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Was treibt EV voran?
Die Automobilindustrie befindet sich in einem tiefgreifenden Wandel. Die meisten Automobilhersteller sind der Meinung, dass die nächsten zehn Jahre einen größeren Wandel mit sich bringen werden als die beiden vorangegangenen Jahrzehnte. Alles, von Materialien und Benzin bis hin zu Preisen und Geschäftsmodellen, wird sich in den nächsten Jahren grundlegend ändern und die breite Einführung von Elektrofahrzeugen (EVs) vorantreiben. Die Einführung eines saubereren und effizienteren Verkehrsträgers hat ebenso viel mit der Politik der Regierungen und dem Streben nach größerer Effizienz zu tun wie mit bahnbrechenden Durchbrüchen bei den Automobiltechnologien.
Staatliche Subventionen und Politiken
Die frühe Einführung von leichten Elektrofahrzeugen wurde durch erhebliche Steuervorteile gefördert, die das Wachstum der Elektrofahrzeughersteller und der Batterieindustrie ankurbelten. Die Programme, die Kaufsubventionen und/oder Steuererleichterungen beim Kauf und bei der Zulassung von Fahrzeugen umfassten, sollten die Preislücke zwischen Elektrofahrzeugen und herkömmlichen Fahrzeugen schließen.
Subventionen für E-Fahrzeuge werden normalerweise als einmalige Maßnahme betrachtet. Dennoch bieten viele Länder derzeit Subventionen für E-Fahrzeuge an, wobei fast die Hälfte aller E-Fahrzeugkäufe auf Subventionen zurückzuführen ist. Die Subventionen können schrittweise abgebaut werden, wenn die Preise für E-Fahrzeuge deutlich sinken. Dieser Ausstieg könnte durch Abgaben auf herkömmliche Autos ergänzt werden, um die mit ihren Emissionen verbundenen negativen externen Effekte auszugleichen.
Umweltbelange
Da der Verkehr die Hauptursache für den Klimawandel und eine wichtige Quelle für andere Schadstoffe ist, die die menschliche Gesundheit schädigen, wird die Elektrifizierung unserer Autos als entscheidende Maßnahme gepriesen.
Die Einführung von Elektroautos wird immer wichtiger, um die Zielvorgaben für den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen zu erreichen. Das größte von der Europäischen Union gesetzte Ziel hatte einen erheblichen Einfluss auf den Verkauf von Elektroautos 18,0% der gesamten Neuzulassungen im Jahr 2021 ausmachen, gegenüber 10,5% im Jahr 2020die schnellste jährliche Wachstumsrate aller Zeiten. Als Lösung für die schädlichen Auswirkungen der Umweltverschmutzung durch Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor (ICE) haben einige Regierungen Verkaufsziele für Elektrofahrzeuge festgelegt, die erreicht werden müssen. Kaliforniens Politik für emissionsfreie Fahrzeuge (ZEV) wurde 1990 eingeführt und führte zu einem schnelleren Übergang zu Elektrofahrzeugen, die im Jahr 2021 10% der Neuwagenverkäufe ausmachten.
Der Verbrennungsmotor war im vergangenen Jahrhundert ein voller Erfolg, aber wir stehen bereits an der Schwelle zu etwas viel Besserem, etwas viel Einfacherem, das uns weiterhin die Mobilität bieten wird, an die wir uns gewöhnt haben, aber auf sauberere, leichtere und sinnvollere Weise - Elektrofahrzeuge.
Hauptbestandteile des heutigen EV
Das moderne Elektroauto ist mehr als nur ein Konzept, und die wichtigsten Komponenten lassen sich leicht als die folgenden identifizieren:
Batterie
Die Batterie dient als Stromquelle und ist der teuerste Teil des Elektroautos. Der in der Batterie gespeicherte Strom wird zum Antrieb des Elektromotors verwendet, der die Räder flüsterleise und emissionsfrei dreht. Aufgrund der hohen Kosten für den Austausch müssen die Batterien von Elektroautos so lange wie möglich halten, im Gegensatz zu tragbaren Geräten, die nach einigen Jahren versagen.
Die Batteriekapazität bestimmt, wie weit Ihr Auto fahren kann. Je größer die Kapazität, desto größer die Reichweite. Eine Vergrößerung der Reichweite des Fahrzeugs durch zusätzliche Batterien ist nicht die beste Lösung. Sie erhöhen das Gewicht und schränken den verfügbaren Platz unnötig ein. Infolgedessen leiden der Kraftstoffverbrauch und die Energieeffizienz. Die Verwendung kleinerer und energieeffizienterer Batterien ist die beste Methode zur Erhöhung der Reichweite.
