ئېلېكترونلۇق ماشىنىنىڭ باتارېيە ئېغىرلىقىنى ئەلالاشتۇرۇش: فىزىكا، قۇرۇلما پۈتۈنلۈكى ۋە كەلگۈسىدىكى ھەل قىلىش چارىلىرىنى بىر تەرەپ قىلىش

ئېنېرگىيەنىڭ ئېغىر يۈكى: ئېلېكتر ماشىنىلىرىنىڭ باتارېيە ئېغىرلىقىنى ئەلالاشتۇرۇش، ماشىنىنى بىر تەرەپ قىلىش فىزىكىسى، قۇرۇلمىنىڭ پۈتۈنلۈك تەلىپى ۋە دۇنياۋى ئىمكانىيەتلىك تەرەققىيات ئۈچۈن ئېنېرگىيەگە زىچ تىرانسپورت چارىلىرىنىڭ كەلگۈسى توغرىسىدىكى ئومۇميۈزلۈك تېخنىكىلىق تەكشۈرۈش.

كىرىش سۆز: ئېلېكتر دەۋرىدىكى ماسسا پارادوكسى

ئىچكى يانىش ماتورىدىن (ICE) ئېلېكترلىك ماشىنىلارغا (EV) ئۆتۈش، ماشىنا قۇرۇلۇشىدىكى يىغىن لىنىيىسى قوللىنىلغاندىن بۇيانقى ئەڭ مۇھىم ئۆزگىرىشنى ئىپادىلەيدۇ. قانداقلا بولمىسۇن، بۇ ئۆزگىرىش ھازىر ئېغىر بىر رېئاللىق بىلەن مۇناسىۋەتلىك: لىتىي ئىئون باتارېيەسىنىڭ ئېنېرگىيە زىچلىقى. بېنزىننىڭ ئېنېرگىيە زىچلىقى تەخمىنەن 12،000 Wh/kg بولسىمۇ، ھازىرقى ئەڭ ئىلغار باتارېيە بۆلەكلىرىنىڭ باتارېيە سەۋىيەسىدە 250-300 Wh/kg دىن ئېشىپ كېتىشتە قىينىلىۋاتىدۇ، قۇرۇلما، سوۋۇتۇش ۋە بىخەتەرلىك جەھەتتىكى چىقىملار سەۋەبىدىن بۆلەك سەۋىيەسىدە كۆرۈنەرلىك دەرىجىدە تۆۋەن.

بۇ پەرق ICE ماشىنىلىرىغا ئوخشاش ئارىلىققا يېتىش ئۈچۈن زور مىقداردىكى باتارېيەلەرنى ئىشلىتىشنى تەلەپ قىلىدۇ، بۇ باتارېيەلەرنىڭ ئېغىرلىقى كۆپىنچە 500 كىلوگرامدىن 900 كىلوگرامغىچە بولىدۇ. بۇ «ئېغىر يۈك» ماشىنا دىنامىكىسىنىڭ ھەر بىر جەھەتلىرىدە، تورمۇزلاش ئۈچۈن تەلەپ قىلىنىدىغان ئىششىقلىنىش كوئېففىتسېنتىدىن تارتىپ، ماشىنا رامكىسىنىڭ ئېلاستىكىلىق دېفورماتسىيە چېكىگىچە بولغان ھەر بىر جەھەتتە دولقۇنلىنىش ئۈنۈمىنى قوزغىتىدۇ. بۇ ماقالىدە ئېلېكترونلۇق ماشىنىلارنىڭ باتارېيە ئېغىرلىقىنىڭ كەلتۈرۈپ چىقىرىدىغان مۇرەككەپ فىزىكا، خىمىيىلىك چەكلىمىلەر ۋە قۇرۇلۇش جەھەتتىكى قىيىنچىلىقلار تەكشۈرۈلىدۇ.

1. ئېلېكترونلۇق ماشىنىلارنىڭ ماسسا ۋە ھەرىكەت فىزىكىسى

1.1 كىنېتىك ئېنېرگىيە ۋە تورمۇزلاش دىنامىكىسى

كىنېتىك ئېنېرگىيەنىڭ ئاساسىي تەڭلىمىسى $E_k = \frac{1}{2}mv^2$ بولۇپ، نېمە ئۈچۈن ئېغىرلىق ئۈنۈمنىڭ دۈشمىنى ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. 2500 كىلوگراملىق (يۇقىرى دەرىجىلىك ئېلېكترلىك SUV ماشىنىلىرىنىڭ ئورتاق ئېغىرلىقى) ئېلېكترلىك ماشىنىنىڭ ئوخشاش سۈرئەتتە ھەرىكەتلىنىشى 1500 كىلوگراملىق ICE ماشىنىغا قارىغاندا %66 يۇقىرى كىنېتىك ئېنېرگىيەگە ئىگە.

بۇ ماسسىنى ئاستىلىتىش ئۈچۈن، تورمۇز سىستېمىسى بۇ ئېنېرگىيەنى ئىسسىقلىققا ياكى ئېلېكتر ماشىنىلىرىغا نىسبەتەن، قايتا ھاسىل بولىدىغان تورمۇزلاش ئارقىلىق ئېلېكتر ئېنېرگىيەسىگە ئايلاندۇرۇشى كېرەك. ئارىلاش تورمۇز سىستېمىسىنىڭ ئالگورىزىملىق مەنتىقى تۆۋەندىكىلەرنى بىر تەرەپ قىلىشى كېرەك:

• ماشىنا يولىنىڭ چاپلىشىش چەكلىمىسى:ئەڭ چوڭ ئاستىلاش $a_{max}$ $\mu g$ بىلەن چەكلىنىدۇ، بۇ يەردە $\mu$ ئىشقىلىنىش كوئېففىتسېنتى. ئېغىرراق ماشىنىلار نورمال كۈچنى $N$ ئاشۇرىدۇ، بۇ تېخنىكىلىق جەھەتتىن ئىشقىلىنىش كۈچىنى $F_f = \mu N$ ئاشۇرىدۇ، ئەمما بالوننىڭ يۈككە سەزگۈرلۈكى (يۈك سەزگۈرلۈكى) دېگەنلىك، تىك يۈك ئاشقاندا ئىشقىلىنىش كوئېففىتسېنتى ئەمەلىيەتتە تۆۋەنلەيدۇ.
• ئىسسىقلىق تارقىتىش:ئېغىر ئېلېكتر ماشىنىلىرىدىكى ئەنئەنىۋى سۈركىلىش تورمۇزىنىڭ ئۆلچىمى چوڭ بولۇشى كېرەك، چۈنكى قايتا ھاسىل قىلىش يېتەرلىك بولمىغان جىددىي ھەرىكەتلەر جەريانىدا تورمۇزنىڭ ئاجىزلىشىشىنىڭ ئالدىنى ئالىدۇ.

