Đúng thời điểm và đúng địa điểm, tất cả các công ty xe điện của Trung Quốc đều bận rộn.Trung Quốc dường như đã trở thành trung tâm của ngành công nghiệp xe điện thế giới.
Trên thực tế, ở Đức, nếu thiết bị của bạn không cung cấp cọc sạc, bạn có thể phải tự mua một cọc sạc.ở ngưỡng cửa.Tuy nhiên, chúng ta luôn thảo luận về lý do tại sao rất nhiều hãng xe hơi xuất sắc của Đức lại không thể sản xuất ra Tesla, và hiện tại không khó để tìm ra lý do.
Năm 2014, Giáo sư Lienkamp của Đại học Kỹ thuật Munich đã xuất bản cuốn sách mới “Tình trạng di chuyển bằng điện năm 2014”, miễn phí và cởi mở với xã hội, đồng thời cho biết: “Mặc dù xe điện có nhiều khiếm khuyết khác nhau nhưng tôi chưa bao giờ thấy một chiếc ô tô nào đã sở hữu một phương tiện di chuyển bằng điện.Người lái xe, lại bước vào vòng tay của chiếc xe truyền thống.Ngay cả chiếc ô tô điện thông thường nhất cũng mang lại cho bạn cảm giác lái thích thú, điều mà ô tô chạy xăng không thể so sánh được ”.Một chiếc xe như vậy thực sự có thể khiến chủ xe không đổi mới. Ném lại vào vòng tay của những chiếc xe truyền thống?
Như chúng ta đã biết, trái tim của xe điện chính là ắc quy.
Đối với một chiếc xe điện thông thường, theo thử nghiệm tiêu chuẩn Châu Âu, mức tiêu thụ năng lượng trên 100 km là khoảng 17kWh, tức là 17 kWh.Tiến sĩ Thomas Pesce đã nghiên cứu mức tiêu thụ năng lượng của các loại xe nhỏ gọn ở cấu hình tối ưu.Nếu không tính đến chi phí, mức tiêu thụ năng lượng tối ưu trên 100 km đạt được khi sử dụng công nghệ hiện có là hơn 15kWh một chút.Điều này có nghĩa là trong ngắn hạn, cố gắng giảm mức tiêu thụ năng lượng bằng cách tối ưu hóa hiệu suất của chính chiếc xe, thậm chí không tính đến chi phí bổ sung, hiệu quả tiết kiệm năng lượng là tương đối nhỏ.
Lấy bộ pin 85kWh của Tesla làm ví dụ.Khoảng cách lái xe danh nghĩa là 500km.Nếu mức tiêu thụ năng lượng giảm xuống 15kWh/100km bằng nhiều nỗ lực khác nhau thì quãng đường lái xe có thể tăng lên 560km.Vì vậy, có thể nói tuổi thọ ắc quy của ô tô tỉ lệ thuận với dung lượng của bộ ắc quy, hệ số tỉ lệ tương đối cố định.Từ quan điểm này, việc sử dụng pin có mật độ năng lượng cao hơn (cả năng lượng Wh/kg trên một đơn vị trọng lượng và năng lượng Wh/L trên một đơn vị thể tích cần được xem xét) có ý nghĩa rất lớn để cải thiện hiệu suất của xe điện, bởi vì trong xe điện, pin chiếm phần lớn trong tổng trọng lượng.
Tất cả các loại pin lithium-ion đều là loại pin được mong đợi nhất và được sử dụng rộng rãi nhất.Pin lithium được sử dụng trong ô tô chủ yếu bao gồm pin ternary niken coban lithium manganate (NCM), pin lithium aluminate niken coban (NCA) và pin lithium iron phosphate (LPF).
1. Pin ternary niken-coban lithium manganate NCMđược nhiều loại xe điện ở nước ngoài sử dụng vì tốc độ sinh nhiệt thấp, độ ổn định tương đối tốt, tuổi thọ cao và mật độ năng lượng 150-220Wh/kg.
2. Pin lithium aluminate niken-coban NCA
Tesla sử dụng loại pin này.Mật độ năng lượng cao, ở mức 200-260Wh/kg và dự kiến sẽ sớm đạt tới 300Wh/kg.Vấn đề chính là hiện tại chỉ có Panasonic mới có thể sản xuất loại pin này, giá thành cao và độ an toàn kém nhất trong ba loại pin lithium, vốn đòi hỏi hệ thống quản lý pin và tản nhiệt hiệu suất cao.
