เทคโนโลยีแกนหลักของรถยนต์ไฟฟ้าล้วน

การพัฒนาของยานยนต์ไฟฟ้าจะต้องแก้ปัญหาเทคโนโลยีหลักสี่ประการ ได้แก่ เทคโนโลยีแบตเตอรี่ เทคโนโลยีการขับเคลื่อนและควบคุมมอเตอร์ เทคโนโลยียานยนต์ไฟฟ้า และเทคโนโลยีการจัดการพลังงาน
เทคโนโลยีแบตเตอรี่ แบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงานของยานยนต์ไฟฟ้า แต่ก็เป็นปัจจัยสำคัญที่จำกัดการพัฒนายานยนต์ไฟฟ้าเช่นกัน ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลักของแบตเตอรี่ยานยนต์ไฟฟ้า ได้แก่ พลังงานจำเพาะ (E) ความหนาแน่นของพลังงาน (Ed) กำลังจำเพาะ (P) อายุใช้งาน (L) และต้นทุน (C) เพื่อให้ยานยนต์ไฟฟ้าสามารถแข่งขันกับยานยนต์เชื้อเพลิงได้ สิ่งสำคัญคือการพัฒนาแบตเตอรี่ประสิทธิภาพสูงที่มีพลังงานจำเพาะสูง กำลังจำเพาะสูง และอายุการใช้งานยาวนาน
แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าได้รับการพัฒนามาแล้ว 3 รุ่นและมีความก้าวหน้าอย่างมาก รุ่นแรกคือแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด ปัจจุบันส่วนใหญ่เป็นแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดควบคุมด้วยวาล์ว (VRLA) เนื่องจากมีพลังงานจำเพาะสูงกว่า ราคาถูก และอัตราการคายประจุสูง จึงถือเป็นแบตเตอรี่ที่ผลิตจำนวนมากสำหรับยานยนต์ไฟฟ้า รุ่นที่สองคือแบตเตอรี่อัลคาไลน์ ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยนิกเกิลแคดเมียม (NJ-Cd) นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ (Ni-MH) โซเดียมซัลเฟอร์ (Na/S) ลิเธียมไออน (Li-ion) และสังกะสี-อากาศ (Zn/Air) และแบตเตอรี่อื่นๆ พลังงานจำเพาะและกำลังจำเพาะสูงกว่าแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด จึงช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงานและระยะการขับขี่ของยานยนต์ไฟฟ้าได้อย่างมาก แต่ราคาจะสูงกว่าแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด รุ่นที่สามคือแบตเตอรี่ที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิง เซลล์เชื้อเพลิงจะแปลงพลังงานเคมีของเชื้อเพลิงเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง มีประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานสูง สูงกว่าพลังงานและกำลังไฟฟ้า และสามารถควบคุมกระบวนการปฏิกิริยา กระบวนการแปลงพลังงานสามารถต่อเนื่องได้ ดังนั้นจึงเป็นแบตเตอรี่รถยนต์ที่เหมาะอย่างยิ่ง แต่ยังอยู่ในขั้นพัฒนา และยังต้องมีการพัฒนาเทคโนโลยีสำคัญบางอย่างต่อไป