1.2 قۇتۇپ ئىنېرتسىيە مومېنتى ۋە ياۋ سۈرئىتى

باتارېيە گۇرۇپپىسىنىڭ ئوقلار ئارىسىغا «سكېيتبورد» شەكلىدە قويۇلۇشى ماشىنىنىڭ قۇتۇپ ئىنېرتسىيە مومېنتىنى زور دەرىجىدە ئۆزگەرتىدۇ. ئېلېكترونلۇق ماشىنىلارنىڭ ئېغىرلىقىنى تۆۋەن ۋە چاقلار ئارىسىغا مەركەزلەشتۈرۈش ئارقىلىق، ئېغىرلىق مەركىزى (CoG) تۆۋەن بولىدۇ، بۇ دومىلاش مۇقىملىقىنى ياخشىلايدۇ. قانداقلا بولمىسۇن، ئومۇمىي ئېغىرلىقىنىڭ يۇقىرى بولۇشى ئىنېرتسىيە مومېنتىنى $I = \sum m_i r_i^2$ ئاشۇرىدۇ.

يۇقىرى ئىنېرتسىيە مومېنتى بۇرۇلۇشنىڭ ئۆزگىرىشىگە قارشى تۇرىدۇ. رولنىڭ ئىنكاسىنى لايىھىلەش ئېغىر ماشىنا رامكىسىنىڭ «ھورۇن» تۇيغۇسىنى يېڭىش ئۈچۈن مۇرەككەپ بۇراش مومېنتى ۋېكتورى ئالگورىزىملىرىنى تەلەپ قىلىدۇ. بۇ تۆۋەندىكىلەرنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ:

• ئاكتىپ مومېنت تەقسىماتى:قوش ياكى ئۈچ نومۇرلۇق ماتور ئورنىتىش ئارقىلىق سول ۋە ئوڭ چاقلار ئارىسىدا بۇراش مومېنتىنى ئۆزگەرتىش ئارقىلىق بۇراش مومېنتىنى ھاسىل قىلىش.
• سۈمۈرۈش نىسبىتى:ئاسما سىستېمىلىرى چوڭ چاقنىڭ تەۋرىنىشىنى كونترول قىلىش ئۈچۈن يۇقىرىراق سۈمۈرۈش تۇراقلىقىنى ئىشلىتىشى كېرەك.

2. ئېنېرگىيە زىچلىقىنىڭ خىمىيىلىك پرىنسىپلىرى

ئېغىرلىق مەسىلىسى ئاساسەن خىمىيىلىك مەسىلە. باتارېيەنىڭ ئۆزگىچە ئېنېرگىيەسى ئېلېكتروخىمىيىلىك پوتېنسىئال ۋە ئاكتىپ ماددىلارنىڭ مولېكۇلا ئېغىرلىقى بىلەن بەلگىلىنىدۇ.

2.1 لىتىي ئىئونلۇق بوتۇلكا ئېغىزى

ئۆلچەملىك NCM (نىكېل كوبالت مانگان) كاتەكچىسىدە، ئېغىرلىقى تۆۋەندىكىلەرگە تەقسىملىنىدۇ:

• ئانود:ئادەتتە گرافىت.
• كاتود:ئەڭ ئېغىر تەركىب بولۇپ، ئۆتكۈنچى مېتاللارنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ.
• ئېلېكترولىت ۋە ئايرىغۇچ:ئىئون توشۇش ئۈچۈن مۇھىم.
• ھازىرقى توپلىغۇچىلار:مىس ۋە ئاليۇمىن يوپۇرماقلىرى.

لىتىي-ئۆز-ئارا تەسىر كۆرسىتىش خىمىيەسىنىڭ نەزەرىيەۋى چېكىگە يېقىنلىشىۋاتىدۇ. ئېغىرلىقنى ئازايتىش ئۈچۈن، ئىنژېنېرلار تۆۋەندىكىلەرنى كۆزدە تۇتماقتا:

• كرېمنىي ئانودلىرى:كرېمنىينىڭ نەزەرىيە جەھەتتىن سىغىمى تەخمىنەن 4200 mAh/g، گرافىتنىڭ سىغىمى بولسا 372 mAh/g. قانداقلا بولمىسۇن، كرېمنىي لىتلىنىش جەريانىدا تەخمىنەن 300% كېڭىيىپ، مېخانىكىلىق مەغلۇبىيەتكە ئېلىپ كېلىدۇ.
• قاتتىق ھالەتتىكى ئېلېكترولىتلار:سۇيۇق ئېلېكترولىت ۋە چوڭ ئايرىغۇچلارنى چىقىرىۋېتىش بىخەتەرلىكنى ياخشىلاش بىلەن بىرگە ھەجىم ۋە ئېغىرلىقنى ئازايتالايدۇ.

2.2 گراۋىمېتىرلىق ۋە ھەجىملىك ​​ئۈنۈمدارلىق

ھۈجەيرىلەرنى مودۇل ۋە ئورالمىلارغا ئوراپ قاچىلاش «پارازىت ماسسىسى» نى قوشىدۇ. سوۋۇتۇش تاختىلىرى، ئىسسىقلىق ئۇلىنىش ماتېرىياللىرى (TIMs) ۋە يۇقىرى توك بېسىملىق سىملار ئورالما دەرىجىسىدىكى ئېنېرگىيە زىچلىقىنىڭ ھۈجەيرە دەرىجىسىدىكى زىچلىقتىن %30-40 تۆۋەن بولۇشىغا تۆھپە قوشىدۇ.

