet och energi Wh/L per volymenhet måste beaktas) av stor betydelse för att förbättra prestanda hos elfordon, eftersom i elfordon upptar batteriet en stor del av totalvikten.
Alla typer av litiumjonbatterier är de mest efterlängtade och mest använda batterierna. De litiumbatterier som används i bilar inkluderar huvudsakligen nickelkoboltlitiummanganatternära batteri (NCM), nickelkoboltlitiumaluminatbatteri (NCA) och litiumjärnfosfatbatteri (LPF).
1. Nickel-kobolt litiummanganat ternärt batteri NCManvänds av många elfordon utomlands på grund av dess låga värmeproduktionshastighet, relativt goda stabilitet, långa livslängd och energitäthet på 150-220Wh/kg.
2. NCA nickel-koboltaluminat litiumbatteri
Tesla använder detta batteri. Energitätheten är hög, 200-260Wh/kg, och förväntas snart nå 300Wh/kg. Huvudproblemet är att endast Panasonic kan producera detta batteri för närvarande, priset är högt, och säkerheten är sämst av de tre litiumbatterierna, vilket kräver högpresterande värmeavledning och batterihanteringssystem.
3. LPF litiumjärnfosfatbatteri Slutligen, låt oss titta på LPF-batteriet som används mest i inhemska elfordon. Den största nackdelen med denna typ av batteri är att energitätheten är mycket låg, som bara kan nå 100-120Wh/kg. Dessutom har LPF också en hög självurladdningshastighet. Inget av detta önskas av elbilstillverkare. Den utbredda användningen av LPF i Kina är mer som en kompromiss gjord av inhemska tillverkare för dyra batterihantering och kylsystem – LPF-batterier har mycket hög stabilitet och säkerhet och kan säkerställa stabil drift även med dåliga batterihanteringssystem och längre batterilivslängd. En annan fördel med denna funktion är att vissa LPF-batterier har extremt hög urladdningstäthet, vilket kan förbättra fordonets dynamiska prestanda. Dessutom är priset på LPF-batterier relativt lågt, så det är lämpligt för den nuvarande lågpris- och lågprisstrategin för inhemska elfordon. Men om den kommer att kraftfullt utvecklas som framtidens batteriteknik finns fortfarande ett frågetecken.
Hur stort ska batteriet i en vanlig elbil vara? Är det ett batteripaket med tusentals Tesla-batterier i serie och parallellt, eller ett batteripaket byggt med några stora batterier från BYD? Detta är en underforskningsfråga, och det finns för närvarande inget definitivt svar. Endast egenskaperna hos batteripaketet som består av stora celler och små celler introduceras här.
När batteriet är litet kommer batteriets totala värmeavledningsarea att vara relativt stort, och temperaturen på hela batteripaketet kan effektivt kontrolleras genom en rimlig värmeavledningsdesign för att förhindra att den höga temperaturen accelererar och förringar batteriets livslängd. Generellt kommer kraften och energitätheten för batterier med mindre enkelkapacitet att vara högre. Slutligen, och ännu viktigare, generellt sett, ju mindre energi ett enskilt batteri har, desto högre är säkerheten för hela fordonet. Ett batteripaket som består av ett stort antal små celler, även om en enda cell misslyckas, kommer det inte att orsaka för mycket problem. Men om det finns ett problem inuti ett batteri med stor kapacitet är säkerhetsrisken mycket större. Därför kräver stora celler fler skyddsanordningar, vilket ytterligare minskar energitätheten hos batteripaketet som består av stora celler.
Men med Teslas lösning är nackdelarna också uppenbara. Tusentals batterier kräver ett extremt komplext batterihanteringssystem, och merkostnaden kan inte underskattas. BMS (Battery Management System) som används på Volkswagen E-Golf, en undermodul som kan hantera 12 batterier, kostar $17. Enligt uppskattningen av antalet batterier som används av Tesla, även om kostnaden för egenutvecklad BMS är låg, är kostnaden för Teslas investering i BMS mer än 5 000 US-dollar, vilket motsvarar mer än 5 % av kostnaden för hela fordonet. Ur denna synvinkel kan man inte säga att ett stort batteri inte är bra. I det fall att priset på BMS inte har sänkts avsevärt, bör storleken på batteripaketet bestämmas utifrån bilens placering.
Som en annan kärnteknologi i elfordon blir motorn ofta kärnan i diskussionen, speciellt Teslas vattenmelonstora motor med sportbilsprestanda, vilket är ännu mer häpnadsväckande (toppeffekten hos Model S-motorn kan nå mer än 300kW, det maximala vridmomentet är 600Nm, och toppeffekten är nära kraften hos en enkel motor i en höghastighets EMU). Några forskare inom den tyska bilindustrin kommenterade följande:
Tesla använder nästan ingenting förutom konventionella komponenter (aluminiumkropp,asynkronmotor för framdrivning, konventionell chassiteknik med luftfjädring, ESP och ett konventionellt bromssystem med elektrisk vakuumpump, bärbara celler etc.)
