درون رقابت برای رسیدن به 5.0 مایل بر کیلووات ساعت: رازهای خودروهای الکتریکی با برد طولانی
به مشخصات یک خودروی برقی نگاهی بیندازید، عددی بر حسب مایل بر کیلووات ساعت (mpkWh) برای راندمان انرژی خودرو وجود دارد که معمولاً به طور متوسط بین 3.0 تا 4.0 است.
بدون شک راندمان هم برای مهندسان، که از آن به عنوان معیاری برای موفقیت استفاده می‌کنند، و هم برای رانندگان، که برایشان کلید درک برد باتری است، مهم است.
رقابت بزرگ بعدی راندمان برای سازندگان خودروهای برقی، رسیدن به اولین کسی است که به 5.0mpkWh دست پیدا می‌کند. این عدد مهم است زیرا برای یک بسته باتری 50 کیلووات ساعتی معمولی، تفاوت بین 4.0mpkWh و 5.0mpkWh، 50 مایل برد بیشتر است. بنابراین، جایزه‌ای برای برنده شدن وجود دارد.
و طول نخواهد کشید تا اولین خودروهای 5.0mpkWh وارد جاده‌ها شوند. در واقع، در ماه جولای، شرکت لوسید مستقر در ایالات متحده ادعا کرد که اولین شرکتی است که با سدان ایر پیور خود به این عدد رسیده است، در حالی که یک نمونه اولیه از مرسدس CLA آینده، 5.2mpkWh را ثبت کرد.
ممکن است به نظر برسد یک پیشرفت افزایشی نسبتاً کوچک است، اما برای دستیابی به آن، تلاش زیادی لازم است، از تایرهای با کشش کم گرفته تا حتی استفاده از نوع متفاوتی از چراغ ترمز. در اینجا، نگاهی دقیق‌تر می‌اندازیم.
آیرودینامیک
کاهش درگ آیرودینامیکی در تلاش برای رسیدن به 5.0mpkWh در اولویت خواهد بود. بر اساس ارقام ارائه شده توسط دانشگاه وارویک، 47 درصد از انرژی باتری برای غلبه بر مقاومت باد با سرعت 70 مایل در ساعت صرف می شود.
در عمل، این به معنای تغییر بودجه‌های توسعه به سمت تونل‌های باد و شبیه‌سازی‌ها و کاهش سطح جلویی و اصلاح جزئیات برای کاهش Cd (ضریب درگ) توسط طراحان است.
به عنوان مثال، هیوندای، در Ioniq 6 اولویت را به کاهش درگ داده و به Cd 0.21 دست یافته است.
به گفته پروفسور دیوید گرینوود از دانشگاه وارویک، مرحله بعدی پرهزینه اما ارزشمند خواهد بود: “حتی یک کاهش کوچک در CdA [Cd و سطح جلویی] تأثیر قابل توجهی بر برد در سرعت بالا دارد، زیرا توان درگ متناسب با مکعب سرعت است.”
گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC)
سیستم HVAC فولکس واگن ID 7
HVAC درست در خط مقدم دستاوردهای راندمان انرژی قرار دارد و دومین تخلیه کننده بزرگ باتری است. گرینوود می‌گوید: “شما واقعاً باید به هر واتی که در یک خودروی برقی استفاده می‌شود، اهمیت بدهید، بنابراین تلفات انگلی باید به حداقل برسد.”
HVAC 19 درصد از خروجی باتری را در سرعت کروز به خود اختصاص می دهد، اما در گرمای شدید یا سرما می تواند به 30 درصد برسد. اولویت دادن به گرم کردن صندلی‌ها و فرمان که فقط چند صد وات انرژی مصرف می‌کنند، به جای تنظیم کامل شرایط کابین، به دستیابی به هدف 5.0mpkWh کمک خواهد کرد.
اما پیشرفت واقعی، نصب گسترده پمپ‌های حرارتی به جای واحدهای تهویه مطبوع سنتی خواهد بود. آنها برای کار کردن حدود 1 کیلووات مصرف می کنند که یک سوم سیستم تهویه مطبوع معمولی است و می توانند گرمای اتلافی قطعات مانند موتورها را برداشت کنند.