3. قۇرۇلمىنىڭ پۈتۈنلۈكى ۋە چۈشۈپ كېتىشكە چىدامچانلىقى

700 كىلوگراملىق باتارېيە پەقەت يېقىلغۇ باكىلا ئەمەس، بەلكى قۇرۇلما ئەزاسى. «ھۈجەيرىدىن ئورالمىغا» (CTP) ۋە «ھۈجەيرىدىن چاساغا» (CTC) تېخنىكىلىرى باتارېيە قېپىنى ئاساسلىق يۈك كۆتۈرۈش قۇرۇلمىسى سۈپىتىدە ئىشلىتىشنى مەقسەت قىلىدۇ.

3.1 بۇرۇلۇش قاتتىقلىقى

باتارېيەنى ماشىنا رامكىسىغا بىرلەشتۈرۈش ماشىنىنىڭ بۇرۇلۇش قاتتىقلىقىنى زور دەرىجىدە ئاشۇرىدۇ. قاتتىقراق ​​ماشىنا رامكىسى ئاسما سىستېمىسىنى تېخىمۇ ئېنىق تەڭشەشكە يول قويىدۇ. قانداقلا بولمىسۇن، قاتتىقلىق سوقۇلۇش جەريانىدا ئېنېرگىيە سۈمۈرۈش ئېھتىياجى بىلەن تەڭپۇڭلاشتۇرۇلۇشى كېرەك.

3.2 يان تەرەپتىن سوقۇلۇشتىن قوغداش

يان تەرەپتىن سوقۇلۇش ئەھۋالىدا، ئىسسىقلىقنىڭ ئېقىپ كېتىشىنىڭ ئالدىنى ئېلىش ئۈچۈن باتارېيە گۇرۇپپىسىنىڭ ئىچىگە كىرىپ كېتىشتىن ساقلىنىشى كېرەك. بۇنىڭ ئۈچۈن يان تەرەپتىكى يان تەرەپلەرگە ئۇلترا يۇقىرى كۈچلۈك پولات (UHSS) ياكى ئاليۇمىن قوشۇمچە ماتېرىياللار ئورنىتىلىشى كېرەك، بۇ بولسا تېخىمۇ ئېغىرلىقنى ئاشۇرىدۇ - بۇ كلاسسىك قۇرۇلۇش قائىدىسى.

4. ئىقتىسادىي مۆلچەرلەر: ئېغىرلىقنىڭ باھاسى

ئېغىرلىقى مۈلۈكنىڭ ئومۇمىي ئىگىدارلىق تەننەرخىگە (TCO) بىۋاسىتە تەسىر كۆرسىتىدۇ:

• چاقنىڭ يېيىلىشى:ئېغىرراق ماشىنىلار بالوننىڭ ئۇپراش نىسبىتىنى %20-30 تېز ئاشۇرۇۋېتىدۇ، بۇنىڭ بىلەن ئاسراش تەننەرخى ئېشىپ كېتىدۇ.
• ئۇل ئەسلىھە تەسىرى:ئاپتوموبىل ئېغىرلىقىنىڭ ئېشىشى يول يۈزى ۋە ماشىنا توختىتىش قۇرۇلمىلىرىنىڭ تېز سۈرئەتتە بۇزۇلۇشىغا ئېلىپ كېلىدۇ.
• ئېنېرگىيە سەرپىياتى:ھەر 100 كىلوگرام ئېغىرلىقنىڭ ئېشىشى ئارىلىقنى تەخمىنەن %1-2 قىسقارتىدۇ، بۇنىڭ ئۈچۈن چوڭراق باتارېيە ۋە ئېغىرلىقنىڭ ئېشىشىغا ئەگىشىپ ئىنكاس ئايلىنىشىنى ھاسىل قىلىش تەلەپ قىلىنىدۇ.

5. ئاممىۋى باشقۇرۇش ئۈچۈن ئالگورىتىملىق لوگىكا

ئىلغار ماشىنا كونترول ئۈسكۈنىلىرى (VCU) ھەقىقىي ۋاقىتلىق ماسسا مۆلچەرلەش ئالگورىزىملىرىنى ئىشلىتىدۇ. مومېنت كىرگۈزۈش ۋە ئۇنىڭدىن كېلىپ چىققان تېزلىنىشنى ($a = F/m$) نازارەت قىلىش ئارقىلىق، VCU نۆۋەتتىكى يۈكنى (يولۇچىلار + يۈك) مۆلچەرلىيەلەيدۇ ۋە تۆۋەندىكىلەرنى تەڭشىيەلەيدۇ:

• ئېلېكترونلۇق مۇقىملىقنى كونترول قىلىش (ESC) چەكلىرى.
• ھاۋا ئاسما بېسىمى.
• قايتا ھاسىل بولىدىغان تورمۇز كۈچى.

(ئەسكەرتىش: بۇ دەسلەپكى 1200 سۆز. كېيىنكى بۆلەكتە داۋامى بار…)

6. ئىلغار قۇرۇلما ئىنژېنېرلىقى: ھۈجەيرىدىن شاسسىغا (CTC) ئىنقىلابى

ئاپتوموبىل ئىشلەپچىقارغۇچىلىرى باتارېيەنىڭ زور مىقداردىكى زىيىنىنى ئازايتىشقا تىرىشىۋاتقانلىقتىن، بۇ كەسىپ مودۇللۇق لايىھەلەردىن بىر گەۋدىلەشكەن قۇرۇلمىلىق ھەل قىلىش چارىلىرىگە يۈزلىنىۋاتىدۇ. ئەنئەنىۋى ئېلېكترونلۇق ئاپتوموبىل لايىھەلىرىدە، باتارېيە توپى مودۇللارغا ئورنىتىلغان باتارېيەلەردىن تەركىب تاپقان بولۇپ، ئاندىن بۇ باتارېيەلەر كۈچەيتىلگەن باتارېيە تەخسىسىگە ئورنىتىلغان. بۇ «رۇس قورچىقى» ئۇسۇلى قاپلاش ماتېرىياللىرىدا زور مىقداردا ئارتۇقچىلىق پەيدا قىلىپ، ھەر بىر گرامنىڭ قوشۇلۇپ، ئاخىرىدا كىلوگرامغا تەڭلىشىپ قالغان.

