Číňania posunuli hranice elektromobility. Ich nový pohon dokáže niečo, čo bežný motor nezvládne

Čínsky technologický náskok v oblasti elektrických pohonov naberá na obrátkach, ktoré tradičným výrobcom spôsobujú vrásky na čele. Združenie čínskych automobilových inžinierov udelilo prestížnu prvú cenu za vedu a techniku spoločnému projektu automobilky Nio a popredných univerzít. Výsledkom ich vývoja je hnací systém pracujúci na 925-voltovej architektúre, ktorý posúva hranice hustoty výkonu a prináša nečakané funkcie priamo do sériovej výroby.

Celý pohon sa vyznačuje hustotou výkonu samotného motora na úrovni 19,06 kW/kg, zatiaľ čo riadiaca jednotka dosahuje priestorovú hustotu 226,92 kW/L. Sú to hodnoty, ktoré v bežnej kategórii nemajú takmer žiadnu priamu konkurenciu. Nio navyše tento motor nevyvinulo iba ako laboratórny koncept pre pretekárske trate, ale ako plne funkčný celok schopný masovej produkcie pre svoje prémiové aj dcérske značky.

Najväčším prekvapením celého inžinierskeho počinu je však sekundárne využitie hardvéru samotného elektromotora. Konštruktéri totiž integrovali obojsmerné spínacie prvky tak šikovne, že motor dokáže fungovať ako výkonný menič napätia pri nabíjaní jednosmerným prúdom s výkonom až 202,78 kW. V čase, keď aj čínske elektromobily s brutálnym výkonom posúvajú latku stále vyššie, prichádza Nio s riešením, ktoré výrazne odľahčuje palubu vozidla.

Zázrak s menom W-Pin bez zbytočných zvarov

Bežné moderné elektromotory využívajú vinutie typu „hairpin“, kde sa do statora vkladajú jednotlivé medené segmenty v tvare sponky a následne sa ich konce zvárajú dokopy. Nio sa však rozhodlo ísť radikálnejšou cestou kontinuálneho vlnového vinutia nazvaného W-Pin. Namiesto stoviek drobných zváraných spojov použili neprerušené ploché medené vodiče, čím drasticky znížili prechodový odpor aj riziko poruchy.

Celý proces si však vyžiadal úplne nové výrobné postupy, ktoré museli inžinieri vymyslieť od nuly. Výrobná linka manipuluje s dvanástimi plochými medenými vodičmi, pričom každý z nich meria až päť metrov. Tieto masívne kusy medi musia špeciálne nástroje vytvarovať do 24 presných ohybov bez toho, aby poškodili izolačnú vrstvu.

Nio

Pôvodný pokus o ohýbanie s rotáciou o 180 stupňov skončil neúspechom, pretože ťahanie materiálu poškodzovalo kritickú izoláciu. Tím preto vyvinul unikátny rovinný proces ohýbania. Vďaka tomu dokáže linka kontrolovať hrúbku izolácie na neuveriteľných 0,14 milimetra a celkovú toleranciu udržať pod hranicou 0,02 mm.

Motor ako obrovská nabíjačka šetrí hmotnosť

Jedným z najväčších benefitov novej pohonnej jednotky je funkcia boost nabíjania. Ak prídeš s autom postaveným na 900V platforme k bežnej staršej rýchlonabíjačke, ktorá dáva len 400 voltov, auto potrebuje masívny menič napätia, aby dokázalo energiu do akumulátora vôbec natlačiť. Bežné autá kvôli tomu vozia ťažké a drahé dodatočné meniče.

Nio túto dilemu vyriešilo elegantným inžinierskym trikom. Ako induktor na zvýšenie napätia využíva priamo vinutie vlastného hnacieho elektromotora a prúd usmerňuje cez vstavané karbid-kremíkové (SiC) polovodiče. Systém tak dokáže bez jediného gramu dodatočného meniča dvíhať napätie s výkonom viac ako 200 kW.

