Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα γίνονται όλο και πιο ισχυρά, η τεχνολογία των µπαταριών και των κινητήρων εξελίσσεται περαιτέρω, τα συστήµατα υποβοήθησης γίνονται όλο και πιο έξυπνα αλλά δεν έχουν ακόµη αναπτυχθεί πλήρως. Όλο και πιο ισχυροί ηλεκτροκινητήρες, µπαταρίες και συστήµατα υποβοήθησης χρησιµοποιούνται πλέον ευρέως. Ο παγκόσµιος ανταγωνισµός για µεγαλύτερη εµβέλεια, επιδόσεις και άνεση βρίσκεται σε πλήρη εξέλιξη.

Ο συσχετισµός ισχύος/βάρους παίζει σηµαντικό ρόλο -οι µπαταρίες είναι βαριές
Τα ηλεκτρικά οχήµατα ζυγίζουν έως και 30% περισσότερο από τα αντίστοιχα µε κινητήρα εσωτερικής καύσης, ανεξάρτητα από την κατηγορία. Έτσι, η µεγάλη πρόκληση είναι η µείωση του βάρους, η αύξηση της ισχύος της µπαταρίας και η επέκταση της εµβέλειας που επιτυγχάνεται. Σε τελική ανάλυση, ένα ηλεκτρικό όχηµα θα πρέπει να παραµείνει προσιτό και προσβάσιµο σε όλους. Αυτό αποτελεί µια αντίθεση στόχων, η οποία όµως µπορεί να βελτιστοποιηθεί µέσω έξυπνων τεχνολογιών και αύξησης της παραγωγής.

Τεχνολογία κίνησης
Με µια πρώτη µατιά, η ηλεκτρική κίνηση φαίνεται λιγότερο περίπλοκη από έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης. Και πράγµατι, µε την πρώτη µατιά, αυτό είναι σωστό, διότι δεν υπάρχει τόσο πολύπλοκη τεχνολογία στον κινητήρα µετάδοσης κίνησης. Είναι βέβαια γεγονός. ότι δεν είναι απαραίτητη η µετεπεξεργασία καυσαερίων. Από την άλλη πλευρά, το ηλεκτρικό σύστηµα µετάδοσης κίνησης περιλαµβάνει πολύπλοκα ηλεκτρονικά ισχύος και την εξίσου πολύπλοκη διαχείριση φόρτισης και θερµότητας.

Υπάρχουν διαφορετικές µέθοδοι υλοποίησης του ηλεκτροκινητήρα και των ηλεκτρονικών ισχύος: ξεχωριστά ή σε µία µονάδα. Προκειµένου να µειώσουν το κόστος, πολλοί κατασκευαστές οχηµάτων επιλέγουν ολοκληρωµένες µονάδες κίνησης. Εκτός από τον ηλεκτροκινητήρα (400-800V) και τα ηλεκτρονικά ισχύος, διαθέτουν επίσης κιβώτιο ταχυτήτων µίας ή δύο ταχυτήτων.

Στον τοµέα των επαγγελµατικών οχηµάτων, ακόµη και τα συστήµατα πέδησης, συµπεριλαµβανοµένης της λειτουργίας ανάκτησης, αποτελούν µερικές φορές µέρος της µονάδας κίνησης, δηλαδή δηµιουργούν έναν πλήρη ηλεκτρονικό άξονα.

Ειδικά οι κατασκευαστές σπορ οχηµάτων χρησιµοποιούν έναν ηλεκτροκινητήρα ανά άξονα προκειµένου να δηµιουργήσουν ένα όχηµα µε κίνηση σε όλους τους τροχούς. Το πλεονέκτηµα: τα ηλεκτρονικά µπορούν να ελέγχουν τους κινητήρες ξεχωριστά ανάλογα µε το φορτίο, την κατάσταση οδήγησης αλλά και την κατάσταση του περιβάλλοντος, κατανέµοντας έτσι µε ακρίβεια τις ροπές (σε κάθε µεµονωµένο τροχό -διαµόρφωση µεταφοράς ροπής -torque vectoring).