Batterieladegerät/Onboard-Ladegerät
E-Fahrzeuge beziehen ihre Batterieladung aus dem Netz über Ladestationen, die sich entweder im Haus, an öffentlichen Plätzen oder auf privatem, gewerblichem Gelände befinden. Das eingebaute Ladegerät wandelt einphasigen Netzstrom in Gleichstrom um, der in der Batterie gespeichert wird, und steuert die Strommenge, die an die Batterie gesendet wird, um eine Überhitzung sowohl der Batterie als auch des Versorgungssystems/Ladegeräts zu verhindern.
Wechselrichter
Der Wechselrichter ist das Gerät, das Hochspannungs-Gleichstrom aus den Batterien eines Elektrofahrzeugs in Wechselstrom für den Motor umwandelt. Der Ausgang ist eine "Rechteckwelle" in ihrer einfachsten Form und eignet sich besser für Wechselstrommotoren, die Magnetfelder enthalten, die Zeit brauchen, um sich zu verstärken und zu verringern.
Die Hersteller von Fahrzeugwechselrichtern sind stets bestrebt, das Design und die Effizienz ihrer Produkte zu verbessern. In letzter Zeit hat die Integration eines Wechselrichters in einen Motor oder einen Umrichter bei den Herstellern große Aufmerksamkeit erregt. Ein Motor mit integriertem Wechselrichter oder ein einzelnes Leistungsmodul, das Wechselrichter- und DC-DC-Wandler-Funktionen kombiniert, bietet beispielsweise einen besseren Wirkungsgrad und reduziert gleichzeitig den Platzbedarf und das Gewicht des Fahrzeugs.
Elektromotor
EV-Motoren funktionieren, indem ein Paar von Magneten oder Elektromagneten an einer Welle (d.h. dem Rotor) und ein weiteres Paar an dem sie umgebenden Gehäuse (d.h. dem Stator) angebracht wird. Damit sich Motoren drehen können, ist Wechselstrom erforderlich, da die elektromagnetische Kraft sonst einfach die Nord- und Südpole aneinander koppeln würde. Der Elektromotor nutzt diese anziehenden und abstoßenden Kräfte, um die Welle zu drehen, Strom in ein Drehmoment umzuwandeln und schließlich die Räder zu drehen, indem er die Polarität eines Satzes von Elektromagneten periodisch umkehrt. Diese magnetischen/elektromagnetischen Kräfte sind auch in der Lage, Bewegung wieder in Strom umzuwandeln, wie beim regenerativen Bremsen.
Batterie-Management-System (BMS)
Der Begriff "Batteriemanagementsystem" bezieht sich auf ein elektrisches System, das eine wiederaufladbare Batterie regelt, um deren effektive und sichere Funktion zu gewährleisten (BMS). Es ist im Wesentlichen das Gehirn des Fahrzeugs und dient dazu, die Eigenschaften des Akkupacks und seiner Zellen zu überwachen. Es nutzt diese Informationen, um Sicherheitsprobleme zu verringern und die Batterieleistung zu verbessern. Jedes Fahrzeugmodell hat ein eigenes BMS.
Künftige Entwicklung von EV
Das Wachstum bei Elektro- und Hybridelektrofahrzeugen (HEVs) nimmt zu, und bis 2025 werden EVs und HEVs schätzungsweise einen Anteil von 30% der gesamten Fahrzeugverkäufe. Dies erfordert mit Sicherheit eine landesweite Ladeinfrastruktur und kontinuierliche Forschung und Entwicklung mit dem ausdrücklichen Ziel, die Auspuffemissionen von leichten Nutzfahrzeugen in den USA bis 2035 zu eliminieren und idealerweise bis 2040 Kohlenstoffneutralität bei globalen Produkten und Tätigkeiten zu erreichen.
Nach Angaben von ein McKinsey-Bericht aus dem Jahr 2021 Der jährliche Strombedarf für das Aufladen von E-Fahrzeugen würde von 11 Milliarden Kilowattstunden (kWh) auf 230 Milliarden kWh im Jahr 2030 steigen, wenn die Zahl der E-Fahrzeuge zunimmt. Die für 2030 prognostizierte Nachfrage entspricht etwa 5% des derzeitigen Gesamtstromverbrauchs allein in den Vereinigten Staaten. Um so viel Strom in einem einzigen Jahr zu liefern, wären etwa 30 Millionen Ladegeräte erforderlich. Die meisten dieser Ladestationen würden in Privathaushalten installiert, 1,2 Millionen wären öffentliche Ladestationen, die an Orten aufgestellt würden, an denen man unterwegs ist, und an Orten, an denen Fahrzeuge für längere Zeit geparkt werden. Die Kosten für Hardware, Design und Installation dieser Menge an öffentlicher Ladeinfrastruktur werden auf mehrere Millionen Dollar geschätzt. Wie die meisten anderen Technologien, die wir tagtäglich nutzen, sind sie in hohem Maße von einem Netzwerk abhängig, um ihre Nutzbarkeit zu erleichtern.
