Zamanı ve yeri doğru ve tüm Çin elektrikli araç şirketleri işgal edildi. Çin, dünya elektrikli araç sektörünün merkezi haline gelmiş gibi görünüyor.
Aslında Almanya'da üniteniz şarj yığınları sağlamıyorsa, kendiniz bir tane satın almanız gerekebilir. kapı eşiğinde. Ancak, neden bu kadar çok mükemmel Alman otomobil şirketinin Tesla'yı üretemediğini her zaman tartışıyoruz ve artık nedenlerini bulmak zor değil.
Münih Teknik Üniversitesi'nden Profesör Lienkamp, 2014 yılında ücretsiz ve topluma açık olan “Elektrikli hareketliliğin durumu 2014” adlı yeni bir kitap yayınlayarak şunları söyledi: “Elektrikli araçların çeşitli kusurları olmasına rağmen, bugüne kadar bu kadar güçlü bir araba görmedim. halihazırda bir elektrikli mobiliteye sahip. Arabanın sürücüsü, geleneksel otomobilin kucağına yeniden giriyor. En yaygın elektrikli otomobil bile size, benzinli bir otomobilin eşi benzeri olmayan sürüş keyfini yaşatıyor.” Böyle bir araba gerçekten araç sahibinin yenilememesine neden olabilir. Geleneksel arabaların kollarına geri mi atılıyor?
Hepimizin bildiği gibi elektrikli bir aracın kalbi aküdür.
Sıradan bir elektrikli aracın Avrupa standart testine göre 100 kilometre başına enerji tüketimi yaklaşık 17kWh yani 17 kWh civarındadır. Dr. Thomas Pesce, kompakt araçların optimum konfigürasyon altında enerji tüketimini inceledi. Maliyet dikkate alınmaksızın, mevcut teknoloji kullanılarak 100 kilometrede elde edilen optimum enerji tüketimi 15kWh'nin biraz üzerindedir. Bu, kısa vadede, aracın verimliliğini optimize ederek, ek maliyeti dikkate almadan bile enerji tüketimini azaltmaya çalışmanın, enerji tasarrufu etkisinin nispeten küçük olduğu anlamına gelir.
Örnek olarak Tesla'nın 85kWh pil takımını ele alalım. Nominal sürüş mesafesi 500 km'dir. Çeşitli çalışmalarla enerji tüketiminin 15kWh/100km'ye düşürülmesi halinde sürüş mesafesi 560km'ye çıkarılabilecek. Dolayısıyla aracın akü ömrünün akü paketinin kapasitesi ile orantılı olduğu ve orantı katsayısının nispeten sabit olduğu söylenebilir. Bu açıdan bakıldığında, daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip (hem birim ağırlık başına enerji Wh/kg hem de birim hacim başına enerji Wh/L'nin dikkate alınması gereken) pillerin kullanılması, elektrikli araçların performansının artırılması açısından büyük önem taşımaktadır. Elektrikli araçlarda akü toplam ağırlığın büyük bir kısmını kaplıyor.
Her türlü lityum iyon pil, en çok beklenen ve en yaygın kullanılan pillerdir. Otomobillerde kullanılan lityum piller esas olarak nikel kobalt lityum manganat üçlü pil (NCM), nikel kobalt lityum alüminat pil (NCA) ve lityum demir fosfat pil (LPF) içerir.
1. Nikel-kobalt lityum manganat üçlü pil NCMDüşük ısı üretim hızı, nispeten iyi stabilitesi, uzun ömrü ve 150-220Wh/kg enerji yoğunluğu nedeniyle yurt dışında birçok elektrikli araç tarafından kullanılıyor.
2. NCA nikel-kobalt alüminat lityum pil
Tesla bu pili kullanıyor. Enerji yoğunluğu 200-260Wh/kg gibi yüksek bir seviyede ve yakında 300Wh/kg'a ulaşması bekleniyor. Asıl sorun şu ki, bu pili şu anda yalnızca Panasonic üretebiliyor, fiyatı yüksek ve güvenliği, yüksek performanslı ısı dağıtımı ve pil yönetim sistemi gerektiren üç lityum pil arasında en kötüsü.
3. LPF lityum demir fosfat batarya Son olarak yerli elektrikli araçlarda en çok kullanılan LPF bataryaya bakalım. Bu tip pillerin en büyük dezavantajı enerji yoğunluğunun çok düşük olması ve ancak 100-120Wh/kg'a ulaşabilmesidir. Ayrıca LPF'nin kendi kendine deşarj oranı da yüksektir. Bunların hiçbiri EV üreticileri tarafından istenmiyor. LPF'nin Çin'de yaygın olarak benimsenmesi, daha çok yerli üreticilerin pahalı akü yönetimi ve soğutma sistemleri için yaptığı bir uzlaşmaya benziyor; LPF aküleri çok yüksek stabilite ve güvenliğe sahiptir ve zayıf akü yönetim sistemleri ve daha uzun akü ömrüyle bile istikrarlı çalışmayı garanti edebilir. Bu özelliğin getirdiği bir diğer fayda ise bazı LPF akülerin son derece yüksek deşarj gücü yoğunluğuna sahip olmasıdır, bu da aracın dinamik performansını artırabilmektedir. Ayrıca LPF akülerin fiyatı nispeten düşük olduğundan yerli elektrikli araçların mevcut düşük fiyat ve düşük fiyat stratejisine de uygun. Ancak geleceğin pil teknolojisi olarak güçlü bir şekilde geliştirilip geliştirilmeyeceği konusunda hala bir soru işareti var.