Συνήθως χρησιµοποιούνται σύγχρονοι κινητήρες µε µόνιµη διέγερση στον κινητήριο άξονα. Για τις εκδόσεις µε κίνηση σε όλους τους τροχούς, ένας ασύγχρονος κινητήρας παρέχει βοήθεια. Νέες τεχνολογίες, όπως οι ηµιαγωγοί καρβιδίου του πυριτίου ή η ειδική περιέλιξη φουρκέτας – Hairpin* στον στάτη, παίζουν το ρόλο τους στη βελτίωση της απόδοσης του κινητήρα.

* Η τεχνολογία Hairpin είναι µια τεχνολογία περιέλιξης για στάτορες σε ηλεκτρικούς κινητήρες και γεννήτριες και χρησιµοποιείται επίσης για εφαρµογές έλξης σε ηλεκτρικά οχήµατα. Σε αντίθεση µε τις συµβατικές τεχνολογίες περιέλιξης, η τεχνολογία Hairpin βασίζεται σε συµπαγείς, επίπεδες ράβδους χαλκού που εισάγονται στη στοίβα του στάτη. Αυτές οι ράβδοι χαλκού, γνωστές και ως φουρκέτες, αποτελούνται από σύρµα χαλκού µε σµάλτο που κάµπτεται σε σχήµα U, παρόµοιο µε τη γεωµετρία των φουρκετών.

Τεχνολογία µπαταριών
Παράλληλα µε τη µείωση του βάρους και του κόστους, η ενεργειακή πυκνότητα είναι ο καθοριστικός παράγοντας όσον αφορά τις µπαταρίες. Αυτή τη στιγµή χρησιµοποιούνται κυρίως µπαταρίες ιόντων λιθίου. Η τεχνολογία είναι ώριµη, η διάρκεια ζωής τους είναι καλή, λειτουργούν µε ασφάλεια και αξιοπιστία. Υπάρχουν όµως και µειονεκτήµατα: οι µπαταρίες ιόντων λιθίου είναι σχετικά βαριές και οι χρόνοι φόρτισης είναι σχετικά µεγάλοι. Οι τεχνολογίες ταχείας φόρτισης πρέπει πρώτα να καθιερωθούν περαιτέρω, µια εξέλιξη που εξαρτάται επίσης από την απόδοση της υποδοµής του δικτύου. Το κόστος είναι επίσης σχετικά υψηλό. Ωστόσο, θα µειωθούν µε την αύξηση των ποσοτήτων παραγωγής.

Επιπλέον, οι µπαταρίες ιόντων λιθίου περιέχουν υλικά που µπορεί να είναι επιβλαβή για το περιβάλλον εάν ανακυκλωθούν εσφαλµένα. Αλλά και οι διαδικασίες ανακύκλωσης βελτιώνονται συνεχώς. Ελπιδοφόρες εναλλακτικές λύσεις για τις µπαταρίες ιόντων λιθίου είναι οι µπαταρίες στερεάς κατάστασης. Σε αυτές δεν χρησιµοποιούνται υγροί ηλεκτρολύτες. Το πλεονέκτηµα είναι η υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και ο υψηλότερος βαθµός ασφάλειας.

Οι µπαταρίες ιόντων νατρίου και ψευδαργύρου-αέρα βρίσκονται επίσης υπό ανάπτυξη. Και η λεγόµενη µπαταρία SALD (Spatial Atom Layer Deposition) είναι επίσης ενδιαφέρουσα. Οι νανοτεχνολογίες χρησιµοποιούνται µε βάση την τεχνολογία Li-Ion.

Αυτό σηµαίνει ότι, στο µέλλον, τα ηλεκτρικά οχήµατα θα πρέπει να είναι σε θέση να επιτύχουν αυτονοµία πολύ µεγαλύτερη από 1.000 χιλιόµετρα. Ο σχετικός χρόνος φόρτισης είναι πέντε φορές ταχύτερος. Όλες αυτές οι εξελίξεις αποδεικνύουν ότι συµβαίνουν πολλά στον τοµέα της τεχνολογίας των µπαταριών!

