من تبريد الزيت إلى التوصيل الفائق: نظرة على نزاع مسار التكنولوجيا في محركات السيارات الكهربائية

من تبريد الزيت إلى التوصيل الفائق: نظرة على نزاع مسار التكنولوجيا في محركات السيارات الكهربائية

1. محرك المغناطيس الدائم المحوري

 تعرف لماذا ：

على عكس محركات التدفق الشعاعي التقليدي (حيث يكون المجال المغناطيسي عموديًا على عمود الدوار) ، تتميز محركات التدفق المحوري في اتجاه حقل مغناطيسي متوازي محاذاة مع العمود. تستخدم هذه المحركات بنية على شكل قرص حيث يتم تكديس مكونات الجزء الثابت والدوار محوريًا. هذا التصميم يقلل بشكل كبير من طول الدائرة المغناطيسية ، ويقلل من فقدان التردد المغناطيسي ، ويمكّن معدلات تعبئة الارتفاع.

الميزة الأساسية ：

كثافة الطاقة: تصل إلى 5.8 كيلو واط/كغ (مقارنة بالمحركات التقليدية في حوالي 3.2 كيلو واط/كغ) ، مع انخفاض في الحجم بنسبة 30 ٪ ، مما يجعله مثاليًا لتطبيقات المركبات المدمجة. الكفاءة: يعزز الكفاءة بنسبة 3 ٪ -5 ٪ عبر مدى سرعة واسعة ، وخاصة مناسبة للسيناريوهات عالية التوقيت مثل السيارات على الطرق الوعرة أو السيارات عالية الأداء. تبديد الحرارة: تصميم التبريد المزدوج يقلل من ارتفاع درجة الحرارة بنسبة 15 ٪ ، مما يضمن إنتاج الطاقة العالية المستدامة.

حالة التطبيق ：

Ferrari SF90 Stradale: باستخدام محرك التدفق المحوري لـ Yasa ، تصل قوة ذروة النظام إلى 160 كيلو واط ، مما يساعد السيارة على تسريع من 0 إلى 100 كم/ساعة في 2.5 ثانية فقط.

رمي القفاز ：

تكلفة التصنيع: تتطلب عملية التصفيح الدقيقة عالية ، وتكون تكلفة الإنتاج الضخم أعلى بنسبة 20 ٪ ~ 30 ٪ من تلك الموجودة في المحركات التقليدية. نضج سلسلة التوريد: لا تحتوي سوى عدد قليل من الشركات (مثل Yasa ، Magnax) على طاقة إنتاج واسعة النطاق في العالم.

آفاق مستقبلية:

من المتوقع أنه بعد عام 2025 ، مع تحسين عملية الختم وانخفاض تكلفة المواد (مثل تطبيق فولاذ السيليكون غير الموجه) ، سيخترق محرك التدفق المحوري تدريجياً سوق سيارات الركاب البالغ 300000 يوان.

2. محرك المحرك الموزع المحرك

تعرف لماذا ：

تم دمج المحرك مباشرة في العجلة ، ويتم قيادة كل عجلة بشكل مستقل من خلال التحكم الإلكتروني ، مما يلغي الأجزاء الميكانيكية التقليدية مثل عمود الإرسال والتفاضلية.

الميزة الأساسية ：

كفاءة الفضاء: يتم إطلاق مساحة الهيكل ، ويتم زيادة مرونة تخطيط البطارية بنسبة 40 ٪. أداء المناولة: تصل دقة التحكم في ناقلات عزم الدوران إلى ± 0.5 درجة ، ودعم وظائف القيادة الخاصة مثل "توجيه الخزانات" و "وضع السلطعون". كفاءة استرداد الطاقة: أربع عجلات مستقلة تستعيد الطاقة الحركية ، وتحسين النطاق الإجمالي بنسبة 8 ٪ إلى 12 ٪.

