時と場所が適切で、中国の電気自動車会社はすべて占有されています。中国は世界の電気自動車産業の中心地となっているようだ。
実際、ドイツでは、ユニットに充電パイルが提供されていない場合は、自分で購入する必要がある場合があります。玄関先で。しかし、私たちはなぜこれほど多くの優れたドイツの自動車会社がテスラを製造できないのかについて常に議論しており、現在その理由を見つけるのは難しくありません。
2014年、ミュンヘン工科大学のリーンカンプ教授は、無料で社会に公開された新しい本「電気モビリティの現状2014」を出版し、次のように述べています。すでに電動モビリティを所有している。車のドライバーは、伝統的な車の抱擁に戻りましょう。最も一般的な電気自動車であっても、ガソリン車にはない運転の楽しさをもたらします。」そのような車は本当に車の所有者を更新しないようにすることができます 従来の車の腕に戻って投げますか？
誰もが知っているように、電気自動車の心臓部はバッテリーです。
通常の電気自動車の場合、欧州規格の試験では、100キロメートルあたりのエネルギー消費量は約17kWh、つまり17kWhです。トーマス・ペッシェ博士は、最適な構成における小型車両のエネルギー消費を研究しました。コストを考慮しない場合、既存の利用可能な技術を使用して得られる 100 キロメートルあたりの最適なエネルギー消費量は 15kWh をわずかに上回る程度です。これは、追加コストを考慮せずに、自動車自体の効率を最適化してエネルギー消費量を削減しようとしても、短期的にはエネルギー節約効果が比較的小さいことを意味します。
Tesla の 85kWh バッテリー パックを例に挙げます。公称走行距離は500kmです。さまざまな工夫により消費エネルギーを15kWh/100kmまで削減できれば、走行距離は560kmまで伸びる可能性がある。したがって、自動車のバッテリー寿命はバッテリーパックの容量に比例し、その比例係数は比較的一定であると言えます。この観点から、より高いエネルギー密度（単位重量あたりのエネルギーWh/kgと単位体積あたりのエネルギーWh/Lの両方を考慮する必要がある）を備えたバッテリーの使用は、電気自動車の性能を向上させるために非常に重要です。電気自動車では、バッテリーが総重量の大部分を占めます。
あらゆる種類のリチウムイオン電池が最も期待されており、最も広く使用されている電池です。自動車に使用されるリチウム電池には、主にニッケルコバルトマンガン酸リチウム三元電池（NCM）、ニッケルコバルトアルミン酸リチウム電池（NCA）、リン酸鉄リチウム電池（LPF）があります。
1. ニッケルコバルトマンガン酸リチウム三元電池 NCM熱発生率が低く、安定性が比較的高く、寿命が長く、エネルギー密度が 150 ～ 220Wh/kg であるため、海外の多くの電気自動車で使用されています。
2.NCAニッケルコバルトアルミン酸リチウム電池
テスラはこのバッテリーを使用しています。エネルギー密度は200～260Wh/kgと高く、間もなく300Wh/kgに達すると予想されています。主な問題は、現在この電池を製造できるのはパナソニックだけであり、価格が高く、安全性が3つのリチウム電池の中で最も悪く、高性能の放熱と電池管理システムが必要であることです。
3. LPFリン酸鉄リチウム電池 最後に、国内の電気自動車で最も多く使われているLPF電池を紹介します。このタイプのバッテリーの最大の欠点は、エネルギー密度が非常に低く、100 ～ 120Wh/kg にしか達しないことです。また、LPFは自己放電率も高いです。これらはいずれもEVメーカーにとって望ましくないことだ。中国でのLPFの広範な採用は、高価なバッテリー管理および冷却システムのために国内メーカーが妥協したようなものです。LPFバッテリーは非常に高い安定性と安全性を備えており、貧弱なバッテリー管理システムやより長いバッテリー寿命でも安定した動作を保証できます。この機能によってもたらされるもう 1 つの利点は、一部の LPF バッテリーが非常に高い放電電力密度を持ち、車両の動的性能を向上できることです。また、LPF電池は価格が比較的安いため、現在の国産電気自動車の低価格・低価格戦略に適している。しかし、それが将来の電池技術として活発に開発されるかどうかには、まだ疑問符がつきます。
平均的な電気自動車のバッテリーはどれくらいの大きさにすべきでしょうか?それは、数千個の Tesla バッテリーを直列および並列に接続したバッテリー パックでしょうか、それとも BYD の大型バッテリーをいくつか使用して構築されたバッテリー パックでしょうか?これは研究中の質問であり、現時点では明確な答えはありません。ここでは、大型セルと小型セルで構成される電池パックの特徴のみを紹介します。
バッテリーが小さい場合、バッテリーの総放熱面積は比較的大きくなり、合理的な放熱設計によってバッテリーパック全体の温度を効果的に制御し、高温が加速してバッテリーの性能を低下させるのを防ぎます。バッテリーの寿命。一般に、単一容量が小さいバッテリーの電力とエネルギー密度は高くなります。最後に、そしてより重要なことですが、一般的に言えば、単一のバッテリーのエネルギーが少ないほど、車両全体の安全性が高まります。電池パックは多数の小さなセルで構成されており、たとえ1つのセルが故障しても大きな問題にはなりません。しかし、大容量のバッテリーの内部に問題がある場合、安全上の危険はさらに大きくなります。したがって、大きなセルにはより多くの保護デバイスが必要となり、大きなセルで構成されるバッテリーパックのエネルギー密度がさらに低下します。