Θερµική διαχείριση
Η διαχείριση των θερµοκρασιών του συστήµατος των µπαταριών, η ψύξη του ηλεκτροκινητήρα και των ηλεκτρονικών ισχύος είναι όλες πτυχές που είναι απαραίτητες για τα ηλεκτρικά οχήµατα. Οι µπαταρίες πρέπει να διατηρούνται εντός ενός συγκεκριµένου θερµοκρασιακού πλαισίου προκειµένου να επιτυγχάνεται η βέλτιστη απόδοση. Πάνω από τη θερµοκρασία λειτουργίας +40 °C, η διάρκεια ζωής της µπαταρίας µειώνεται, ενώ κάτω από -10 °C, η αποδοτικότητα και η απόδοσή της µειώνονται απότοµα.

Επιπλέον, υπάρχουν φορτία αιχµής ως αποτέλεσµα της ενίσχυσης ή της ανάκτησης ενέργειας πέδησης, τα οποία προκαλούν αύξηση των θερµοκρασιών του συστήµατος. Η διαφορά θερµοκρασίας µεταξύ των επιµέρους κυψελών δεν πρέπει επίσης να υπερβαίνει µια ορισµένη τιµή: οι 20 °C είναι η βέλτιστη τιµή. Επιπλέον, η θερµότητα πρέπει να απάγεται στα ηλεκτρονικά ισχύος και στον ηλεκτρονικό κινητήρα, προκειµένου να αποφευχθούν βλάβες και να διατηρηθεί η απόδοση.

Σε συνδυασµό µε το σύστηµα κλιµατισµού του οχήµατος, τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα διαθέτουν κατά συνέπεια ένα εξαιρετικά πολύπλοκο και εξελιγµένο σύστηµα θερµικής διαχείρισης που αποτελείται από διάφορα κυκλώµατα ψύξης και διάφορα συστήµατα µέσων ψύξης.

Για τον λόγο αυτό, η HELLA συνδέει τα κυκλώµατα ψύξης για τη µπαταρία, τον ηλεκτροκινητήρα και το εσωτερικό του οχήµατος σε µία µονάδα την Σύνδεσµο Ελέγχου Ψύξης-Coolant Control Hub (CCH). Ως αποτέλεσµα αυτής της συγκέντρωσης, το CCH παρέχει υψηλότερο βαθµό απόδοσης, συντοµότερους χρόνους φόρτισης και επίσης µεγαλύτερη εµβέλεια. Και όλες οι θερµικές ενέργειες µπορούν να κατανεµηθούν βέλτιστα.

Κλιµατικός έλεγχος χώρου επιβατών
Στα σύγχρονα ηλεκτρικά οχήµατα χρησιµοποιούνται ηλεκτρικά θερµαντικά σώµατα χαµηλής ή υψηλής τάσης και θερµαντήρες αέρα ή νερού για τη θέρµανση του εσωτερικού και τον κλιµατισµό των µπαταριών υψηλής τάσης. Με τη θέρµανση µε αέρα, παρόµοια µε το σύστηµα που χρησιµοποιείται από ένα πιστολάκι µαλλιών, ο αέρας ρέει πάνω από θερµαινόµενες σπείρες, οι οποίες στη συνέχεια τον θερµαίνουν.

Χρησιµοποιούνται θερµαντικά στοιχεία PTC (θετικοί συντελεστές θερµοκρασίας). Με ένα θερµαντήρα νερού, το νερό θερµαίνεται σε ένα κύκλωµα – επίσης ηλεκτρικά – και µε αυτόν τον τρόπο απελευθερώνεται στη συνέχεια θερµότητα στο εσωτερικό του οχήµατος.

Μια πιο αποτελεσµατική λύση είναι η πρόσθετη χρήση µιας αντλίας θερµότητας. Ένας βοηθητικός θερµαντήρας PTC χρησιµοποιείται µόνο για υψηλές απαιτήσεις θέρµανσης ή όταν απαιτείται γρήγορα θερµότητα. Η αντλία θερµότητας αντλεί θερµική ενέργεια ακόµη και από τον κρύο, εξωτερικό αέρα τον χειµώνα.