3. Pin LPF lithium iron phosphate Cuối cùng, chúng ta hãy cùng tìm hiểu về loại pin LPF được sử dụng nhiều nhất trên các xe điện trong nước.Nhược điểm lớn nhất của loại pin này là mật độ năng lượng rất thấp, chỉ đạt 100-120Wh/kg.Ngoài ra, LPF còn có tốc độ tự phóng điện cao.Các nhà sản xuất xe điện đều không mong muốn điều này.Việc áp dụng rộng rãi LPF ở Trung Quốc giống như một sự thỏa hiệp của các nhà sản xuất trong nước đối với các hệ thống quản lý và làm mát pin đắt tiền – pin LPF có độ ổn định và an toàn rất cao, đồng thời có thể đảm bảo hoạt động ổn định ngay cả với hệ thống quản lý pin kém và tuổi thọ pin dài hơn.Một lợi ích khác mà tính năng này mang lại là một số pin LPF có mật độ năng lượng phóng điện cực cao, có thể cải thiện hiệu suất động của xe.Ngoài ra, giá ắc quy LPF tương đối thấp nên phù hợp với chiến lược giá rẻ, bình dân của xe điện trong nước hiện nay.Nhưng liệu nó có được phát triển mạnh mẽ như công nghệ pin của tương lai hay không vẫn còn là một dấu hỏi.
Pin của một chiếc ô tô điện trung bình nên lớn đến mức nào?Đó là một bộ pin với hàng nghìn pin Tesla nối tiếp và song song, hay một bộ pin được chế tạo từ một vài cục pin lớn của BYD?Đây là một câu hỏi đang được nghiên cứu và hiện chưa có câu trả lời chắc chắn.Ở đây chỉ giới thiệu các đặc điểm của bộ pin bao gồm ô lớn và ô nhỏ.
Khi pin nhỏ, tổng diện tích tản nhiệt của pin sẽ tương đối lớn và nhiệt độ của toàn bộ pin có thể được kiểm soát hiệu quả thông qua thiết kế tản nhiệt hợp lý để tránh nhiệt độ cao tăng tốc và làm giảm hiệu suất của pin. tuổi thọ của pin.Nói chung, mật độ năng lượng và năng lượng của pin có dung lượng đơn nhỏ hơn sẽ cao hơn.Cuối cùng, và quan trọng hơn, nói chung, một cục pin càng có ít năng lượng thì độ an toàn của toàn bộ chiếc xe càng cao.Một bộ pin bao gồm một số lượng lớn các cell nhỏ, ngay cả khi một cell bị hỏng cũng sẽ không gây ra quá nhiều vấn đề.Nhưng nếu có vấn đề bên trong cục pin dung lượng lớn thì nguy cơ mất an toàn sẽ lớn hơn rất nhiều.Do đó, các ô lớn cần nhiều thiết bị bảo vệ hơn, điều này càng làm giảm mật độ năng lượng của bộ pin gồm các ô lớn.
Tuy nhiên, với giải pháp của Tesla, nhược điểm cũng thấy rõ.Hàng nghìn viên pin yêu cầu một hệ thống quản lý pin cực kỳ phức tạp và không thể đánh giá thấp chi phí bổ sung.BMS (Hệ thống quản lý pin) được sử dụng trên Volkswagen E-Golf, một mô-đun phụ có khả năng quản lý 12 pin, có giá 17 USD.Theo ước tính về số lượng pin mà Tesla sử dụng, ngay cả khi chi phí BMS tự phát triển thấp thì chi phí đầu tư của Tesla vào BMS là hơn 5.000 đô la Mỹ, chiếm hơn 5% giá thành của BMS. toàn bộ xe.Nhìn từ góc độ này thì không thể nói pin lớn là không tốt.Trong trường hợp giá BMS chưa giảm đáng kể thì nên xác định kích thước của bộ pin tùy theo vị trí của xe.
Là một công nghệ cốt lõi khác trên xe điện, động cơ thường trở thành tâm điểm của các cuộc thảo luận, đặc biệt là động cơ cỡ quả dưa hấu của Tesla với hiệu suất xe thể thao thậm chí còn đáng kinh ngạc hơn (công suất cực đại của động cơ Model S có thể đạt tới hơn 300kW, mức tối đa mô-men xoắn là 600Nm và công suất cực đại gần bằng công suất của một động cơ duy nhất của EMU tốc độ cao).Một số nhà nghiên cứu trong ngành ô tô Đức nhận xét như sau:
Tesla hầu như không sử dụng gì ngoại trừ các bộ phận thông thường (thân nhôm,động cơ không đồng bộ cho động cơ đẩy, công nghệ khung gầm thông thường với không khíhệ thống treo, ESP và hệ thống phanh thông thường với bơm chân không điện, tế bào máy tính xách tay, v.v.)
Tesla sử dụng tất cả các bộ phận thông thường, thân nhôm, động cơ không đồng bộ, cấu trúc ô tô thông thường, hệ thống phanh và pin máy tính xách tay, v.v.
Sự đổi mới thực sự duy nhất nằm ở công nghệ liên kết pincác tế bào sử dụng dây liên kết mà Tesla đã được cấp bằng sáng chế, cũng như pinhệ thống quản lý có thể được truyền đi “qua mạng”, nghĩa làxe không còn cần phải lái xe đến xưởng để nhận bản cập nhật phần mềm.
Phát minh thiên tài duy nhất của Tesla là cách họ xử lý pin.Họ sử dụng cáp pin đặc biệt và BMS cho phép kết nối mạng không dây trực tiếp mà không cần phải quay lại nhà máy để cập nhật phần mềm.