حالة التطبيق ：

محرك ProteAndrive Hub: تم استخدامه عند وصول مركبة تجارية كهربائية في المملكة المتحدة ، مع قوة ذروة محرك واحدة تبلغ 75 كيلو واط وكتلة نظام إجمالية تبلغ 36 كجم فقط.

رمي القفاز ：

كتلة الربيع: قد تؤثر زيادة الكتلة غير الربيعية على استجابة التعليق ، ويجب أن تتم مطابقة نظام التعليق النشط (مثل التحكم المستمر في التخميد). الختم وتبديد الحرارة: يزيد تصميم حماية IP67 وتبريد الزيت من التكلفة ويصعب إنتاجه في الكتلة.

آفاق مستقبلية:

المركبات التجارية ومركبات الركاب المتطورة هي الأولى التي يتم تطبيقها ، وستعود استحقاق تكنولوجيا الهيكل الخاضع للرقابة إلى تعزيز شعبيتها بعد عام 2025.

3. نظام الدفع الكهربائي للجيل الثالث (SIC/GAN)

تعرف لماذا ：

تحتوي مواد كربيد السيليكون (SIC) ونيتريد غاليوم (GAN) على حقل كهربائي عالي الانهيار والتوصيل الحراري العالي ، والتي يمكن استخدامها لتصنيع الأجهزة العالية للترددات ودرجة الحرارة المرتفعة والخسارة المنخفضة.

الميزة الأساسية ：

تحسين الكفاءة: يقلل مائلات SIC MOSFET الخسائر بنسبة 70 ٪ مقارنة بـ IGBTs المستندة إلى السيليكون ، مما يحقق كفاءة نظام المحرك تتجاوز 97 ٪. توافق الجهد العالي: يدعم 800V منصة مع تعزيز كفاءة شحن بنسبة 30 ٪ (على سبيل المثال ، بنية Porsche Taycan 800V). تصميم خفيف الوزن: يقلل من حجم مكونات تبديد الحرارة ، مما يقلل من إجمالي كتلة نظام القيادة الكهربائية بنسبة 15 ٪.

حالة التطبيق ：

Tesla Model 3: باستخدام وحدة SCELECTRONICS SIC ، يتم زيادة النطاق بنسبة 6 ٪. BYD E-Platform 3.0: تم تجهيز جميع السلاسل مع التحكم الكهربائي SIC ، وتصل كفاءة حالة العمل الشاملة إلى 89.7 ٪.

تقدم التصنيع:

شكلت الصين سلسلة صناعة SIC كاملة (مثل San 'Electronics و Tianyue Advanced) ، وستنخفض تكلفة رقائق SIC المحلية 6 بوصة إلى 400 دولار / قطعة في عام 2024 ، مما يؤدي إلى الزيادة السريعة في معدل الاختراق.

4. مواد مغناطيس دائمة غير نار

تعرف لماذا ：

تقليل الاعتماد على العناصر الأرضية النادرة عن طريق تحسين المغناطيسية الفريت أو تطوير مغناطيس مركب جديد (على سبيل المثال ، NDFEB + Ferrite).

الميزة الأساسية ：

ميزة التكلفة: تكلفة مغناطيس الفريت ليست سوى 1/5 ~ 1/3 من NDFEB. أمن الموارد: تمثل الصين 37 ٪ من احتياطيات الأرض النادرة ، ولكنها تواجه مخاطر في سلسلة التوريد الدولية. يمكن أن تحسن تقنيات الأرض غير النادرة من مرونة السلسلة الصناعية. أداء درجة الحرارة العالية: بعض مواد الفريت لها معدل إزالة المغناطيسية أقل من 5 ٪ عند 150 ℃ ، مما يجعلها مناسبة للبيئات ذات درجة حرارة عالية.

حالة التطبيق ：

GAC Jielang Hybrid Power System: تم اعتماد محرك الفريت منخفض التكلفة ، ويتم زيادة منتج الطاقة المغناطيسية إلى 45 ميجا (بالقرب من مستوى NDFEB المنخفض). Hitachi Metals: تم تطوير مغناطيس NDFEB "لا توجد أرض نادرة" ، ويتم تحسين مقاومة درجة الحرارة العالية بنسبة 50 ٪.