به عنوان مثال، تسلا و ولوو، پمپ‌های حرارتی را به عنوان استاندارد در برخی از مدل‌ها نصب می‌کنند، اما آنها قطعات گران‌قیمتی هستند. به عنوان مثال، پولستار برای یک بسته آب و هوا شامل پمپ حرارتی 900 پوند هزینه می‌گیرد. اما با افزایش تولید، هزینه کاهش می یابد.
وزن خودرو و بازیابی انرژی باتری
وزن به تلفات تایر و ترمز، به ویژه در هنگام رانندگی در شهر، کمک می کند، اما به طور کلی تأثیر کمتری بر مصرف انرژی در یک خودروی برقی نسبت به یک خودروی ICE دارد، زیرا انرژی در هنگام بازیابی انرژی ترمز برداشت می شود.
گرینوود می گوید طراحان انتظار دارند حدود 2 درصد کاهش انرژی برای هر 100 کیلوگرم صرفه جویی شده در رانندگی در بزرگراه داشته باشند، در حالی که در رانندگی در شهر که ترمز و بازسازی رایج تر است، سهم 100 کیلوگرم صرفه جویی بیشتر شبیه 5 درصد است.
تایرها و ترمزها
چرخ آلفارومئو جونیور
در سرعت بزرگراه، اصطکاک تایر و درگ بین دیسک های ترمز و لنت ها حدود 12 درصد از توان باتری را می کشند. اما در سرعت های شهری، تایرها و ترمزها جای آیرو را به عنوان بزرگترین تلفات می گیرند و به 50 درصد می رسند.
بنابراین، تایرهای با مقاومت غلتشی کم (مانند میشلن پایلوت اسپورت EV) ضروری هستند. به درگ ترمز با مدیریت فعال فاصله بین لنت و دیسک رسیدگی می شود.
چراغ ها و برف پاک کن ها
گرینوود می‌گوید: “ما در مورد کاهش مصرف برق چراغ‌های جلو، برف پاک‌کن‌های شیشه جلو، فن دمنده، نشانگرها و چراغ‌های ترمز صحبت می‌کنیم.”
به عنوان مثال، تعویض به یک لامپ LED در چراغ های ترمز می تواند 1 درصد در راندمان، به ویژه در ترافیک توقف و حرکت، صرفه جویی کند.
دستاوردهای حاشیه‌ای و چرخه آزمایش
جان هال، رئیس تحقیقات در ماهله پاورترین، تاکید می کند که دستیابی به 5.0mpkWh به مجموعه ای از دستاوردهای حاشیه ای بستگی دارد.
او می گوید: “همه چیز در مورد کاهش تلفات انگلی، از بین بردن بسیاری از بهبودهای راندمان و دستاوردهای حاشیه ای است.”
اما ماهله هشدار می دهد که راندمان در دنیای واقعی می تواند به طور قابل توجهی با ارقام موجود در تست WLTP متفاوت باشد. به عنوان مثال، سیستم های تهویه مطبوع در آزمایش خاموش می شوند.
باتری ها، اینورتر، الکترونیک قدرت و موتور
گیربکس پورشه تایکان توربو اس
بر خلاف تصور، پیشرفت در قطعات الکتریکی اصلی بهبود قابل توجهی در راندمان کلی ایجاد نخواهد کرد. این سیستم های الکتریکی از قبل بسیار کارآمد هستند (موتورها در اوج کارایی 95 درصد هستند) و در یک چرخه رانندگی حدود 80 درصد کارایی دارند.
گرینوود می‌گوید: “خودروسازان برای کسب 0.5 درصد در سیستم الکتریکی پول خرج می‌کنند، اما در کل سهم کوچکی است.”
هال فکر می کند در بلندمدت، شاید دهه ها بعد، باتری های حالت جامد به دلیل کارکرد در دمای پایین تر، کارایی را افزایش می دهند.
ماهله می گوید معرفی رانندگی خودران هوش مصنوعی باید کارایی را در نظر بگیرد، زیرا این سیستم های محاسباتی قدرتمند می توانند تا 5 کیلو وات مصرف کنند، تقریباً برابر با یک سیستم HVAC، که در واقع پیشرفت به سمت 5.0mpkWh را کند می کند.
گرینوود نتیجه می گیرد: “هیچ گلوله جادویی برای رسیدن به 5.0 وجود ندارد. ما به همه این موارد با هم نیاز خواهیم داشت.”
منبع:autocar