Ortalama bir elektrikli otomobilin aküsü ne kadar büyük olmalıdır? Binlerce Tesla pilinin seri ve paralel olduğu bir pil paketi mi, yoksa BYD'nin birkaç büyük piliyle oluşturulmuş bir pil paketi mi? Bu henüz araştırılmamış bir sorudur ve şu anda kesin bir cevabı yoktur. Burada sadece büyük hücreler ve küçük hücrelerden oluşan pil takımının özellikleri tanıtılmaktadır.
Pil küçük olduğunda, pilin toplam ısı yayılım alanı nispeten büyük olacaktır ve tüm pil takımının sıcaklığı, yüksek sıcaklığın hızlanmasını ve ısı kaybından uzaklaşmasını önlemek için makul bir ısı dağıtma tasarımı yoluyla etkili bir şekilde kontrol edilebilir. pilin ömrü. Genellikle tek kapasitesi daha küçük olan pillerin güç ve enerji yoğunluğu daha yüksek olacaktır. Son olarak ve daha da önemlisi, genel olarak konuşursak, tek bir akü ne kadar az enerjiye sahip olursa, tüm aracın güvenliği de o kadar yüksek olur. Çok sayıda küçük hücreden oluşan bir pil takımı, tek bir hücre arızalansa bile çok fazla sorun yaratmayacaktır. Ancak büyük kapasiteli bir pilin içinde sorun varsa güvenlik tehlikesi çok daha büyüktür. Bu nedenle büyük hücreler daha fazla koruma cihazına ihtiyaç duyar ve bu da büyük hücrelerden oluşan pil takımının enerji yoğunluğunu daha da azaltır.
Ancak Tesla'nın çözümüyle birlikte dezavantajları da ortada. Binlerce pil son derece karmaşık bir pil yönetim sistemi gerektirir ve ek maliyet göz ardı edilemez. Volkswagen E-Golf'te kullanılan 12 pili yönetebilen bir alt modül olan BMS'nin (Pil Yönetim Sistemi) maliyeti 17 dolardır. Tesla'nın kullandığı pil sayısı tahminine göre, kendi geliştirdiği BMS'nin maliyeti düşük olsa bile Tesla'nın BMS'e yaptığı yatırımın maliyeti 5.000 ABD dolarının üzerinde olup, bu rakam Tesla'nın BMS maliyetinin %5'inden fazlasını oluşturmaktadır. tüm araç. Bu açıdan bakıldığında büyük bir pilin iyi olmadığı söylenemez. BMS fiyatında önemli bir azalma olmaması durumunda akü paketinin boyutu aracın konumuna göre belirlenmelidir.
Elektrikli araçlarda bir başka temel teknoloji olan motor, özellikle Tesla'nın spor otomobil performansına sahip karpuz büyüklüğündeki motoru, çoğu zaman tartışmanın odağı haline geliyor ki bu daha da şaşırtıcı (Model S motorunun tepe gücü 300kW'ın üzerine çıkabiliyor, maksimum güç). tork 600Nm'dir ve tepe gücü, yüksek hızlı bir EMU'nun tek bir motorunun gücüne yakındır). Alman otomotiv endüstrisindeki bazı araştırmacılar şu yorumu yaptı:
Tesla geleneksel bileşenler dışında neredeyse hiçbir şey kullanmaz (alüminyum gövde,Tahrik için asenkron motor, havalı geleneksel şasi teknolojisisüspansiyon, ESP ve elektrikli vakum pompalı geleneksel fren sistemi, dizüstü bilgisayar hücreleri vb.)
Tesla, tüm geleneksel parçaları, alüminyum gövdeyi, asenkron motorları, geleneksel araba yapısını, fren sistemini ve dizüstü bilgisayar pilini vb. kullanır.
Tek gerçek yenilik, pili birbirine bağlayan teknolojide yatıyorPilin yanı sıra Tesla'nın patentli olduğu bağlantı tellerini kullanan hücreler"Havadan" gönderilebilen yönetim sistemi, yaniAracın artık yazılım güncellemelerini almak için servise gitmesine gerek yok.
Tesla'nın tek dahiyane buluşu pili kullanma şeklidir. Yazılımı güncellemek için fabrikaya geri dönmeye gerek kalmadan doğrudan kablosuz ağ bağlantısı sağlayan özel bir pil kablosu ve bir BMS kullanıyorlar.