Trên thực tế, động cơ không đồng bộ mật độ công suất cao của Tesla không còn quá mới.Ở mẫu Roadster đầu tiên của Tesla sử dụng sản phẩm của Tomita Electric Đài Loan, các thông số không quá khác biệt so với thông số mà Model S công bố. Trong các nghiên cứu hiện nay, các học giả trong và ngoài nước đều có những thiết kế giá thành rẻ, công suất cao. động cơ có thể nhanh chóng được đưa vào sản xuất.Vì vậy, khi nhìn vào lĩnh vực này, hãy tránh xa Tesla huyền thoại – động cơ của Tesla đủ tốt, nhưng không tốt đến mức không ai khác có thể chế tạo được chúng.
Trong số rất nhiều loại động cơ, loại thường được sử dụng trong xe điện chủ yếu là động cơ không đồng bộ (còn gọi là động cơ cảm ứng), động cơ đồng bộ kích từ ngoài, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu và động cơ đồng bộ hybrid.Những người tin rằng ba động cơ đầu tiên có một số kiến thức về xe điện sẽ có một số khái niệm cơ bản.Động cơ không đồng bộ có chi phí thấp và độ tin cậy cao, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có mật độ và hiệu suất công suất cao, kích thước nhỏ nhưng giá cao và điều khiển phần tốc độ cao phức tạp..
Có thể bạn ít nghe nói về động cơ đồng bộ hybrid, nhưng gần đây, nhiều nhà cung cấp động cơ châu Âu đã bắt đầu cung cấp những động cơ như vậy.Mật độ và hiệu suất công suất rất cao, khả năng chịu quá tải lớn nhưng việc điều khiển không khó, rất phù hợp cho xe điện.
Không có gì đặc biệt về động cơ này.So với động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, ngoài nam châm vĩnh cửu, rôto còn có thêm cuộn dây kích thích tương tự như động cơ đồng bộ truyền thống.Một động cơ như vậy không chỉ có mật độ công suất cao do nam châm vĩnh cửu mang lại mà còn có thể điều chỉnh từ trường theo nhu cầu thông qua cuộn dây kích thích, có thể dễ dàng điều khiển ở từng đoạn tốc độ.Một ví dụ điển hình là động cơ dòng HSM1 do BRUSA ở Thụy Sĩ sản xuất.Đường cong đặc tính HSM1-10.18.22 như trong hình bên dưới.Công suất tối đa 220kW và mô-men xoắn cực đại 460Nm nhưng thể tích chỉ 24L (đường kính 30 cm và dài 34 cm) và nặng khoảng 76kg.Mật độ công suất và mật độ mô-men xoắn về cơ bản tương đương với các sản phẩm của Tesla.Tất nhiên, giá cả không hề rẻ.Động cơ này được trang bị bộ biến tần và có giá khoảng 11.000 euro.
Đối với nhu cầu về xe điện, việc tích lũy công nghệ động cơ đã đủ trưởng thành.Điều hiện đang thiếu là một động cơ được thiết kế dành riêng cho xe điện chứ không phải công nghệ chế tạo động cơ như vậy.Người ta tin rằng với sự trưởng thành và phát triển dần dần của thị trường, động cơ có mật độ công suất cao sẽ ngày càng phổ biến và giá cả sẽ ngày càng gần gũi hơn với người dân.
Đối với nhu cầu về xe điện, hiện chỉ thiếu động cơ được thiết kế đặc biệt cho xe điện.Người ta tin rằng với sự trưởng thành và phát triển dần dần của thị trường, động cơ có mật độ công suất cao sẽ ngày càng phổ biến và giá cả sẽ ngày càng gần gũi hơn với người dân.
Việc nghiên cứu về xe điện cần quay trở lại bản chất.Bản chất của xe điện là phương tiện di chuyển an toàn và giá cả phải chăng chứ không phải là phòng thí nghiệm công nghệ di động và không nhất thiết phải sử dụng công nghệ tiên tiến, thời trang nhất.Trong phân tích cuối cùng, nó cần được quy hoạch và thiết kế phù hợp với nhu cầu của khu vực.
Sự xuất hiện của Tesla đã cho mọi người thấy rằng tương lai phải thuộc về xe điện.Vẫn chưa rõ xe điện trong tương lai sẽ như thế nào và Trung Quốc sẽ chiếm giữ vị trí nào trong ngành công nghiệp xe điện trong tương lai.Đây cũng là sức hấp dẫn của công việc công nghiệp: không giống như khoa học tự nhiên, ngay cả kết quả tất yếu được chỉ ra bởi các quy luật khoa học xã hội cũng đòi hỏi con người phải đạt được nó thông qua sự tìm tòi và nỗ lực gian khổ!
(Tác giả: Nghiên cứu sinh tiến sĩ về kỹ thuật xe điện tại Đại học Kỹ thuật Munich)
Thời gian đăng: 24-03-2022