มอเตอร์ไฟฟ้าและระบบขับเคลื่อนเป็นส่วนประกอบสำคัญของยานพาหนะไฟฟ้า เพื่อให้ยานพาหนะไฟฟ้ามีประสิทธิภาพที่ดี มอเตอร์ขับเคลื่อนควรมีช่วงความเร็วที่กว้าง ความเร็วสูง แรงบิดเริ่มต้นสูง ขนาดเล็ก มวลน้อย ประสิทธิภาพสูง และคุณลักษณะการเบรกแบบไดนามิกและการตอบสนองพลังงาน ปัจจุบัน มอเตอร์ของยานพาหนะไฟฟ้าส่วนใหญ่ประกอบด้วย มอเตอร์กระแสตรง (DCM) มอเตอร์เหนี่ยวนำ (IM) มอเตอร์แม่เหล็กถาวรแบบไม่มีแปรงถ่าน (PMBLM) และมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบสวิตช์ (SRM)
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ยานพาหนะไฟฟ้าเกือบทั้งหมดที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เหนี่ยวนำได้นำการควบคุมเวกเตอร์และการควบคุมแรงบิดโดยตรงมาใช้ เนื่องจากวิธีการควบคุมแรงบิดโดยตรง โครงสร้างที่เรียบง่าย ประสิทธิภาพการควบคุมที่ยอดเยี่ยม และการตอบสนองแบบไดนามิกที่รวดเร็ว จึงเหมาะมากสำหรับการควบคุมยานพาหนะไฟฟ้า ยานพาหนะไฟฟ้าที่พัฒนาในสหรัฐอเมริกาและยุโรปส่วนใหญ่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้าชนิดนี้ มอเตอร์แม่เหล็กถาวรแบบไม่มีแปรงถ่านสามารถแบ่งได้เป็นระบบมอเตอร์ DC แบบไม่มีแปรงถ่านที่ขับเคลื่อนด้วยคลื่นสี่เหลี่ยม (BLDCM) และระบบมอเตอร์ DC แบบไม่มีแปรงถ่านที่ขับเคลื่อนด้วยคลื่นไซน์ (PMSM) ซึ่งมีความหนาแน่นของพลังงานสูง และโหมดการควบคุมนั้นโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับมอเตอร์เหนี่ยวนำ ดังนั้นจึงถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในยานพาหนะไฟฟ้า มอเตอร์ PMSM มีความหนาแน่นของพลังงานและประสิทธิภาพสูง ขนาดเล็ก ความเฉื่อยต่ำ และตอบสนองรวดเร็ว ซึ่งเหมาะมากสำหรับระบบขับเคลื่อนของยานพาหนะไฟฟ้าและมีแนวโน้มการใช้งาน ปัจจุบัน ยานพาหนะไฟฟ้าที่พัฒนาโดยญี่ปุ่นใช้มอเตอร์ไฟฟ้าชนิดนี้เป็นหลัก
มอเตอร์รีลักแตนซ์แบบสวิตช์ (SRM) มีข้อดีคือใช้งานง่าย เชื่อถือได้ มีประสิทธิภาพในช่วงความเร็วและแรงบิดที่กว้าง ควบคุมได้ยืดหยุ่น การทำงานแบบสี่ควอดแรนท์ ความเร็วในการตอบสนองรวดเร็ว และต้นทุนต่ำ ในการใช้งานจริง พบว่า SRM มีข้อเสียบางประการ เช่น แรงบิดผันผวนมาก เสียงดัง และต้องใช้ตัวตรวจจับตำแหน่ง
ด้วยการพัฒนาของมอเตอร์และระบบขับเคลื่อน ระบบควบคุมจึงมีแนวโน้มว่าจะเป็นแบบอัจฉริยะและดิจิทัล การควบคุมโครงสร้างแบบแปรผัน การควบคุมแบบฟัซซี เครือข่ายประสาท การควบคุมแบบปรับตัว การควบคุมโดยผู้เชี่ยวชาญ อัลกอริทึมทางพันธุกรรม และเทคโนโลยีการควบคุมอัจฉริยะที่ไม่เป็นเชิงเส้นอื่นๆ จะถูกแยกกันหรือรวมกันในระบบควบคุมมอเตอร์ของรถยนต์ไฟฟ้า
เทคโนโลยียานยนต์ไฟฟ้า รถยนต์ไฟฟ้าเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีเทคโนโลยีขั้นสูง นอกจากแบตเตอรี่ มอเตอร์แล้ว ตัวเครื่องยังมีเทคโนโลยีมากมาย มาตรการประหยัดพลังงานบางอย่างที่ปรับปรุงความจุในการเก็บพลังงานของแบตเตอรี่ก็ทำได้ง่ายเช่นกัน การใช้วัสดุน้ำหนักเบา เช่น แมกนีเซียม อลูมิเนียม เหล็กคุณภาพสูง และวัสดุคอมโพสิต ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้าง สามารถลดมวลของตัวรถเองได้ 30%-50% การกู้คืนพลังงานระหว่างการเบรก การลงเขา และการเดินเบา ยางเรเดียลแรงดันสูงที่ทำจากวัสดุหน่วงการยึดเกาะที่ยืดหยุ่นสูงสามารถลดความต้านทานการหมุนของรถได้ 50% ตัวถังรถ โดยเฉพาะส่วนล่างของรถมีรูปทรงเพรียวลมมากขึ้น ซึ่งสามารถลดความต้านทานอากาศของรถได้ 50%