Aslında Tesla'nın yüksek güç yoğunluklu asenkron motoru çok da yeni değil. Tesla'nın en eski Roadster modelinde Tayvanlı Tomita Electric'in ürünleri kullanılıyor ve parametreler Model S'in açıkladığı parametrelerden çok da farklı değil. Mevcut araştırmada yurt içi ve yurt dışındaki bilim adamlarının düşük maliyetli, yüksek güçlü tasarımlara sahip olduğu belirtiliyor. hızlı bir şekilde üretime alınabilecek motorlar. Dolayısıyla bu alana bakarken efsanevi Tesla'dan kaçının; Tesla'nın motorları yeterince iyidir, ancak başka kimsenin onları üretemeyeceği kadar iyi değildir.
Pek çok motor türü arasında, elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılanlar esas olarak asenkron motorlar (endüksiyon motorları olarak da adlandırılır), dışarıdan uyarılan senkron motorlar, sabit mıknatıslı senkron motorlar ve hibrit senkron motorlardır. İlk üç motorun elektrikli araçlar hakkında biraz bilgi sahibi olduğuna inananların bazı temel kavramları olacaktır. Asenkron motorlar düşük maliyetli ve yüksek güvenilirliğe sahiptir; sabit mıknatıslı senkron motorlar yüksek güç yoğunluğuna ve verimliliğe, küçük boyuta ancak yüksek fiyata ve karmaşık yüksek hızlı bölüm kontrolüne sahiptir. .
Hibrit senkron motorlar hakkında daha az şey duymuş olabilirsiniz ancak son zamanlarda birçok Avrupalı motor tedarikçisi bu tür motorları sağlamaya başladı. Güç yoğunluğu ve verimliliği çok yüksektir ve aşırı yük kapasitesi güçlüdür, ancak kontrolü zor değildir, bu da elektrikli araçlar için çok uygundur.
Bu motorda özel bir şey yok. Sabit mıknatıslı senkron motorla karşılaştırıldığında, sabit mıknatıslara ek olarak rotor, geleneksel senkron motora benzer bir uyarma sargısı da ekler. Böyle bir motor hem kalıcı mıknatısın getirdiği yüksek güç yoğunluğuna sahiptir, hem de her hız bölümünde kolaylıkla kontrol edilebilen uyarma sargısı sayesinde manyetik alanı ihtiyaca göre ayarlayabilmektedir. Tipik bir örnek, İsviçre'de BRUSA tarafından üretilen HSM1 serisi motordur. HSM1-10.18.22 karakteristik eğrisi aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir. Maksimum güç 220 kW ve maksimum tork 460 Nm'dir ancak hacmi yalnızca 24 L'dir (30 cm çapında ve 34 cm uzunluğunda) ve ağırlığı yaklaşık 76 kg'dır. Güç yoğunluğu ve tork yoğunluğu temel olarak Tesla'nın ürünleriyle karşılaştırılabilir. Tabii ki fiyatı ucuz değil. Bu motor bir frekans dönüştürücüyle donatılmıştır ve fiyatı 11.000 Euro civarındadır.
Elektrikli araçlara olan talep için motor teknolojisi birikimi yeterince olgunlaşmış durumda. Şu anda eksik olan şey, böyle bir motoru yapacak teknoloji değil, elektrikli araçlar için özel olarak tasarlanmış bir motordur. Pazarın giderek olgunlaşması ve gelişmesiyle birlikte, yüksek güç yoğunluğuna sahip motorların giderek daha popüler hale geleceğine ve fiyatının giderek daha fazla insana yakın hale geleceğine inanılıyor.
Elektrikli araçlara olan talep nedeniyle şu anda yalnızca elektrikli araçlar için özel olarak tasarlanmış motorlarda eksiklik var. Pazarın giderek olgunlaşması ve gelişmesiyle birlikte, yüksek güç yoğunluğuna sahip motorların giderek daha popüler hale geleceğine ve fiyatının giderek daha fazla insana yakın hale geleceğine inanılıyor.
Elektrikli araçlarla ilgili araştırmaların özüne dönmesi gerekiyor. Elektrikli araçların özü, mobil teknoloji laboratuvarı değil, güvenli ve uygun fiyatlı ulaşımdır ve mutlaka en ileri ve modaya uygun teknolojiyi kullanmasına gerek yoktur. Son tahlilde bölgenin ihtiyaçlarına göre planlanıp tasarlanmalıdır.
Tesla'nın ortaya çıkışı insanlara geleceğin elektrikli araçlara ait olması gerektiğini gösterdi. Gelecekteki elektrikli araçların neye benzeyeceği ve Çin'in gelecekte elektrikli araç endüstrisinde nasıl bir yer tutacağı hala bilinmiyor. Bu aynı zamanda endüstriyel çalışmanın da çekiciliğidir: doğa bilimlerinden farklı olarak, sosyal bilim yasalarının gösterdiği kaçınılmaz sonuç bile insanların bunu zorlu araştırma ve çabalarla elde etmesini gerektirir!
(Yazar: Münih Teknik Üniversitesi'nde elektrikli araç mühendisliği alanında doktora adayı)
Gönderim zamanı: Mar-24-2022