Fortschrittliche Batterietechnologien
Seit 2012 sind die Batteriepreise innerhalb von vier Jahren um 50% gefallen, was die Attraktivität von E-Fahrzeugen erhöht. Nicht nur der Preis, sondern auch technologische Durchbrüche machen E-Fahrzeuge seit kurzem noch attraktiver.
Eine Lithium-Ionen-Batterie hat einen flüssigen Elektrolyten, während eine Festkörperbatterie, wie der Name schon sagt, einen festen Elektrolyten hat. Die Vorteile von Festkörperbatterien sind, dass sie leichter sind, eine höhere Energiedichte aufweisen, eine größere Reichweite haben und sich dadurch schneller aufladen lassen.
GM und Honda haben erklärt, dass sie Technologie, Design und Fertigungsstrategien gemeinsam nutzen wollen, um erschwingliche und begehrte Elektroautos auf globaler Ebene anzubieten. GM ist bereits bestrebt, neue Technologien wie Lithium-Metall-, Silizium- und Festkörperbatterien sowie Fertigungsmethoden voranzutreiben, die für eine rasche Verbesserung und Aktualisierung der Fertigungsprozesse für Batteriezellen genutzt werden können, während Honda die Festkörperbatterie-Technologie weiterentwickelt, die es als entscheidende Komponente zukünftiger Elektrofahrzeuge betrachtet.
Verbesserter Wirkungsgrad von elektrischen Traktionsmotoren
Die Hersteller von Großserien haben den Einsatz von Permanentmagnetmotoren wegen der Abhängigkeit von schweren Seltenen Erden, von denen China zwischen 35-40% der weltweiten Reserven besitzt, abgelehnt.
Die bereits erwähnten Fortschritte bei der Entwicklung von Festkörperbatterien sind sicherlich ein Trend, der dafür sorgen wird, dass die Effizienz der in den nächsten Jahren auf den Markt kommenden E-Fahrzeuge viel besser sein wird als das, was heute zur Verfügung steht, aber es gibt auch Verbesserungen im gesamten Antriebsstrang.
Integrierte Leistungsmodule
Die in Wechselrichtern verwendeten Leistungshalbleitermodule sind für die elektrische Energieübertragung zwischen Quelle und Last verantwortlich. Der Wirkungsgrad solcher Systeme hat sich aufgrund der Fortschritte bei WBG-basierten Bauelementen wie SiC, MOSFETs und HEMTs verbessert. Dieser verbesserte Wirkungsgrad, der etwa dreimal so hoch ist wie der von Silizium, ist auf eine größere Bandlücke zurückzuführen, d. h. auf die Energie, die erforderlich ist, um ein Elektron für die Stromleitung zugänglich zu machen. Ein SiC-Bauelement kann beispielsweise einem elektrischen Feld widerstehen, das fast zehnmal so groß ist wie das von Silizium, bevor es ausfällt. Dadurch können SiC-Bauelemente bei wesentlich höheren Spannungen funktionieren als vergleichbare Siliziumstrukturen.
DC-Link-Kondensatoren
Der Begriff "Zwischenkreis" wird verwendet, um den Punkt zu beschreiben, an dem zwei Leistungsumwandlungsstufen zusammentreffen und ein Energiespeicher (d.h. der Kondensator) als Puffer für jede Stufe dient, um die Impulse zu glätten und die Spitze-Spitze-Welligkeit zu reduzieren. Es gibt verschiedene Arten von Kondensatoren, die in EV-Traktionsanwendungen verwendet werden können, und sie können in zwei Hauptgruppen unterteilt werden: elektrostatische und Elektrolytkondensatoren.
Obwohl Elektrolytkondensatoren die beliebteste Wahl für herkömmliche Motorantriebsanwendungen sind, eignen sie sich aufgrund ihrer kurzen Lebensdauer, ihrer begrenzten Stromleitfähigkeit und ihres Niederfrequenzbetriebs nicht für den Einsatz als Zwischenkreiskondensatoren in EV-Wechselrichtern.
Im Gegensatz dazu haben elektrostatische Kondensatoren einen unpolaren Aufbau, bei dem Kunststofffolien und Keramik als Dielektrikum verwendet werden. Kondensatoren mit einem Kunststofffoliendielektrikum (insbesondere Polypropylen) haben einen sehr niedrigen äquivalenten Serienwiderstand (ESR), da der Strom nicht durch einen Elektrolyten fließen muss. Elektrostatische Kondensatoren können mit sehr hohen Spannungen hergestellt und sowohl in Wechsel- als auch in Gleichstromkreisen verwendet werden.
Wir sind stets bestrebt, mit den Trends auf dem EV-Markt Schritt zu halten, und laden Sie ein, folgende Informationen zu lesen die Beschaffungsmöglichkeiten erhältlich bei TECHDesign. Lassen Sie sich von unserem Team von Spezialisten unterstützen um die ideale Lösung für Ihre Bedürfnisse zu finden.