Baterie mají podíl veřejnosti, pokud jde o zvýšení výkonu a snížení nákladů na elektrická vozidla. A z dobrého důvodu. Baterie představuje zhruba polovinu celkových nákladů na EV. Baterie v poslední době procházejí významnými inovacemi, přičemž startupy jako QuantumScape a Ample se zabývají polovodičovými lithiovými bateriemi a modulárním designem.
Plánovaná investice General Motors ve výši 650 milionů dolarů do společnosti na výrobu lithia Lithium Americas dále zdůrazňuje rostoucí poptávku po bateriích EV a chemikáliích, které je činí skutečností. Říjnová studie agentury Reuters zjistila, že výrobci automobilů se zavázali do roku 1.2 investovat 2030 bilionu dolarů do baterií a dalších dílů pro elektromobily.
Aby však elektromobily fungovaly ve velkém, musíme se zaměřit na další součást – pohonné ústrojí.
Hnací ústrojí elektromobilu je přesně to, co zní. Tyto komponenty poskytují výkon vozidla, tj. jeho motor, převodovka, hnací hřídel, AC/DC měnič a řídicí jednotka. Hovoříme o řídicích systémech určujících výkon, dojezd a účinnost elektromobilu. Nebo, pro ještě více kontextu, díly, které tvoří 10–25 % celkových nákladů na elektromobil.
V tomto prostoru došlo k určitým inovacím, zejména u společností, které zkoumaly použití nových materiálů, jako je karbid křemíku. Pravdou však je, že pro startupy existuje obrovská příležitost, jak se prosadit tím, že přijdou s řešením největších překážek trhu. Podívejme se na některé výzvy a příležitosti, jak je řešit.
Zásadně odlišné
V mnoha ohledech je hnací ústrojí elektromobilu mnohem jednodušší než u vozidla se spalovacím motorem. Pohonné jednotky EV jsou vyrobeny z mnohem menšího počtu součástí – o 60 procent méně – než vozidla se spalováním.
Další zásadní rozdíly se týkají použitých typů převodů a přenosu točivého momentu. Ve vozidlech se spalovacím motorem rozděluje převodový systém výkon z motoru na kola, zatímco řízení výkonu v elektromobilu je řízeno měničem pohonu, který reguluje tok energie z baterie do motoru. Výsledkem je, že řidiči elektromobilů zažívají lepší zrychlení a celkově příjemnější jízdu.
Zatímco však pohonné jednotky EV poskytují průlomové zrychlení z 0 na 60 mph, stále je třeba pracovat na účinnosti převodového systému. Většina elektromobilů stále používá zastaralou platformu 400 voltů, ale minimální 800voltová platforma by snížila ztráty joulů a umožnila zmenšit vysokonapěťovou kabeláž, čímž by se zlepšila účinnost a snížila hmotnost.
924voltová platforma Lucid je jedním z důvodů, proč automobilka dokázala dosáhnout dojezdu 520 mil a nyní GM, Hyundai a Volkswagen přecházejí na 800voltové platformy. Zlepšená účinnost poskytovaná 800voltovou platformou znamená, že průmysl může zvýšit dojezd a zkrátit dobu nabíjení, což jsou významné překážky pro elektromobily fungující ve velkém. Odstraněním úzkosti z dojezdu můžeme potlačit další překážku přijetí EV, kterou je cena.
Průměrný nový EV se prodává za výrazně více než jeho protějšek se spalováním. Vývoj účinnějších pohonných jednotek tento problém sám o sobě nevyřeší, ale zlepšení technologie, aby tato vozidla mohla spotřebovávat méně energie a menší baterie a cestovat dále na jedno nabití, je zásadním krokem k tomu, aby byly elektromobily dostupnější.
Konkrétní části hnacího ústrojí EV, včetně motorů a měničů, vyžadují pozornost. Nedávná obchodní aktivita v tomto prostoru – jako je akvizice Yasa Motors společností Mercedes-Benz a rychlý vzestup společnosti Turntide Technologies na status jednorožce s kapitálem získaným téměř 500 milionů dolarů – je důkazem obrovského rozsahu příležitosti, která se nabízí. Ale stále je co zlepšovat.
Všechny tři hlavní typy EV motorů – synchronní motor s permanentními magnety, indukční motor a spínaný reluktanční motor – mají všechny společné to, že se jedná o radiální motory, což znamená, že jejich magnetická pole jsou orientována v radiálním směru vzhledem k jejich ose otáčení. I když se radiální motory ukázaly jako spolehlivé a účinné, mohly by těžit z vývoje z hlediska výkonu, velikosti a nákladů. Výrobci motorů ve skutečnosti operovali poněkud zády opřenými o zeď, protože byli nuceni soustředit se převážně na snižování nákladů vs. zlepšování výkonu.
Inovace motoru
V motorech s axiálním tokem, alternativou k motorům s radiálním tokem, došlo k několika vzrušujícím inovacím. Motor s axiálním tokem má magnetické pole probíhající paralelně s osou otáčení. Toto je typ motoru, který Yasa Motors vyrábí, což znamená, že jej budou v budoucnu používat vozy Mercedes AMG.
Motory s axiálním tokem jsou stále populárnější, protože mají vyšší hustotu výkonu než motory s radiálním tokem, což znamená, že mohou produkovat více energie pro svou velikost a hmotnost. Mají také nižší ozubený točivý moment, díky čemuž jsou hladší a účinnější při nízkých otáčkách.
Ale ve srovnání s motory s radiálním tokem mohou mít motory s axiálním tokem složitější konstrukce a jejich výroba je náročnější, takže jsou dražší. Vyžadují neodymové magnety, což jsou minerály vzácných zemin. Vyvinout životaschopnou alternativu, která se nespoléhá na tento typ magnetu, by znamenalo změnu hry a jistě upoutá pozornost výrobců elektromobilů i investorů.
Pokud jde o vývoj lepších motorů, záleží také na umístění. Dnes jsou dvě hlavní možnosti. Umístění v náboji znamená, že motor je v náboji kola, zatímco umístění centrální pohonné jednotky umístí motor do středu vozidla a výkon se přenáší na kola. Motor v náboji eliminuje potřebu převodovky, hnacího hřídele a diferenciálu, ale obvykle není tak účinný. Centrální pohonná jednotka na druhé straně vyžaduje hnací hřídel a diferenciál a v některých případech převodovku, což umožňuje EV pracovat s optimální účinností. Toto umístění má také za následek lepší izolaci prostřednictvím závěsného systému a před povětrnostními vlivy.
Invertorový prostor nabízí další příležitost pro inovaci startupů. Většina elektromobilů používá střídače zdroje napětí, které jsou jednoduché a levné, ale mají omezený výkon a účinnost. Vývoj pokročilejších invertorových technologií, jako jsou invertory se zdrojem proudu, může výrazně zlepšit výkon a efektivitu.
Kromě dalších překážek, kterým inovátoři čelí, je automobilový průmysl vysoce regulovaným odvětvím. Zdlouhavý certifikační proces pro nové komponenty motoru a měniče může být hlavní překážkou pro společnosti, které chtějí uvést na trh inovativní nové produkty. Ale pro startupy, které mají zdroje k narušení status quo, je tu obrovská příležitost zaměřit se na inovace v tomto prostoru.
Tento článek byl původně publikován v Automotive News