Έτσι, είναι δυνατή η µετατροπή έως και τριών κιλοβατώρων ενέργειας σε θερµότητα από µία κιλοβατώρα από τις µπαταρίες ενός ηλεκτρονικού οχήµατος. Και µπορεί να γίνει ακόµη πιο αποτελεσµατικά: ο ηλεκτροκινητήρας και οι ίδιες οι µπαταρίες παράγουν επίσης θερµότητα, αν και σε µικρό βαθµό. Αυτή η απορριπτόµενη θερµότητα µπορεί επίσης να χρησιµοποιηθεί για την ενίσχυση της θέρµανσης του εσωτερικού του οχήµατος.

Συστήµατα άνεσης και υποβοήθησης
Τα συστήµατα άνεσης και υποβοήθησης παίζουν κεντρικό ρόλο και στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Όπως γνωρίζουµε από τα κλασικά οχήµατα µε κινητήρα εσωτερικής καύσης, το ABS, το ESP, τα αντιολισθητικά συστήµατα (ASR) και πολλά άλλα ADAS ενσωµατώνονται οµοίως και εδώ. Επιπλέον, υπάρχουν πολυάριθµα συστήµατα ελέγχου απόστασης και ανίχνευσης κυκλοφορίας, βοηθητικά συστήµατα φωτισµού βροχής και βοηθήµατα στάθµευσης.

Η HELLA είναι ο ηγέτης της καινοτοµίας όσον αφορά τους σχετικούς αισθητήρες, τους ενεργοποιητές και τις λύσεις καµερών και η εταιρεία προσφέρει ένα ευρύ φάσµα λύσεων συστηµάτων. Επιπλέον, η HELLA εστιάζει ειδικά σε εξαρτήµατα που καθιστούν την αυτόνοµη οδήγηση ασφαλή για την κυκλοφορία και ασφαλή για το µέλλον σε κάθε επίπεδο.

Είναι αυτονόητο ότι η διαδικασία φόρτισης είναι ειδικά ηλεκτρική: ο ηλεκτρονικός ενεργοποιητής καπακιού φόρτισης (eLA) της HELLA, για παράδειγµα, βοηθά τη διαδικασία φόρτισης. Με τη βοήθεια του ενεργοποιητή του καπακιού φόρτισης µπορούν να ενσωµατωθούν περισσότερες µεµονωµένες ειδικές λειτουργίες για περισσότερη άνεση και ασφάλεια.

Καινοτόµα φωτιστικά στοιχεία απεικονίζουν την κατάσταση της µπαταρίας και τη λειτουργία φόρτισης. Και επιπλέον, υπάρχει µια θετικά παράλληλη ενέργεια των ηλεκτρονικών οχηµάτων: δεν εκπέµπουν σχεδόν καθόλου θόρυβο.

Ωστόσο, αυτό µπορεί να οδηγήσει σε κινδύνους για την ασφάλεια των πεζών και των ποδηλατών, ιδίως σε αστικό περιβάλλον. Τα οχήµατα απλά δεν ακούγονται. Γι’ αυτό τον λόγο το σύστηµα ακουστικής προειδοποίησης της HELLA, γνωστό ως AVAS (Acoustic Vehicle Alerting System), παρέχει µια αυξηµένη ακουστική παρουσία στην οδική κυκλοφορία για τα αυτοκίνητα που κινούνται στην περιοχή χαµηλών ταχυτήτων.

Προσοµοιώνει λίγο-πολύ τον θόρυβο ενός οχήµατος µε κινητήρα εσωτερικής καύσης. Με αυτόν τον τρόπο, το AVAS συµβάλλει στην οδική ασφάλεια, ευαισθητοποιώντας τους χρήστες των δρόµων για τα ηλεκτρονικά οχήµατα.