رمي القفاز ：

عنق الزجاجة الأداء المغناطيسي: يبلغ الحد الأعلى للطاقة المغناطيسية الفريت حوالي 50 ميجا ، وهو ما يصعب تلبية الطلب على المركبات الراقية. تعقيد العملية: تحتاج المواد المغناطيسية المركبة إلى التحكم في توزيع الدائرة المغناطيسية بدقة ، ويجب تحسين معدل إنتاجية الإنتاج الضخم.

5. خوارزمية التحكم الذكية-التحكم في التحسين في الوقت الفعلي متعدد الأهداف

تعرف لماذا ：

استنادًا إلى النموذج التحكم التنبئي (MPC) وتكنولوجيا التوأم الرقمية ، يتم تعديل معلمات المحرك ديناميكيًا للتكيف مع ظروف عمل مختلفة.

الميزة الأساسية ：

تحسين استهلاك الطاقة: خلال رحلة بحرية عالية ، يتم استخدام التحكم المغناطيسي الضعيف لتقليل فقدان الحديد وتحسين كفاءة الطاقة بشكل عام بنسبة 5 ٪. الإدارة الحرارية: يتم التنبؤ بدرجة حرارة اللف في الوقت الفعلي ويتم ضبط استراتيجية التبريد لتمديد مدة ذروة الطاقة بنسبة 20 ٪.

قضية :
NIO ET7: مزود بنظام الإدارة الحرارية الذكية ، تزداد الطاقة المستمرة للمحرك بنسبة 25 ٪. Huawei Drive One: يعتمد خوارزمية تحسين الذكاء الاصطناعي ، ويصل معدل التغطية لمخطط خريطة كفاءة محرك الكهرباء إلى 92 ٪.

6. إدارة الصحة AI-AI

تعرف لماذا ：

يتم استخدام التعلم الآلي لتحليل الاهتزاز والإشارات الحالية لتحقيق التنبؤ بالأخطاء وتحسين الحياة.

الميزة الأساسية ：

تحذير الأعطال: يمكن لشبكة LSTM التنبؤ بالحمل بدقة تزيد عن 92 ٪ ، مما يقلل من وقت التوقف عن العمل غير المخطط له. تمديد الحياة: يمكن للتكيف الديناميكي لاستراتيجية PWM إطالة عمر IGBT بنسبة 30 ٪.

قضية :

ترقية Tesla OTA: في عام 2023 ، تم تحسين منطق التحكم في المحرك من خلال تحديثات البرامج ، مما يقلل من مخاطر الاستدعاء بنسبة 70 ٪. Siemens Sidrive IQ: تم ترحيل نظام إدارة صحة المحركات الصناعية إلى سيارات الطاقة الجديدة.

7. المبادئ التقنية وتصنيف تكنولوجيا الإدارة الحرارية الفعالة العالمية

تقنية تبريد الزيت المزدوج

زيادة التكلفة: تتطلب مضخات النفط عالية الدقة وتصميمات الختم ، مما يؤدي إلى زيادة بنسبة 8 ٪ -12 ٪ في تكاليف النظام. تعقيد الصيانة: تتطلب مخاطر انسداد دائرة الزيت الصيانة المنتظمة ، ودفع نفقات صيانة المستخدم. تعزيز الطاقة المستمر: بالمقارنة مع تقنية تبريد المياه التقليدية ، تزداد قوة الإخراج المستمر بنسبة 25 ٪ (على سبيل المثال ، تصل قوة الذروة المحركية لـ NIO ET7 المجهزة بهذه التكنولوجيا إلى 480 كيلو واط). التحكم في درجة الحرارة: انخفض ارتفاع درجة حرارة لف الجزء الثابت بمقدار 15-20 درجة ℃ ، مما يتيح استراتيجيات التحكم الأكثر عدوانية (مثل وضع الطرد المستمر). مبدأ العمل: يتم ترتيب قنوات زيت التبريد داخل لفات الجزء الثابت للمحرك ، بينما يتم تطبيق رش الزيت على عمود الدوار لتبديد الحرارة في وقت واحد وفعال لكل من الجزء الثابت والدوار.