ただし、テスラのソリューションには欠点も明らかです。数千個のバッテリーには非常に複雑なバッテリー管理システムが必要であり、追加コストを過小評価することはできません。フォルクスワーゲン E-ゴルフで使用されている BMS (バッテリー管理システム) は、12 個のバッテリーを管理できるサブモジュールで、価格は 17 ドルです。テスラが使用するバッテリーの数の推計によると、たとえ自社開発の BMS のコストが低いとしても、テスラの BMS への投資コストは 5,000 ドル以上であり、バッテリーのコストの 5% 以上を占めます。車両全体。この観点からすると、バッテリーが大きいことが良くないとは言えません。BMSの価格が大幅に値下げされていない場合、バッテリーパックのサイズは車両の位置に応じて決定する必要があります。
電気自動車のもう一つのコア技術として、モーターが議論の中心となることが多く、特にスポーツカーの性能を備えたテスラのスイカほどの大きさのモーターはさらに驚くべきものです (モデル S モーターのピーク出力は 300kW 以上に達することがあり、最大出力は 300kW 以上に達します)。トルクは 600Nm で、ピーク出力は高速 EMU の単一モーターの出力に近いです)。ドイツの自動車業界の一部の研究者は次のようにコメントしている。
テスラは従来のコンポーネント（アルミニウムボディ、推進用非同期モーター、空気を使用した従来のシャーシ技術サスペンション、ESP、電動真空ポンプを備えた従来のブレーキ システム、ラップトップ セルなど)
テスラは、アルミニウム製ボディ、非同期モーター、従来の自動車構造、ブレーキシステム、ノートパソコンのバッテリーなど、すべての従来の部品を使用しています。
唯一の真の革新はバッテリーをリンクする技術にありますテスラが特許を取得したボンディングワイヤを使用するセルとバッテリー「無線で」フラッシュできる管理システム。ソフトウェアのアップデートを受け取るために車両を整備工場まで運転する必要はなくなりました。
テスラの唯一の天才的な発明は、バッテリーの取り扱いにあります。特別なバッテリー ケーブルと、ソフトウェアを更新するために工場に戻ることなく直接ワイヤレス ネットワークを可能にする BMS を使用します。
実際、テスラの高出力密度非同期モーターはそれほど新しいものではありません。テスラの初期のロードスターモデルには台湾の富田電機の製品が使用されており、そのパラメータはモデルSが発表したパラメータとそれほど変わらない。現在の研究では、国内外の学者が低コスト、高出力の設計を行っている。すぐに生産できるモーター。したがって、この分野に注目するときは、神話上のテスラを避けてください。テスラのモーターは十分に優れていますが、他の人が製造できないほど優れているわけではありません。
多くのモーターの種類の中で、電気自動車で一般的に使用されるモーターは、主に非同期モーター (誘導モーターとも呼ばれます)、他励式同期モーター、永久磁石同期モーター、およびハイブリッド同期モーターです。最初の 3 つのモーターが電気自動車についてある程度の知識を持っていると考える人は、いくつかの基本的な概念を持っているでしょう。非同期モータは低コストで信頼性が高く、永久磁石同期モータは出力密度と効率が高く、小型ながら価格が高く、複雑な高速セクション制御を備えています。。
ハイブリッド同期モーターについてあまり聞いたことがないかもしれませんが、最近、多くのヨーロッパのモーター サプライヤーがこのようなモーターを提供し始めています。電力密度と効率は非常に高く、過負荷容量は強力ですが、制御は難しくないため、電気自動車に非常に適しています。
このモーターには特別なことは何もありません。永久磁石同期モーターと比較すると、ローターには永久磁石に加えて、従来の同期モーターと同様の励磁巻線も追加されています。このようなモーターは、永久磁石によってもたらされる高い出力密度を備えているだけでなく、励磁巻線を通じて必要に応じて磁場を調整でき、各速度セクションで簡単に制御できます。代表的な例としては、スイスのBRUSA社製HSM1シリーズモータが挙げられます。HSM1-10.18.22の特性曲線は下図のとおりです。最高出力は220kW、最大トルクは460Nmだが、容積はわずか24L（直径30cm、長さ34cm）、重量は約76kg。出力密度とトルク密度は基本的にテスラ製品と同等です。もちろん、価格は安くはありません。このモーターには周波数変換器が装備されており、価格は約 11,000 ユーロです。
電気自動車の需要に対して、モーター技術の蓄積は十分に成熟しています。現在不足しているのは電気自動車専用に設計されたモーターであり、そのようなモーターを製造する技術ではありません。市場が徐々に成熟し発展するにつれて、高出力密度のモーターがますます普及し、価格はますます人々に近づいていくと考えられています。
電気自動車の需要に対して、現在、電気自動車専用に設計されたモーターが不足しているだけです。市場が徐々に成熟し発展するにつれて、高出力密度のモーターがますます普及し、価格はますます人々に近づいていくと考えられています。
電気自動車の研究は本質に立ち返る必要がある。電気自動車の本質は、移動技術の実験室ではなく、安全で手頃な価格の移動手段であり、必ずしも最先端で流行の技術を使用する必要はありません。最終的には、地域のニーズに応じて計画および設計される必要があります。
テスラの出現は、未来は電気自動車に属さなければならないことを人々に示しました。将来の電気自動車がどのようなものになるのか、将来的に中国が電気自動車業界でどのような地位を占めるようになるのかはまだ不明です。これは工業的な仕事の魅力でもあります。自然科学とは異なり、社会科学の法則によって示される必然的な結果であっても、人間は困難な探求と努力を通じてそれを達成する必要があります。
(著者: ミュンヘン工科大学電気自動車工学の博士号取得候補者)
投稿日時: 2022 年 3 月 24 日