Tesla använder alla konventionella delar, aluminiumkaross, asynkronmotorer, konventionell bilstruktur, bromssystem och batteri för laptop etc.
Den enda verkliga innovationen ligger i tekniken som kopplar ihop batterietceller, som använder bindningstrådar som Tesla har patenterat, samt batteriledningssystem som kan blinka "over the air", vilket innebär attfordonet behöver inte längre köra till en verkstad för att få programuppdateringar.
Teslas enda geniala uppfinning är deras hantering av batteriet. De använder en speciell batterikabel och ett BMS som möjliggör direkt trådlöst nätverk utan att behöva gå tillbaka till fabriken för att uppdatera programvaran.
Faktum är att Teslas asynkronmotor med hög effekttäthet inte är alltför ny. I Teslas tidigaste Roadster-modell används produkterna från Taiwans Tomita Electric, och parametrarna skiljer sig inte så mycket från parametrarna som tillkännages av Model S. I den aktuella forskningen har forskare hemma och utomlands design för låg kostnad, hög effekt motorer som snabbt kan sättas i produktion. Så när du tittar på det här området, undvik den mytomspunna Tesla – Teslas motorer är tillräckligt bra, men inte så bra att ingen annan kan bygga dem.
Bland de många motortyperna är de som vanligtvis används i elfordon främst asynkronmotorer (även kallade induktionsmotorer), externt exciterade synkronmotorer, permanentmagnetsynkronmotorer och hybridsynkronmotorer. De som tror att de tre första motorerna har viss kunskap om elfordon kommer att ha några grundläggande begrepp. Asynkronmotorer har låg kostnad och hög tillförlitlighet, permanentmagnetsynkronmotorer har hög effekttäthet och effektivitet, liten storlek men högt pris och komplex höghastighetssektionskontroll. .
Du kanske har hört mindre om hybridsynkronmotorer, men nyligen har många europeiska motorleverantörer börjat tillhandahålla sådana motorer. Effekttätheten och effektiviteten är mycket hög, och överbelastningskapaciteten är stark, men kontrollen är inte svår, vilket är mycket lämpligt för elfordon.
Det är inget speciellt med denna motor. Jämfört med den permanentmagnetiska synkronmotorn lägger rotorn förutom permanentmagneterna också till en excitationslindning som liknar den traditionella synkronmotorn. En sådan motor har inte bara den höga effekttätheten som den permanenta magneten ger, utan kan också justera magnetfältet enligt behoven genom excitationslindningen, som enkelt kan styras vid varje hastighetssektion. Ett typiskt exempel är HSM1-seriens motor som tillverkas av BRUSA i Schweiz. Karakteristikkurvan för HSM1-10.18.22 är som visas i figuren nedan. Den maximala effekten är 220kW och det maximala vridmomentet är 460Nm, men dess volym är bara 24L (30 cm i diameter och 34 cm i längd) och väger cirka 76 kg. Effekttätheten och vridmomentdensiteten är i princip jämförbara med Teslas produkter. Priset är naturligtvis inte billigt. Denna motor är utrustad med en frekvensomformare, och priset är runt 11 000 euro.
För efterfrågan på elfordon är ackumuleringen av motorteknik tillräckligt mogen. Det som för närvarande saknas är en motor designad speciellt för elfordon, inte tekniken för att tillverka en sådan motor. Man tror att med marknadens gradvisa mognad och utveckling kommer motorer med hög effekttäthet att bli mer och mer populära, och priset kommer att bli mer och mer nära folket.
För efterfrågan på elfordon saknas för närvarande endast motorer speciellt konstruerade för elfordon. Man tror att med marknadens gradvisa mognad och utveckling kommer motorer med hög effekttäthet att bli mer och mer populära, och priset kommer att bli mer och mer nära folket.
Forskningen om elfordon måste återgå till kärnan. Kärnan i elfordon är säker och prisvärd transport, inte ett mobilt tekniklaboratorium, och det behöver inte nödvändigtvis använda den mest avancerade och fashionabla tekniken. I slutändan bör den planeras och utformas efter regionens behov.
Framväxten av Tesla har visat människor att framtiden måste tillhöra elfordon. Hur framtidens elfordon kommer att se ut och vilken position Kina kommer att inta i elfordonsindustrin i framtiden är fortfarande okänt. Detta är också charmen med industriellt arbete: till skillnad från naturvetenskapen kräver även det oundvikliga resultatet som anges av samhällsvetenskapens lagar att människor uppnår det genom mödosam utforskning och ansträngning!
(Författare: Doktorand i elfordonsteknik vid Münchens tekniska universitet)
Posttid: 2022-mars