Настав правильний час і правильне місце, і всі китайські компанії з виробництва електромобілів зайняті. Китай, здається, став центром світової індустрії електромобілів.
Фактично, у Німеччині, якщо ваш пристрій не забезпечує зарядні палі, вам, можливо, доведеться придбати його самостійно. на порозі. Однак ми завжди обговорюємо, чому так багато чудових німецьких автомобільних компаній не можуть виробляти Tesla, і зараз неважко знайти причини.
У 2014 році професор Лієнкамп з Мюнхенського технічного університету опублікував нову книгу «Статус електричної мобільності 2014», яка є безкоштовною та відкритою для суспільства, і сказав: «Хоча електромобілі мають різні дефекти, я ніколи не бачив автомобіля, який вже володіє електромобілем. Водій автомобіля знову потрапить в обійми традиційного автомобіля. Навіть звичайний електромобіль принесе вам задоволення від водіння, яке не зрівняється з бензиновим автомобілем». Таке авто справді може змусити автовласника не оновлювати. Повертаєтеся в обійми традиційних автомобілів?
Як ми всі знаємо, серцем електромобіля є акумулятор.
Для звичайного електромобіля за європейським стандартом споживання енергії на 100 кілометрів складає близько 17 кВт/год, тобто 17 кВт/год. Доктор Томас Пеше вивчав енергоспоживання компактних автомобілів в оптимальній конфігурації. Без урахування вартості оптимальне споживання енергії на 100 кілометрів, отримане за допомогою існуючої доступної технології, становить трохи більше 15 кВт/год. Це означає, що в короткостроковій перспективі, намагаючись зменшити споживання енергії шляхом оптимізації ефективності самого автомобіля, навіть без урахування додаткових витрат, ефект енергозбереження є відносно невеликим.
Візьмемо як приклад акумуляторну батарею Tesla ємністю 85 кВт/год. Номінальний пробіг 500 км. Якщо споживання енергії зменшити до 15 кВт-год/100 км різними зусиллями, відстань руху можна збільшити до 560 км. Таким чином, можна сказати, що термін служби батареї автомобіля пропорційний ємності акумуляторної батареї, а пропорційний коефіцієнт є відносно фіксованим. З цієї точки зору, використання акумуляторів з більшою щільністю енергії (потрібно враховувати як енергію Вт·год/кг на одиницю ваги, так і енергію Вт·год/л на одиницю об’єму) має велике значення для покращення продуктивності електромобілів, оскільки в електромобілів акумулятор займає більшу частину загальної ваги.
Всі види літій-іонних акумуляторів є найбільш очікуваними і найбільш широко використовуваними акумуляторами. Літієві батареї, що використовуються в автомобілях, в основному включають нікель-кобальт-літій-манганатну батарею (NCM), нікель-кобальт-літієву алюмінатну батарею (NCA) і літій-залізо-фосфатну батарею (LPF).
1. Нікель-кобальтова літій-манганатна потрійна батарея NCMвикористовується багатьма електричними транспортними засобами за кордоном через його низьку швидкість виробництва тепла, відносно хорошу стабільність, тривалий термін служби та щільність енергії 150-220 Вт-год/кг.
2. Нікель-кобальтова літієва батарея NCA
Tesla використовує цей акумулятор. Щільність енергії висока, 200-260 Вт-год/кг, і очікується, що незабаром досягне 300 Вт-год/кг. Основна проблема полягає в тому, що лише Panasonic може виробляти цю батарею на даний момент, ціна висока, а безпека є найгіршою серед трьох літієвих батарей, що вимагає високоефективного розсіювання тепла та системи керування батареєю.