تغيير طور مادة تبديد الحرارة في الطور

الحد من حياة الدورة: تواجه مادة تغيير الطور انخفاضًا بنسبة 10 ٪ -15 ٪ في سعة التخزين الحرارية بعد انتقالات الطور 5000. تحدي بدء درجات الحرارة المنخفضة: قد يؤدي تصلب المواد في البيئات الباردة إلى تأخير الاستجابة الحرارية. تخزين الصدمة الحرارية العابرة: يمتص 200 كيلو بايت/كجم من الحرارة أثناء التسارع السريع أو العمليات عالية التحميل ، مما يقلل من ارتفاع درجة الحرارة بنسبة 40 ٪. تصميم خفيف الوزن: يقلل الوزن بنسبة 30 ٪ مقارنة مع أحواض الحرارة التقليدية (على سبيل المثال ، يحقق محرك BMW IX 5.2 كجم من الوزن). مبدأ العمل: يتم تضمين مواد تغيير الطور مثل المركبات القائمة على البارافين والأطر المعدنية العضوية (MOFs) في فتحات المحرك أو فتحات الثابت ، وتمتص الحرارة من خلال الذوبان إلى تبديد الحراري العازلة.

احتمال التطبيق ：

على المدى القصير (قبل عام 2025): ستصبح تقنية تبريد الزيت على الوجهين منتشرة على نطاق واسع في المركبات عالية الأداء بسعر أعلى من 300000 يوان (على سبيل المثال ، Tesla Plaid و Nio ET9) ، مع معدل تغلغل متوقع 35 ٪. على المدى الطويل (2030): سوف يهيمن مزيج من مواد تغيير الطور وحلول التبريد السائل على السوق ، وخاصة معالجة مشكلات ارتفاع درجة الحرارة المترجمة في نماذج 800 فولت منصة عالية الجهد.

8. المبدأ الفني لنظام القيادة الكهربائية متعددة في واحد

يتم دمج المحرك ، المخفض ، العاكس ، محول DC/DC ، الشاحن على متن الطائرة (OBC) ، PDU (وحدة توزيع الطاقة) ، VCU (وحدة التحكم في المركبات) ، BMS (نظام إدارة البطارية) وغيرها من الوحدات النمطية لتشكيل مجموعة محرك كهربائي مدمجة.

الميزة الأساسية ：

حجم الحجم والوزن: يحقق نظام BYD 8 في 1 انخفاضًا بنسبة 40 ٪ في الحجم وانخفاض الوزن بنسبة 20 ٪ ، مع كثافة الطاقة تصل إلى 2.5 كيلو واط/كجم. تعزيز الكفاءة: يقلل طول تسخير تقليل فقدان الطاقة بنسبة 3 ٪ ، مما يحقق كفاءة إجمالية تتجاوز 91 ٪ (كما هو موضح في نظام Huawei DriveOne). التحكم في التكاليف: يقلل الإنتاج المعياري من تكاليف التصنيع بنسبة 15 ٪ مع خفض وقت التجميع بنسبة 50 ٪.

العيوب: صعوبة الصيانة: يجب تفكيك أجزاء الصدع المتكاملة للغاية لاستبدالها ، وزيادة تكلفة الصيانة بنسبة 30 ٪. تحدي إدارة الحرارة: في التصميم المدمج ، قد تزداد درجة حرارة النقطة الساخنة المحلية بمقدار 8-10 ℃ ، لذلك يجب تعزيز تصميم تبديد الحرارة.