6.1 CTC نىڭ مېخانىكىلىق سىنېرگىيىسى

ھۈجەيرىدىن ماشىنا رامكىسىغا (CTC) ئۇسۇلى مودۇل ۋە ئۈستى قاپقىقىنى چىقىرىۋېتىپ، باتارېيە ھۈجەيرىلىرىنى بىۋاسىتە ئاپتوموبىلنىڭ يەر قۇرۇلمىسىغا بىرلەشتۈرىدۇ. قۇرۇلما مېخانىكىسى نۇقتىسىدىن قارىغاندا، بۇ باتارېيەنى ئىنتايىن يۇقىرى ئېگىلىشچانلىقتىكى «ساندۋىچ تاختىسى» غا ئايلاندۇرىدۇ.

CTC قاتتىقلىقىنىڭ ماتېماتىكىلىق مودېلى:ساندۋىچ قۇرۇلمىسىنىڭ ئېگىلىش قاتتىقلىقى $D$ تۆۋەندىكىدەك بېرىلىدۇ: $D = E_f \frac{bt_f d^2}{2} + E_c \frac{bt_c^3}{12}$ بۇ يەردە:

• $E_f$ يۈز قەغىزىنىڭ (شاسسى پول ۋە ئاستىنقى تاختا) يوڭ مودۇلى.
• $t_f$ يۈز قەغىزىنىڭ قېلىنلىقىنى كۆرسىتىدۇ.
• $d$ يۈز قەغەزلىرىنىڭ مەركىزى ئارىسىدىكى ئارىلىقنى كۆرسىتىدۇ.
• $E_c$ ۋە $t_c$ يادرونى (باتارېيە باتارېيەسى ۋە قاچىلاش بىرىكمىسى) كۆرسىتىدۇ.

سىلىندىر شەكىللىك ياكى پىرىزما شەكىللىك باتارېيەلەرنىڭ يۇقىرى سىقىلىش كۈچىنى ئىشلىتىش ئارقىلىق، ئىنژېنېرلار ئادەتتىكى ICE رامكىسىغا قارىغاندا %20-40 قاتتىقراق ​​بولغان شاسسىنى ياسىيالايدۇ، شۇنىڭ بىلەن بىر ۋاقىتتا ئومۇمىي ئېغىرلىقىنى %10-15 ئازايتالايدۇ. قانداقلا بولمىسۇن، بۇ بىرلەشتۈرۈش باتارېيەلەر ئاساسەن ماشىنىغا «ئورنىتىلغان» بولغاچقا، مۇلازىمەت قىلىش ۋە قايتا ئىشلەش جەھەتتە زور قىيىنچىلىقلارنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ.

6.2 قۇرۇلمىلىق باتارېيەلەردىكى ئىسسىقلىق باشقۇرۇش مەسىلىلىرى

زىچ، قۇرۇلمىلىق ئورالما سوۋۇتۇش يوللىرى ئۈچۈن ئازراق بوشلۇق قالدۇرىدۇ. تېمپېراتۇرا تەقسىملىنىشىنىڭ بىردەكلىكىگە كاپالەتلىك قىلىش ئۈچۈن ئىلغار CFD (ھېسابلاش سۇيۇقلۇقى دىنامىكىسى) سىمۇلياتسىيەسى تەلەپ قىلىنىدۇ. ئورالمىنىڭ ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈش تەڭلىمىسى: $\rho C_p \frac{\partial T}{\partial t} = \nabla \cdot (k \nabla T) + \dot{q}_{gen}$ بۇ يەردە $\dot{q}_{gen}$ جوئۇل قىزىتىش ۋە ئېلېكتروخىمىيىلىك رېئاكسىيەلەردىن كېلىپ چىققان ئىچكى ئىسسىقلىقنىڭ ھاسىل بولۇشىنى كۆرسىتىدۇ. CTC لايىھىسىدە، رامكىنىڭ ئۆزى كۆپىنچە ئىككىنچى دەرىجىلىك ئىسسىقلىق ساقلاش ئۈسكۈنىسى رولىنى ئوينايدۇ، بۇ يولۇچىلار كابىنكىسىنى قوغداش ئۈچۈن مۇرەككەپ ئىسسىقلىق ئايرىش سىستېمىسىنى تەلەپ قىلىدۇ، شۇنىڭ بىلەن بىر ۋاقىتتا كابېل تېمپېراتۇرىسىنى 20 سېلسىيە گرادۇستىن 40 سېلسىيە گرادۇسقىچە بولغان ئەڭ ياخشى دېرىزىدە ساقلايدۇ.

7. فىزىكىنى بىر تەرەپ قىلىش: تۆۋەن تارتىش كۈچى مەركىزىنىڭ ئومۇمىي ماسسىغا تەسىرى

«سىيكىت تاختىسى» باتارېيەسىنىڭ ئورۇنلاشتۇرۇلۇشى تۆۋەنرەك ئېغىرلىق مەركىزى (CoG) بىلەن تەمىنلەپ، بۇرۇلۇش جەريانىدا ماشىنا گەۋدىسىنىڭ دومىلىشىنى ئازايتىدۇ، ئەمما يۇقىرى ئومۇمىي ماسسىسى ICE ماشىنىلىرىدا ئاز ئۇچرايدىغان ئىككىنچى دەرىجىلىك دىنامىك مەسىلىلەرنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ.

7.1 ۋاقىتلىق ئىنكاس ۋە ھەددىدىن زىيادە زەربە بېرىش

ماشىنا بۇرۇلۇشقا باشلىغاندا، ئاسما سىستېمىسى ئېغىرلىقنىڭ يان تەرەپكە يۆتكىلىشىنى باشقۇرۇشى كېرەك. ئېغىر ئېلېكترونلۇق ماشىنىدا، بۇ يان تەرەپكە يۆتكىلىشكە قاتناشقان كىنېتىك ئېنېرگىيە مۇھىم. ئەگەر سۈمۈرۈش مۇكەممەل تەڭشەلمىسە، ماشىنا «ھەددىدىن زىيادە ئېشىپ كېتىش» ئەھۋالىغا دۇچ كېلىشى مۇمكىن، بۇ ئەھۋال دەسلەپكى رولنى تەڭشەش تاماملانغاندىن كېيىنمۇ ماشىنا گەۋدىسىنىڭ داۋاملىق دومىلاپ ياكى تەۋرىنىپ تۇرۇشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ.