3. Літій-залізо-фосфатний акумулятор LPF Нарешті, давайте подивимося на акумулятор LPF, який найчастіше використовується в домашніх електромобілях. Найбільшим недоліком цього типу батареї є дуже низька щільність енергії, яка може досягати лише 100-120 Вт-год/кг. Крім того, ФНЧ також має високу швидкість саморозряду. Нічого з цього не бажають виробники електромобілів. Широке впровадження LPF в Китаї більше схоже на компроміс, зроблений вітчизняними виробниками для дорогих систем керування батареями та охолодження – батареї LPF мають дуже високу стабільність і безпеку та можуть забезпечити стабільну роботу навіть із поганими системами керування батареями та довшим терміном служби батареї. Ще одна перевага цієї функції полягає в тому, що деякі акумулятори LPF мають надзвичайно високу щільність розрядної потужності, що може покращити динамічні характеристики автомобіля. Крім того, ціна батареї LPF відносно низька, тому вона підходить для поточної стратегії низького класу та низької ціни вітчизняних електромобілів. Але чи буде вона енергійно розвиватися як акумуляторна технологія майбутнього, залишається питанням.
Якого розміру повинна бути батарея середнього електромобіля? Це акумуляторна батарея з тисячами послідовних і паралельних батарей Tesla, чи акумуляторна батарея, побудована з кількох великих батарей від BYD? Це питання недостатньо досліджене, і наразі немає однозначної відповіді. Тут представлено лише характеристики акумуляторної батареї, що складається з великих і малих елементів.
Коли батарея невелика, загальна площа розсіювання тепла батареї буде відносно великою, і температуру всієї батареї можна ефективно контролювати за допомогою розумної конструкції розсіювання тепла, щоб запобігти прискоренню високої температури та погіршенню термін служби батареї. Як правило, потужність і щільність енергії акумуляторів з меншою одноразовою ємністю будуть вищими. Нарешті, що ще важливіше, загалом кажучи, чим менше енергії має один акумулятор, тим вища безпека всього автомобіля. Акумуляторна батарея, що складається з великої кількості маленьких елементів, навіть якщо один елемент вийде з ладу, це не створить великих проблем. Але якщо є проблема всередині акумулятора з великою ємністю, загроза безпеці набагато більша. Таким чином, великі елементи вимагають більше захисних пристроїв, що додатково знижує щільність енергії акумулятора, що складається з великих елементів.
Однак з рішенням Tesla недоліки також очевидні. Тисячі батарей вимагають надзвичайно складної системи керування батареями, і додаткові витрати не можна недооцінювати. BMS (система керування батареями), яка використовується на Volkswagen E-Golf, субмодуль, здатний керувати 12 батареями, коштує 17 доларів. Відповідно до оцінки кількості акумуляторів, які використовує Tesla, навіть якщо вартість власно розробленої BMS низька, вартість інвестицій Tesla в BMS становить понад 5000 доларів США, що становить понад 5% від вартості BMS. весь автомобіль. З цієї точки зору не можна сказати, що велика батарея не є хорошою. У випадку, якщо ціна BMS не була значно знижена, розмір акумуляторної батареї слід визначати відповідно до позиціонування автомобіля.
Будучи ще однією основною технологією в електромобілях, двигун часто стає ядром обговорення, особливо двигун Tesla розміром з кавун із характеристиками спортивних автомобілів, що є ще більш вражаючим (пікова потужність двигуна Model S може досягати понад 300 кВт, максимальна крутний момент становить 600 Нм, а пікова потужність близька до потужності одного двигуна швидкісного електродвигуна). Деякі дослідники німецької автомобільної промисловості прокоментували наступне:
Tesla не використовує майже нічого, крім звичайних компонентів (алюмінієвий корпус,асинхронний двигун для руху, звичайна технологія шасі з повітрямпідвіска, ESP і звичайна гальмівна система з електричним вакуумним насосом, елементами ноутбука тощо)
Tesla використовує всі звичайні деталі, алюмінієвий корпус, асинхронні двигуни, звичайну структуру автомобіля, гальмівну систему та акумулятор ноутбука тощо.
Єдина справжня інновація полягає в технології з’єднання акумулятораосередків, у яких використовуються з’єднувальні дроти, запатентовані Tesla, а також акумуляторсистему керування, яку можна прошити «по повітрю», тобтотранспортному засобу більше не потрібно їхати до майстерні, щоб отримати оновлення програмного забезпечення.