احتمال التطبيق ：

سوق مركبات الركاب: سيتجاوز معدل تغلغل الأنظمة المتعددة في الفئة A وفوق النماذج 60 ٪ بحلول عام 2025 ، مدفوعًا بشكل رئيسي بواسطة BYD و Tesla و Geely. التكيف التجاري للمركبات: نظرًا لقيود المساحة أقل في حقل الشاحنة الثقيلة ، تكون سرعة الترويج أبطأ (من المتوقع أن يصل معدل الاختراق إلى 30 ٪ بحلول عام 2030).

9. المبدأ الفني لتكنولوجيا السيارات الفائقة

باستخدام خصائص المقاومة الصفرية للمواد الفائقة في درجات حرارة منخفضة ، يتم تصنيع ملفات الكثافة العالية التيار لتحسين كثافة الطاقة وكفاءتها بشكل كبير.

الميزة الأساسية ：

قفزة كثافة الطاقة: MGB يحقق ملف التوصيل الفائق كثافة عزم الدوران تبلغ 200 نانومتر/كجم عند 20 ألف (نطاق درجة حرارة النيتروجين السائل) ، متجاوزًا 30 نانومتر/كجم. اختراق الكفاءة: مع خسارة المقاومة صفرية ، تقترب الكفاءة النظرية بنسبة 99.5 ٪ ، في حين أن الهدف الهندسي العملي هو 98 ٪. تصميم خفيف الوزن: وزن ثلث المحركات التقليدية فقط لإخراج الطاقة المكافئ ، مما يجعلها مثالية للتطبيقات المتخصصة مثل السيارات الطيران.

قوة أو موقف أدنى ：

نظام التبريد معقد: يزيد جهاز تدوير النيتروجين السائل من مستوى الصوت (يمثل 40 ٪ من نظام المحرك) واستهلاك الطاقة (تمثل قوة التبريد 5 ٪ من طاقة الخرج). التكلفة مرتفعة: تكلفة مواد التوصيل الفائقة + نظام التبريد أكثر من 10 أضعاف تكلفة المحركات التقليدية ، ومن الصعب تسويقها.

احتمال التطبيق ：

الاختبار على المدى القصير: تخطط تويوتا لإطلاق نموذج أولي لشاحنة ثقيلة خلايا الوقود المزودة بمحرك توصيل فائق في عام 2025 ، وسيتم زيادة النطاق إلى 1000 كم. إمكانات طويلة الأجل: إذا كانت مواد توصيل فائقة الحرارة عالية (مثل أكسيد النحاس الباريوم) تتخطى منطقة درجة حرارة النيتروجين السائل (77 كيلو) ، فقد تدخل سوق سيارات الركاب المتطورة بعد عام 2035.

10. المبدأ الفني للمحرك المركب للعتاد المغناطيسي

يتم تحقيق ناقل حركة السرعة المتغيرة بدون اتصال ميكانيكي بمبدأ تعديل المجال المغناطيسي ، ويتم دمج المحرك والمغناطيسي.

الميزة الأساسية ：

تحسين كفاءة الإرسال: يلغي فقدان احتكاك العتاد ، وتحقيق كفاءة ميكانيكية بنسبة 98.5 ٪ (مقارنة بحوالي 95 ٪ في المخفضات التقليدية). التصميم الخالي من الصيانة: يزيل الإرسال بدون اتصال تغييرات زيوت التشحيم ، مما يقلل من تكاليف صيانة دورة الحياة بنسبة 70 ٪. تحسين NVH: يلغي ضوضاء ترس مما يقلل من مستوى ضغط الصوت الداخلي بمقدار 5 ديسيبل (أ).

قوة أو موقف أدنى ：

حد كثافة عزم الدوران: كثافة عزم الدوران للنموذج الأولي للمختبر الحالي هي فقط 50 نانومتر/كغ ، والتي تحتاج إلى زيادة إلى 80 نانومتر/كغ لتكون تنافسية. تعقيد التحكم: يجب تطوير خوارزمية جديدة للتحكم في اتجاه الميدان المغناطيسي ، وزيادة تكلفة تطوير البرمجيات بنسبة 200 ٪.