Pre vodiča to znamená jediné. Nemusí riešiť, k akej stojanovej stanici dorazí, pretože auto dokáže vytiahnuť maximálny dostupný výkon zo staníc rôznych generácií bez obmedzení. Šetrí sa tým nielen drahocenný priestor pod prednou kapotou, ale znižuje sa aj celková hmotnosť vozidla.

Extrémne testovanie v pekle aj vo výškach

Prechod na 925V architektúru so sebou prináša obrovské výzvy v oblasti dielektrickej pevnosti materiálov. Rýchle spínanie polovodičov na báze SiC totiž generuje vysokofrekvenčné napäťové špičky, ktoré dokážu nekvalitnú izoláciu doslova prepáliť behom niekoľkých minút. Konštruktéri preto podrobili motor brutálnym záťažovým skúškam.

Testovací prototyp absolvoval viac ako 1 300 hodín nepretržitej prevádzky pri vysokých teplotách bez jediného výpadku. Ešte náročnejšia bola simulácia vo vysokohorskom prostredí v nadmorskej výške 5 500 metrov, kde motor odkrútil vyše 500 hodín. V riedkom vzduchu totiž rapídne klesá izolačná schopnosť vzduchových medzier, čo kladie brutálne nároky na lakovanie statorových zväzkov.

Agregát musel zvládnuť spínaciu frekvenciu až 15 000-krát za sekundu pri náhlych skokových zmenách otáčok. Testy zahŕňali aj náhodné trojosové vibrácie s preťažením až 5,5 g a dlhodobé teplotné šoky v rozsahu od -40 °C do +85 °C trvajúce vyše dvoch mesiacov.

Nio

Miliónová séria mieri do reality

Zatiaľ čo západné značky o podobných parametroch často len publikujú vedecké štúdie, čínska automobilka už technológiu nasadila priamo do fabrík. Masová výroba nového typu motora odštartovala v decembri minulého roka a je dimenzovaná na miliónové série, čo výrazne zrazí kusové náklady.

Nový hnací systém s 925V architektúrou sa stáva srdcom luxusnej limuzíny Nio ET9, no postupne sa rozširuje aj do ďalších SUV modelov, ako sú ES8 a ES9. Z mimoriadne efektívnej technológie však profitujú aj cenovo dostupnejšie modely dcérskej značky Onvo, konkrétne vozidlá L80 a L90.

Celý projekt priniesol do portfólia automobilky celkovo 146 autorizovaných patentov a stal sa základom pre tvorbu šiestich nových národných priemyselných noriem v Číne. To jasne dokumentuje, že čínsky autopriemysel už dávno nepreberá cudzie licencie, ale sám diktuje technické štandardy.

Čo to znamená pre európsky trh

Pre európskych motoristov a celý náš automobilový trh, na ktorom stojí aj slovenská ekonomika, je táto správa jasným budíčkom. Čína už nesúťaží len cenou alebo obrovskými dotykovými displejmi v interiéri. Ich technologická dominancia sa presunula do najhlbších útrob pohonného ústrojenstva, kde dokážu inovovať rýchlejšie a lacnejšie.

Ak sa tieto pokročilé 900-voltové pohonné jednotky začnú vo veľkom objavovať na európskych cestách v modeloch značiek Nio či Onvo, zákazníci dostanú bezkonkurenčnú efektivitu a nabíjanie, ktoré doslova vymaže čakanie na nabíjacích staniciach. Tradičné automobilky budú musieť ukázať oveľa viac než len opatrné facelifty, ak si chcú udržať konkurencieschopnosť.

Technológia integrovaného meniča napätia priamo v motoreNavyše zjednodušuje servis a znižuje výrobné náklady celej elektroinštalácie. Zostáva len otázkou krátkeho času, kedy sa tento prístup stane novou normou naprieč celým odvetvím.

Čítajte viac z kategórie: Tech