Єдиний геніальний винахід Тесли полягає в тому, як вони поводилися з акумулятором. Вони використовують спеціальний кабель акумулятора та BMS, що забезпечує пряме бездротове підключення до мережі без необхідності повертатися на завод для оновлення програмного забезпечення.
Насправді, асинхронний двигун Tesla з високою щільністю потужності не є новим. У найранішій моделі Tesla Roadster використовуються продукти тайванської Tomita Electric, а параметри не надто відрізняються від параметрів, заявлених у Model S. У поточному дослідженні вчені в країні та за кордоном мають проекти недорогих високопотужних двигуни, які можна швидко запустити у виробництво. Тому, дивлячись на цю сферу, уникайте міфічної Тесли – двигуни Тесли достатньо хороші, але не настільки хороші, щоб ніхто інший не міг їх створити.
Серед багатьох типів двигунів, ті, які зазвичай використовуються в електричних транспортних засобах, це в основному асинхронні двигуни (також звані асинхронними двигунами), синхронні двигуни із зовнішнім збудженням, синхронні двигуни з постійними магнітами та гібридні синхронні двигуни. Ті, хто вважає, що перші три двигуни мають певні знання про електромобілі, матимуть деякі базові поняття. Асинхронні двигуни мають низьку вартість і високу надійність, синхронні двигуни з постійними магнітами мають високу щільність потужності і ККД, невеликі розміри, але високу ціну і складне швидкісне управління секцією. .
Можливо, ви менше чули про гібридні синхронні двигуни, але останнім часом багато європейських постачальників двигунів почали надавати такі двигуни. Щільність потужності та ефективність дуже високі, а здатність до перевантаження сильна, але керування не складне, що дуже підходить для електромобілів.
У цьому моторі немає нічого особливого. У порівнянні з синхронним двигуном із постійними магнітами, на додаток до постійних магнітів ротор також додає обмотку збудження, подібну до традиційного синхронного двигуна. Такий двигун не тільки має високу щільність потужності, яку забезпечує постійний магніт, але також може регулювати магнітне поле відповідно до потреб через обмотку збудження, якою можна легко керувати на кожній швидкісній ділянці. Типовим прикладом є двигун серії HSM1 виробництва BRUSA у Швейцарії. Характеристична крива HSM1-10.18.22 показана на малюнку нижче. Максимальна потужність становить 220 кВт, а максимальний крутний момент — 460 Нм, але його об’єм становить лише 24 л (30 см у діаметрі та 34 см у довжину) і важить близько 76 кг. Щільність потужності та щільність крутного моменту в основному можна порівняти з продуктами Tesla. Звичайно, ціна недешева. Цей двигун оснащений частотним перетворювачем, а ціна близько 11 000 євро.
Для попиту на електромобілі накопичення моторних технологій є достатньо зрілим. Чого зараз не вистачає, так це двигуна, розробленого спеціально для електромобілів, а не технології виробництва такого двигуна. Вважається, що з поступовим дозріванням і розвитком ринку двигуни з високою питомою потужністю ставатимуть все більш популярними, а ціна стане все ближчою до людей.
Що стосується попиту на електромобілі, то зараз бракує лише моторів, спеціально розроблених для електромобілів. Вважається, що з поступовим дозріванням і розвитком ринку двигуни з високою питомою потужністю ставатимуть все більш популярними, а ціна стане все ближчою до людей.
Дослідження електромобілів повинні повернутися до суті. Суть електромобілів – це безпечний і доступний транспорт, а не мобільна технологічна лабораторія, і для цього не обов’язково використовувати найсучасніші та модні технології. Зрештою, його слід планувати та проектувати відповідно до потреб регіону.
Поява Tesla показала людям, що майбутнє має належати за електромобілями. Як виглядатимуть електромобілі майбутнього і яке місце в майбутньому займе Китай в індустрії електромобілів, поки невідомо. У цьому також принадність промислової праці: на відміну від природничих наук, навіть неминучий результат, визначений законами суспільних наук, вимагає, щоб люди досягли його шляхом наполегливих досліджень і зусиль!
(Автор: доктор філософії з інженерії електромобілів у Технічному університеті Мюнхена)
Час публікації: 24 березня 2022 р