Τεχνολογία ελαστικών
Τα ελαστικά των οχηµάτων µε κινητήρα εσωτερικής καύσης και των ηλεκτρικών οχηµάτων δεν διαφέρουν ουσιαστικά. Στις προδιαγραφές εµφανίζονται οι ίδιες απαιτήσεις. Για παράδειγµα, η καλή πρόσφυση σε βρεγµένο οδόστρωµα και η καλή απόδοση πέδησης είναι εξίσου σηµαντικές. Ωστόσο, πρέπει να αναφερθούν τέσσερα ειδικά χαρακτηριστικά που παίζουν ιδιαίτερο ρόλο για τα ηλεκτρικά οχήµατα.
– Χαµηλό θόρυβο κύλισης, καθώς το ίδιο το ηλεκτρικό αυτοκίνητο δεν παράγει σχεδόν καθόλου θόρυβο οδήγησης
– Υψηλή ροπή ή ειδικά υψηλή αντοχή στην τριβή. Με τα ηλεκτρικά οχήµατα η πολύ υψηλή ροπή είναι άµεση
– Η αντίσταση κύλισης, όσο χαµηλότερη είναι, τόσο µεγαλύτερη είναι η εµβέλεια
– Ο δείκτης φορτίου, δηλαδή η φέρουσα ικανότητα του ελαστικού, την οποία ορισµένοι κατασκευαστές ελαστικών προσαρµόζουν λόγω του υψηλότερου βάρους του οχήµατος

Αντίκτυπος στο aftermarket
Με τα ηλεκτρικά οχήµατα, υπάρχουν λιγότερα εξαρτήµατα κίνησης που πρέπει να ελέγχονται και να συντηρούνται τακτικά. Δεν απαιτείται λάδι κινητήρα των ταχυτήτων, αν και χρησιµοποιούνται µη αγώγιµα λάδια για τη λίπανση και τη διάχυση της θερµοκρασίας στις ηλεκτρικές µονάδες κίνησης.

Μια ουσιαστική πτυχή, ωστόσο, είναι η θερµική διαχείριση, η οποία θα είναι στο επίκεντρο της προσοχής στο σέρβις οχηµάτων του µέλλοντος. Οι ειδικοί µιλούν για τη νέα «αλλαγή λαδιών» για το σέρβις των ηλεκτρονικών οχηµάτων όπως θα λέγαµε, όταν πρόκειται για τη συντήρηση του συστήµατος θερµικής διαχείρισης και την αλλαγή του συστήµατος ψύξης.

Επιπλέον, µπορεί να υποτεθεί για παράδειγµα, τα εξαρτήµατα του πλαισίου, όπως τα ρουλεµάν ή οι αποσβεστήρες, υπόκεινται σε µεγαλύτερη φθορά. Τα ηλεκτρικά οχήµατα είναι απλώς βαρύτερα και µερικές φορές έχουν ισχυρότερη απόδοση.

Προκειµένου να κατακτήσουν την «ηλεκτρική τεχνολογία», οι µηχανικοί στα συνεργεία πρέπει να υποβληθούν σε κατάλληλη µετεκπαίδευση. Διάφορα προσόντα είναι απαραίτητα προκειµένου να επιτρέπεται να εργάζονται εξ΄ ολοκλήρου σε οχήµατα υψηλής τάσης. Η HELLA προσφέρει ολοκληρωµένα µαθήµατα κατάρτισης για τον σκοπό αυτό.

Επιπλέον πρέπει να υπάρχει ο κατάλληλος εξοπλισµός στο συνεργείο, από το ανυψωτικό, το οποία φέρει το µεγαλύτερο βάρος- έως τον χώρο εργασίας που πρέπει να είναι εξοπλισµένος µε τις κατάλληλες προφυλάξεις ασφαλείας. Το αποτέλεσµα όλων αυτών είναι, ότι τα συνεργεία δεν θα στερηθούν εργασίας. Αντιθέτως, νέες και συναρπαστικές εργασίες «υψηλής τάσης» τους περιµένουν!

https://www.hella.com/hella-com/

Facebook

Twitter