เทคโนโลยีการจัดการพลังงาน แบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงานสำรองของรถยนต์ไฟฟ้า เพื่อให้ได้คุณสมบัติพลังงานที่ดีเยี่ยม รถยนต์ไฟฟ้าจะต้องมีพลังงานสูง อายุการใช้งานยาวนาน และแบตเตอรี่กำลังสูงเป็นแหล่งพลังงาน เพื่อให้รถยนต์ไฟฟ้ามีประสิทธิภาพการทำงานที่ดี จำเป็นต้องจัดการแบตเตอรี่อย่างเป็นระบบ
ระบบการจัดการพลังงานเป็นหัวใจสำคัญของยานยนต์ไฟฟ้า รถยนต์ไฟฟ้าที่ออกแบบมาอย่างดี นอกจากคุณสมบัติเชิงกลที่ดี ประสิทธิภาพการขับเคลื่อนไฟฟ้า การเลือกแหล่งพลังงานที่เหมาะสม (เช่น แบตเตอรี่) ยังควรมีชุดการประสานงานของส่วนการทำงานต่างๆ ของระบบการจัดการพลังงาน หน้าที่ของมันคือการตรวจจับสถานะการชาร์จของแบตเตอรี่หรือชุดแบตเตอรี่เดียว และตามข้อมูลการตรวจจับที่หลากหลาย รวมถึงคำสั่งแรง การเร่งความเร็วและการชะลอความเร็ว สภาพถนนที่ขับขี่ สภาพแบตเตอรี่ อุณหภูมิสิ่งแวดล้อม ฯลฯ การจัดสรรและการใช้พลังงานของรถยนต์ที่จำกัดอย่างเหมาะสม นอกจากนี้ยังสามารถเลือกวิธีการชาร์จที่ดีที่สุดโดยอิงจากการใช้งานชุดแบตเตอรี่ ประวัติการชาร์จและการคายประจุ เพื่อยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ให้ได้มากที่สุด
สถาบันวิจัยของผู้ผลิตยานยนต์รายใหญ่ทั่วโลกกำลังดำเนินการวิจัยและพัฒนาระบบการจัดการพลังงานแบตเตอรี่ออนบอร์ดสำหรับยานยนต์ไฟฟ้า ปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่ของยานยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบันและระยะทางที่ขับเคลื่อนได้เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่ต้องทราบในการทำงานของยานยนต์ไฟฟ้า และยังเป็นฟังก์ชันสำคัญที่ระบบการจัดการพลังงานของยานยนต์ไฟฟ้าควรทำให้เสร็จสมบูรณ์ การใช้ระบบการจัดการพลังงานออนบอร์ดของยานยนต์ไฟฟ้าสามารถออกแบบระบบจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าของยานยนต์ไฟฟ้าได้แม่นยำยิ่งขึ้น กำหนดโครงสร้างการจัดเก็บและจัดการพลังงานที่เหมาะสมที่สุด และปรับปรุงประสิทธิภาพของยานยนต์ไฟฟ้าเอง
ความยากในการจัดการพลังงานในรถยนต์ไฟฟ้าคือการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่แม่นยำยิ่งขึ้นเพื่อกำหนดปริมาณพลังงานที่เหลืออยู่ในแบตเตอรี่แต่ละลูก โดยอาศัยข้อมูลในอดีตที่รวบรวมได้จากแรงดันไฟ อุณหภูมิ และกระแสชาร์จและปล่อยประจุของแบตเตอรี่แต่ละลูก