ئالگورىزىملىق تولۇقلىما (ئاكتىپ سۇسپېنزىيە):زامانىۋى ئېلېكتر ماشىنىلىرى ئاكتىپ سۈمۈرۈش كونترول سىستېمىسى (CDC – ئۈزلۈكسىز سۈمۈرۈش كونترول سىستېمىسى) نى ئىشلىتىدۇ، بۇ سىستېما سوقۇلۇش سۈمۈرۈش كلاپانلىرىنى مىللىسېكۇند ئىچىدە تەڭشەيدۇ. بۇ مەنتىقە «ئاسمان ئىلمىكى» سۈمۈرۈش نەزەرىيەسىگە ئاساسلانغان بولۇپ، ماشىنا گەۋدىسىنى ئاسماندىكى خىيالىي ئىلمەككە ئېسىلىپ تۇرغاندەك تەكشى ھالەتتە ساقلاشنى مەقسەت قىلىدۇ. $F_d = -c \cdot v_{body}$ كونترول قانۇنى چوڭ باتارېيە قاچىلانغان ماشىنا رامكىسىنىڭ كۆتۈرۈلۈش، ئۆرلەش ۋە دومىلاش سۈرئىتىنى بايقىيالايدىغان تېزلىنىش ئۆلچەش ئەسۋابلىرىغا ئاساسەن تەڭشىلىنىدۇ.

7.2 چاق يۈكىگە سەزگۈرلۈك ۋە يان تەرەپ كۈچى

ئىلگىرى دېيىلگەندەك، بالونلار سىزىقسىز ئۈسكۈنىلەر. بالوننىڭ پەيدا قىلالايدىغان يان تەرەپ كۈچى $F_y$ تىك يۈك $F_z$ بىلەن قەتئىي ماس كەلمەيدۇ. بۇ ھادىسە، يۈك سەزگۈرلۈكى دەپ ئاتىلىدۇ، بۇ EV ئېغىرلاشقاندا، ئۇنىڭ بۇرۇلۇش كۈچى (بىرلىك ئېغىرلىققا تەڭ كېلىدىغان يان تەرەپ كۈچى) تۆۋەنلەيدىغانلىقىدىن دېرەك بېرىدۇ. $F_y = \mu(F_z) \cdot F_z$ بۇ يەردە $\frac{\partial \mu}{\partial F_z} < 0$. بۇ EV ئىشلەپچىقارغۇچىلارنى يان تاملىرى قاتتىقراق ​​كەڭ بالونلارنى ئىشلىتىشكە مەجبۇرلايدۇ، بۇ ئۆز نۆۋىتىدە دومىلاشقا قارشى تۇرۇش كۈچىنى ئاشۇرۇپ، ئۈنۈمنى تۆۋەنلىتىدۇ - بۇ يەنە بىر قۇرۇلۇش جەھەتتىكى ئالماشتۇرۇش.

8. بىخەتەرلىك ۋە سوقۇلۇش سىمۇلياتسىيەسى مەنتىقى

ئېلېكترونلۇق ماشىنىنىڭ قۇرۇلما پۈتۈنلۈكى ئەڭ قاتتىق سىناققا ئۇچرايدۇ، چۈنكى ئۇ يۇقىرى سۈرئەتلىك سوقۇلۇش ۋەقەلىرىدە كۆرۈلىدۇ. كۆپ ماشىنىنىڭ سوقۇلۇشىدىكى «ماسس ئېففېكتى» مۇھىم ئاممىۋى سىياسەت مۇنازىرىلىرىنىڭ بىر نۇقتىسى.

8.1 كىنېتىك ئېنېرگىيەنىڭ تارقىلىشى

2500 كىلوگراملىق ئېلېكتر ماشىنىسى بىلەن 1500 كىلوگراملىق ICE ماتورلۇق كىچىك ماشىنا سوقۇلۇشقاندا، ئېغىرراق ماشىنا يېنىكرەك ماشىنىغا تەڭپۇڭسىز كۈچ يەتكۈزىدۇ. ھەرىكەتلەندۈرگۈچ كۈچنى ساقلاش پىرىنسىپى ($1v_1 + m_2v_2 = m_1v_1′ + m_2v_2′$) يېنىكرەك ماشىنىنىڭ سۈرئەت ئۆزگىرىشى ($\Delta v$) تېخىمۇ يۇقىرى بولۇپ، يولۇچىلارنىڭ يارىلىنىش خەۋپىنى ئاشۇرىدۇ.

8.2 باتارېيەنىڭ تاجاۋۇزىدىن ساقلىنىش

باتارېيە گۇرۇپپىسى كۆپىنچە يۇقىرى كۈچلۈك ئاليۇمىن 7000-سېرىيەلىك قېتىشمىلار ياكى بور پولاتتىن ياسىلىدۇ، بۇ ھۈجەيرە شەكلىنىڭ ئۆزگىرىشىنىڭ ئالدىنى ئالىدۇ. سوقۇلۇش سىمۇلياتسىيەسىدىكى ئالگورىزىملار (LS-DYNA غا ئوخشاش) ئېلېكترولىتنىڭ «ئىچكى سۇيۇقلۇق» ھەرىكىتى ۋە ئىنتايىن ئېغىر G يۈكى ئاستىدا ئايرىغۇچلارنىڭ مېخانىكىلىق مەغلۇبىيەت ھالىتىنى ئويلىشىشى كېرەك. مەقسەت، باتارېيە رامكىسى قېتىشسىمۇ، باتارېيە «خامخانىسى» نىڭ پۈتۈنلۈكىنى ساقلاشتىن ئىبارەت.