احتمال التطبيق ：

اختراق في سيناريوهات محددة: يمكن تطبيقه على السيارات الكهربائية الفاخرة (مثل نماذج التكرار رولز رويس شبح) قبل عام 2030 ، مع التركيز على الصمت والنعومة. مسار استبدال التكنولوجيا: إذا انخفضت تكلفة مواد المغناطيس الدائمة ، فقد تحل تقنية التروس المغناطيسية محل ناقل حركة سرعتين تدريجيًا.

11. المبدأ الفني لتصميم المحرك القابل لإعادة التدوير

من خلال الهيكل المعياري ، وسهولة التفكيك وعملية الاتصال والمواد الحيوية ، يمكن تحقيق الاسترداد الفعال وإعادة استخدام مكونات المحرك.

الميزة الأساسية ：

تعزيز استرداد الأرض النادر: يعزز تصميم المغناطيس المجزأة استعادة Neodymium Iron Boron (NDFEB) من 60 ٪ إلى 95 ٪ (استنادًا إلى بيانات اختبار محرك BMW IX). انخفاض بصمة الكربون: تحقق مواد العزل ذات المعالجة الحيوية مثل حمض بولييلاكتيك تخفيضًا بنسبة 40 ٪ لدائرة الحياة. الامتثال التنظيمي: يفي بمتطلبات توجيه البطارية الجديدة في الاتحاد الأوروبي لمعدلات إعادة تدوير المحركات ≥90 ٪ ، وتجنب الحواجز التجارية بفعالية.

قوة أو موقف أدنى ：

حل وسط الأداء: يقلل الهيكل القابل للفصل من صلابة الجزء الثابت بنسبة 10 ٪ ويزيد من خطر الاهتزاز عالي السرعة. زيادة التكلفة: يزيد التصميم المعياري من تكلفة التصنيع بنسبة 8 ٪ ~ 12 ٪ ، والتي يجب تخفيفها حسب تأثير المقياس.

احتمال التطبيق ：

السوق القائمة على السياسة: ستتخذ المناطق ذات اللوائح الصارمة مثل الاتحاد الأوروبي والصين زمام المبادرة في التعميم ، حيث من المتوقع أن تتجاوز نسبة المحركات المعاد تدويرها 25 ٪ بحلول عام 2027.

ملخص: مسار تسويق التكنولوجيا والتحديات

الجدول الزمني للمزايا الفنية والقيود الزمنية: الإدارة الحرارية عالية الكفاءة في مجال كامل مع استقرار إخراج الطاقة المعزز ، وتوسيع عمر المحرك. تعقيد النظام يزيد من تكاليف الصيانة. 2025: أنظمة القيادة الكهربائية المتعددة الناضجة (للسيارات المتميزة) تحقق تكاملًا كبيرًا لخفض التكاليف وتحسين الكفاءة. تستمر تحديات الصيانة على الرغم من تنفيذ الإدارة الحرارية المحددة (معدل الاختراق 2023 40 ٪). توصيل الموصلات الفائقة تُظهر الكفاءة الشديدة وكثافة الطاقة. تظل أنظمة التبريد مرهقة ومكلفة بشكل محظور. 2030+ (السيارات التجارية تقود الشحن): توفر المحركات المركبة للعتاد المغناطيسي عملية صامتة خالية من الصيانة مع اختراقات الكفاءة ، على الرغم من أن كثافة عزم الدوران لا تزال غير كافية وتبقى أنظمة التحكم معقدة. 2035 (سوق السيارات الفاخرة): تصميمات المحركات القابلة لإعادة التدوير تلبي معايير الامتثال البيئي مع استخدام الموارد المستدامة. تحدث تنازلات الأداء بسبب التكاليف الأولية المرتفعة. 2026 (المناطق التي تفرضها التنظيمية)