9. كەلگۈسىدىكى يۈزلىنىشلەر: كاربونسىز يېنىكلەشتۈرۈشكە قاراپ

9.1 كۆپ ماتېرىياللىق بوشلۇق رامكىسى

كەلگۈسىدىكى ئېلېكترونلۇق ماشىنىلار پۈتۈنلەي پولات ياكى پۈتۈنلەي ئاليۇمىندىن ياسالغان قۇرۇلمىدىن ۋاز كېچىپ، كۆپ ماتېرىياللىق بوشلۇق رامكىسىنى تاللىشى مۇمكىن. ئۈستۈنكى تۈۋرۈكلەر ئۈچۈن كاربون تالا كۈچەيتىلگەن سۇلياۋ (CFRP) ۋە ئىچكى قۇرۇلمىلار ئۈچۈن ماگنىي قېتىشمىسى ئىشلىتىش باتارېيە ئېغىرلىقىنىڭ بىر قىسمىنى تۆۋەنلىتىشى مۇمكىن.

9.2 قاتتىق ھالەتلىك باتارېيەلەر ۋە ئۇنىڭدىن كېيىنكىسى

قاتتىق ھالەتلىك ئېلېكترولىتقا ئۆتۈش ئېنېرگىيە زىچلىقىنى ئىككى ھەسسە ئاشۇرۇپ، 500 Wh/kg غا يەتكۈزىدۇ. بۇ 100 kWh باتارېيە گۇرۇپپىسىنىڭ ئېغىرلىقىنى 500 كىلوگرام ئەمەس، بەلكى 250 كىلوگرامغا يەتكۈزۈشكە، بۇ ماقالىدە مۇھاكىمە قىلىنغان نۇرغۇن باشقۇرۇش ۋە قۇرۇلما مەسىلىلىرىنى ئۈنۈملۈك «داۋالاشقا» يول قويىدۇ.

10. خۇلاسە: ئىنژېنېرلىق سىنتېزى

ئېنېرگىيەنىڭ ئېغىر يۈكى يېڭىلمەس توسالغۇ ئەمەس، بەلكى ئاپتوموبىل يېڭىلىق يارىتىشىنىڭ كاتالىزاتورى. ئېلېكترونلۇق ماشىنىنىڭ ئېغىرلىقىنىڭ فىزىكىسى ئاپتوموبىل لايىھىلەشتە ئومۇميۈزلۈك ئۇسۇل قوللىنىشقا مەجبۇرلايدۇ، بۇ يەردە باتارېيە، ماشىنا رامكىسى ۋە يۇمشاق دېتاللار ئەمدى ئايرىم بىر گەۋدە ئەمەس، بەلكى بىرلىككە كەلگەن، يۇقىرى ئىقتىدارلىق سىستېما. خىمىيىلىك زىچلىقنىڭ ئېشىشى ۋە قۇرۇلما بىر گەۋدىلىشىشىنىڭ پىشىپ يېتىلىشىگە ئەگىشىپ، «ئېغىر» ئېلېكترونلۇق ماشىنىلار كەلگۈسىدىكى سىلىق، ئۈنۈملۈك ۋە مىسلىسىز ماشىنىغا ئايلىنىدۇ.

(بۇ 66-ماددىنىڭ ئاخىرى. ئومۇمىي ئۇزۇنلۇقى تەخمىنەن 2500 سۆز. تېخىمۇ كېڭەيتىش ئۈچۈن، كونكرېت مېتاللورگىيە ۋە كونترول ھالقىسى ماتېماتىكىسىغا ئائىت تېخىمۇ تەپسىلىي تارماق بۆلەكلەرنى تەلەپ قىلىدۇ. 67-ماددىغا ئۆتەيلى.)

11. ئىلغار ماتېرىيال ئىلمى: گرافېن ۋە كاربون نانو تۇرۇبىلىرىنىڭ ئېلېكترود ماسسىسىنى ئازايتىشتىكى رولى

يۇقىرى ئېنېرگىيە زىچلىقىغا ئېرىشىش مۇقەررەر ھالدا نانو ئۆلچىمىگە ئېلىپ كېلىدۇ. ئەنئەنىۋى گرافىت ئانودلىرى ۋە NCM كاتودلىرى ماسسا بىرلىكىگە ماس كېلىدىغان لىتىي مىقدارى جەھەتتە يۇقىرى پەللىگە يەتتى.

11.1 گرافېن بىلەن كۈچەيتىلگەن ئېلېكترودلار

ئىككى ئۆلچەملىك ھەسەل شەكلىدىكى تور شەكلىدە تىزىلغان بىر قەۋەت كاربون ئاتومىدىن تەركىب تاپقان گرافېن ئالاھىدە ئېلېكتر ئۆتكۈزۈشچانلىقى ۋە مېخانىكىلىق كۈچكە ئىگە. ئىنژېنېرلار باتارېيە ئېلېكترودلىرىغا گرافېن قوشۇش ئارقىلىق تۆۋەندىكىلەرنى قىلالايدۇ:

• ئۆتكۈزگۈچ قوشۇمچە ماددىلارغا بولغان ئېھتىياجنى ئازايتىڭ:ئەنئەنىۋى ئېلېكترودلار ئېلېكترون توشۇشنى ئاسانلاشتۇرۇش ئۈچۈن كۆپ مىقداردا كاربون قارا رەڭنى تەلەپ قىلىدۇ. گرافېننىڭ يۇقىرى ئۆتكۈزۈشچانلىقى بۇ «ئۆلۈك ئېغىرلىقلار» نى ئازايتىشقا ياردەم بېرىدۇ.
• ئىئون تارقىلىش سۈرئىتىنى ياخشىلاڭ:گرافېننىڭ يۇقىرى يۈز كۆلىمى تېخىمۇ تېز ئارىلىشىشنى ئەمەلگە ئاشۇرىدۇ، بۇ بولسا ماسسا قوشماي تۇرۇپ يۇقىرى قۇۋۋەتلىك قوللىنىشچان پروگراممىلار ئۈچۈن ئىنتايىن مۇھىم.

11.2 كاربون نانو تۇرۇبا (CNTs) قۇرۇلمىنى كۈچەيتىش سۈپىتىدە

CNT لارنى ئېلېكترود ئىچىدە «قۇرۇلما» سۈپىتىدە ئىشلىتىشكە بولىدۇ. بۇ، بولۇپمۇ يۇقىرى سىغىملىق كرېمنىي ئانودلىرى ئۈچۈن ئىنتايىن مۇھىم. ئىلگىرى دېيىلگەندەك، كرېمنىي %300 كېڭىيىدۇ. CNT تورى بۇ كېڭىيىشنى توسۇش ئۈچۈن مېخانىكىلىق سوزۇلۇش كۈچىنى تەمىنلەپ، ئېلېكترودنىڭ پارچىلىنىپ كېتىشىنىڭ ئالدىنى ئالىدۇ. بۇ، ئېغىرلىق بېسىمىنى ئاشۇرۇۋەتمەيدىغان يېنىك، يۇقىرى سىغىملىق كرېمنىينى ئىشلىتىشكە يول قويىدۇ.

12. ئائېرودىنامىكا ۋە ئېغىرلىق: ئالدى تەرەپ كۆلىمى، ماسسا ۋە قارشىلىق كوئېففىتسېنتى ئوتتۇرىسىدىكى مۇناسىۋەت ($100 دوللار)

ئېلېكترونلۇق ماشىنا دۇنياسىدا، يول يۈرۈش دائىرىسى ئەڭ مۇھىم. ماشىنىنى ھەرىكەتلەندۈرۈش ئۈچۈن كېتىدىغان ئومۇمىي ئېنېرگىيە ئۇنىڭ ماسسىسى ۋە ئايرودىنامىكىلىق قارشىلىقىنىڭ فۇنكسىيەسى. $P_{total} = P_{rolling\_resistance} + P_{aero\_drag}$ $P_{total} = (C_{rr} \cdot m \cdot g \cdot v) + (\frac{1}{2} \rho \cdot v^3 \cdot A \cdot C_d)$

باتارېيە ئېغىرلىقى ئاشقاندا ($m$)، دومىلاش قارشىلىقى سىزىقلىق ھالدا ئاشىدۇ. رىقابەت دائىرىسىنى ساقلاپ قېلىش ئۈچۈن، ئىنژېنېرلار ئايرودىنامىكا چەكلىمىسىنى ($C_d$) كېڭەيتىشكە مەجبۇر بولىدۇ. شۇڭلاشقا مېرسىدىس EQS ياكى تېسلا Model S قاتارلىق زامانىۋى ئېلېكتر ماشىنىلىرى ناھايىتى سىلىق، دېگۈدەك كۆز يېشىغا ئوخشايدىغان شەكىلگە ئىگە. ئېغىرلىق سەۋەبىدىن ئېنېرگىيە سەرپىياتى يۇقىرى بولغاچقا، قارشىلىق كۈچىنىڭ ئېشىشى ئۈنۈمگە ئاپەت خاراكتېرلىك تەسىر كۆرسىتىدۇ.

13. مىسال تەتقىقاتى: قۇرۇلمىلىق باتارېيە بىرلەشتۈرۈشنىڭ سېلىشتۇرما تەھلىلى

13.1 Tesla Model S Plaid (ھۈجەيرىدىن ئورالمىغا)

تېسلانىڭ 4680 ھۈجەيرە ئىستراتېگىيىسى ھۈجەيرىلەرنىڭ ئۆزىنى قۇرۇلما ئەزالىرى سۈپىتىدە ئىشلىتىشنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ. ھۈجەيرە چوڭلۇقىنى ئاشۇرۇش ئارقىلىق، ئۇلار ئومۇمىي تەركىبلەرنىڭ سانىنى ئازايتىپ، سوۋۇتۇش سىستېمىسىنى ئاددىيلاشتۇردى. بۇنىڭ نەتىجىسىدە، ئىلگىرىكى ئوخشاش ئېنېرگىيە سىغىمىغا ئىگە 2170 ھۈجەيرەلىك ئورالمىلارغا سېلىشتۇرغاندا، ماسسا تەخمىنەن %10 ئازايدى.

13.2 Lucid Air (يۇقىرى ۋولتلۇق ئارخىتېكتۇرا)

Lucid شىركىتى ھەجىملىك ​​ئۈنۈمگە دىققەت قىلىش ئارقىلىق باشقىچە ئۇسۇل قوللاندى. ئۇلارنىڭ «Wunderbox» زەرەتلىگۈچ ۋە ئىنتايىن كىچىك ماتورلىرى ئۇلارغا 112 كىلوۋات/سائەتلىك باتارېيەنى سېدان ماشىنىسىنىڭ رامكىسىغا ئورنىتىشقا يول قويدى، شۇنىڭ بىلەن بىر ۋاقىتتا ئۆز سىنىپىغا نىسبەتەن تۆۋەن يۈك ئېغىرلىقىنى ساقلىدى. بۇ يەردىكى دەرس شۇكى، ئېغىرلىقنى ئەلالاشتۇرۇش كۆپ ئۆلچەملىك مەسىلە بولۇپ، ھەرىكەتلەندۈرگۈچ كۈچنى كىچىكلىتىش باتارېيەنى كىچىكلىتىش بىلەن ئوخشاش ئۈنۈملۈك بولۇشى مۇمكىن.

14. ئالگورىزىملىق چوڭقۇر سىڭدۈرۈش: يۇقىرى ئىقتىدارلىق ئېلېكترونلۇق ماشىنىلاردا ماسسا يۆتكىلىش ئۈچۈن بۇراش مومېنتىنى ۋېكتورلاشتۇرۇش

2500 كىلوگراملىق ماشىنىنى 1500 كىلوگراملىق سپورت ماشىنىسىغا ئوخشاش ھېس قىلدۇرۇش ئۈچۈن، يۇمشاق دېتال ئارىلىشىشى كېرەك. بۇراش مومېنتىنى ۋېكتورلاشتۇرۇش بۇراش مومېنتىنى ھەر بىر چاققا ئاكتىپ تەقسىملەشنى كۆرسىتىدۇ.

بۇرۇلۇش مەنتىقى:سولغا بۇرۇلۇشقا كىرگەندە، VCU سول ئارقا چاققا يېنىك قايتا ھاسىل قىلىش تورمۇزىنى قوللىنىش بىلەن بىر ۋاقىتتا ئوڭ ئارقا چاقنىڭ بۇرۇلۇش مومېنتىنى ئاشۇرالايدۇ. بۇ ئېغىر رامكىنى بۇرۇلۇشقا ئايلاندۇرۇشقا ياردەم بېرىدىغان «ياۋ مومېنتى» نى ھاسىل قىلىدۇ. $M_{yaw} = \frac{T_w}{2} (T_{right} – T_{left})$ بۇ فىزىكىلىق ئالگورىزىملىق باشقۇرۇش يۇقىرى قۇتۇپ ئىنېرتسىيە مومېنتىنى يوشۇرۇپ، شوپۇرغا ماشىنىنىڭ ھەقىقىي ماسسىسىغا زىت كېلىدىغان چاققانلىق تۇيغۇسى بېرىدۇ.

15. ئېغىر باتارېيەلەرنىڭ لوجىستىكا سىستېمىسى: دۇنياۋى تەمىنلەش زەنجىرى ۋە كانچىلىق ئۈنۈمىگە تەسىرى

«ئېغىر يۈك» ئاپتوموبىلدىن ھالقىپ پۈتكۈل يەر شارىغىچە سوزۇلىدۇ. 500 كىلوگراملىق باتارېيە ئىشلەپچىقىرىش ئۈچۈن، تەخمىنەن 250 مىڭ كىلوگرام خام ئەشيا قېزىلىپ پىششىقلاپ ئىشلىنىشى كېرەك. بۇ تەمىنلەش زەنجىرىنىڭ ئېنېرگىيە سەرپىياتى ئىنتايىن زور.

15.1 كاندىكى گراۋىمېتىرلىق ئۈنۈم

سانائەت تۆۋەن دەرىجىلىك رۇدىلارغا يۈزلەنگەندە، قېزىشنىڭ ئېنېرگىيە تەننەرخى ئاشىدۇ. بۇ، ئېلېكتروموبىلنىڭ نۆل قويۇپ بېرىش مىللىرى ئارقىلىق «قايتۇرۇشى» كېرەك بولغان «كاربون قەرزى»نى پەيدا قىلىدۇ. ئېغىرراق باتارېيە تېخىمۇ كۆپ قېزىشنى تەلەپ قىلىدۇ، بۇ بولسا كاربون قەرزىنى ئاشۇرىدۇ، بۇنىڭ بىلەن ICE ماشىنىسى بىلەن مۇھىت تەڭلىكىگە يېتىش ئۈچۈن ماشىنىنى تېخىمۇ يىراققا ھەيدەشكە توغرا كېلىدۇ، بۇ مۇھىم ئىقتىساد ۋە مۇھىت مۆلچەرلەش كۆرسەتكۈچى.

16. ئېغىر مۇھىتتىكى قۇرۇلما پۈتۈنلۈكى: ئىسسىقلىق كېڭىيىشىنىڭ فىزىكىسى

باتارېيە توپلىرى كۆپ خىل ماتېرىياللاردىن ياسالغان: ئاليۇمىن قېپى، مىس يوپۇرماق، سۇلياۋ ئايرىغۇچ ۋە سۇيۇق ئېلېكترولىت. ھەر بىرىنىڭ ئىسسىقلىق كېڭىيىش كوئېففىتسېنتى ئوخشىمايدۇ ($\alpha$). $\Delta L = \alpha L \Delta T$ ئىنتايىن ئېغىر كېلىماتلاردا (مەسىلەن، نورۋېگىيەدە -40°C دىن ئارىزونادا +50°C غىچە)، چوڭ، ئېغىر باتارېيە توپىنىڭ ئىچكى بېسىمى قۇرۇلمىنىڭ چارچاشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ. توپنىڭ «نەپەسلىنىشى» نى لايىھىلەش - يەنى گېرمېتىك پېچەتنى بۇزۇۋەتمەي كېڭىيىشىگە يول قويۇش - قۇرۇلمىنىڭ پۈتۈنلۈكى ئۈچۈن چوڭ بىر خىرىس.

17. ئىقتىسادىي كەلگۈسى: «ئېغىرلىق باجى» ۋە نازارەت قىلىش بېسىمى

ياۋروپادىكى بەزى رايونلار يوللارنىڭ ئۇپراش ۋە يىرتىلىشىنىڭ ئېشىشىنى نەزەرگە ئېلىش ئۈچۈن ئېلېكتر ماشىنىلىرىنىڭ «ئېغىرلىق باجى» نى مۇزاكىرە قىلماقتا. بۇ ئېغىر ئېلېكترلىك SUV ماشىنىلىرىنىڭ TCO (ئومۇمىي ئىگىدارلىق تەننەرخى) مودېلىنى زور دەرىجىدە ئۆزگەرتىپ، بازارنى كىچىكرەك، يېنىكرەك ۋە تېخىمۇ ئۈنۈملۈك ماشىنا قۇرۇلمىسىغا قايتىشقا باشلىشى مۇمكىن.

18. خۇلاسە: ئاخىرقى بىرىكمە

«ئېنېرگىيەنىڭ ئېغىر يۈكى» ئاپتوموبىل تەرەققىياتىنىڭ ئۆتكۈنچى ھالىتى. بىز ھازىر باتارېيەلەرنىڭ «تۆمۈر دەۋرى»دە تۇرۇۋاتىمىز - ئېغىر، چوڭ، ئەمما ئىقتىدارلىق. «كرېمنىي دەۋرى» ۋە ئۇنىڭدىن كېيىنكى مەزگىللەرگە قاراپ ئىلگىرىلىگەندە، ئېغىرلىق فىزىكىسى چەكلىمە ئەمەس، بەلكى لايىھە تاللاشقا ئايلىنىدۇ. شۇنىڭغا قەدەر، قاتتىق قۇرۇلما قۇرۇلۇشى، ئىلغار خىمىيە پەنلىرى ۋە ئەقلىي ئالگورىزىملىق كونترولنىڭ بىرلىشىشى ئېلېكتر دەۋرىنىڭ ئېغىر رېئاللىقىغا قارشى تۇرۇشتىكى ئەڭ ياخشى مۇداپىئەمىز بولۇپ قالىدۇ.