Čínsky automobilový priemysel už dávno nesúťaží so západnými výrobcami iba cenou alebo bohatou technologickou výbavou. Čoraz výraznejšie sa presadzuje aj v oblastiach, ktoré rozhodujú o budúcnosti elektromobility.
Najnovším príkladom je technológia automobilky Nio, ktorá dokázala spojiť niekoľko dôležitých funkcií do jedného elektrického pohonného systému. Jeho najväčšou zvláštnosťou je schopnosť využiť vlastné komponenty pohonu aj na zvyšovanie napätia pri nabíjaní batérie. Táto technológia je v Číne už súčasťou sériovej výroby a používa sa vo viacerých modeloch značiek Nio a Onvo. Nové technické údaje navyše ukazujú, že čínski konštruktéri dosiahli parametre, ktoré sú zaujímavé aj z pohľadu ďalšieho vývoja elektrických automobilov.
900 V architektúra a mimoriadna hustota výkonu
Základom novinky je elektrický pohonný systém pracujúci s napätím 925 voltov. Na jeho vývoji sa podieľala automobilka Nio spolu s univerzitami Tongji a Harbin University of Science and Technology a spoločnosťou Baoshan Iron & Steel. Projekt získal prvé miesto v rámci ocenení za vedecký a technologický pokrok Čínskej spoločnosti automobilových inžinierov. Jedným z najzaujímavejších parametrov je hustota výkonu samotného elektromotora. Dosahuje 19,06 kW na kilogram hmotnosti.
Riadiaca jednotka pohonu pritom vykazuje objemovú hustotu výkonu 226,92 kW na liter. Tieto hodnoty naznačujú, akú vysokú koncentráciu výkonu sa podarilo konštruktérom dosiahnuť v jednotlivých komponentoch. Zásadné však nie je iba samotné číslo. Pri elektromobiloch totiž každý kilogram navyše predstavuje kompromis medzi hmotnosťou, efektivitou a dojazdom. Kompaktnejšie a výkonnejšie komponenty umožňujú výrobcom lepšie využiť priestor vo vozidle a optimalizovať jeho celkovú konštrukciu.
Elektromotor, ktorý pomáha aj pri nabíjaní
Najväčšou technickou zaujímavosťou je schopnosť pohonného systému fungovať aj ako súčasť výkonového meniča pri nabíjaní. Nio využíva existujúce komponenty elektrického pohonu na zvýšenie napätia privádzaného z nabíjacej stanice. Maximálny deklarovaný výkon takéhoto nabíjania dosahuje 202,78 kW. V praxi to rieši jeden z problémov vysokonapäťových elektromobilov. Vozidlo s 925-voltovou architektúrou sa totiž môže stretnúť aj so staršou nabíjacou infraštruktúrou, ktorá pracuje s nižším napätím. Bez vhodného meniča by takýto rozdiel mohol obmedziť možnosti nabíjania.
Nio preto využíva vinutie elektromotora ako indukčný prvok na premenu napätia. O riadenie elektrického toku sa stará výkonová elektronika využívajúca polovodiče z karbidu kremíka. Automobilka tak dokáže využiť časť hardvéru, ktorý už vo vozidle plní inú funkciu, a nemusí sa spoliehať na samostatné riešenie pre každý prevádzkový režim. Dôležité je však správne pochopiť princíp. Elektromotor sa počas nabíjania nestáva klasickou nabíjačkou. Ide o opätovné využitie komponentov pohonnej sústavy na úpravu napätia. Skutočný nabíjací výkon zároveň závisí aj od možností nabíjacej stanice a aktuálnych podmienok batérie.
Koniec klasického vinutia? Nio stavilo na technológiu W-Pin
Pozoruhodná je aj samotná konštrukcia elektromotora. Nio pri výrobe používa vlastnú technológiu kontinuálneho vlnového vinutia označovanú ako W-Pin. Väčšina súčasných elektromotorov využíva takzvané „hairpin“ vinutie, pri ktorom sa do statora vkladajú samostatné medené vodiče v tvare sponiek. Ich konce sa následne spájajú zváraním. Čínski inžinieri zvolili odlišný prístup. Namiesto množstva samostatných segmentov pracujú s dlhými, neprerušenými plochými medenými vodičmi. Výsledkom je menší počet elektrických spojov, čo pomáha obmedzovať elektrické straty a potenciálne slabé miesta konštrukcie.
Výroba však nie je vôbec jednoduchá. Používa sa dvanásť medených vodičov, pričom každý má dĺžku približne päť metrov. Výrobné zariadenia ich musia vytvarovať do 24 presných ohybov bez poškodenia izolačnej vrstvy. Práve tá predstavuje pri vysokonapäťových elektromotoroch mimoriadne dôležitý prvok. Nio uvádza, že hrúbku izolácie dokáže kontrolovať na úrovni 0,14 milimetra a výrobné tolerancie udržať v rozmedzí 0,02 milimetra.
Viac ako 1 300 hodín náročných skúšok
Vysoké napätie prináša aj zvýšené nároky na spoľahlivosť. Konštruktéri preto museli preveriť, či elektrická izolácia a jednotlivé komponenty zvládnu dlhodobú záťaž. Testovanie zahŕňalo viac ako 1 300 hodín nepretržitej prevádzky pri vysokých teplotách bez zaznamenaného zlyhania. Ďalšou výzvou boli podmienky simulujúce prevádzku vo vysokých nadmorských výškach. Systém absolvoval viac ako 500 hodín skúšok zodpovedajúcich prostrediu vo výške 5 500 metrov nad morom. Práve tam je vzduch redší a jeho izolačné vlastnosti sú horšie, čo môže pri vysokom napätí spôsobovať problémy.
Testovací program zahŕňal aj intenzívne vibrácie a teplotné extrémy od mínus 40 do plus 85 stupňov Celzia. Nešlo teda iba o overenie maximálneho výkonu, ale predovšetkým o preverenie odolnosti technológie pri dlhodobej prevádzke. Zaujímavé je, že Nio nemusí čakať na ďalšiu generáciu elektromobilov, aby svoje riešenie nasadilo do praxe. Sériová výroba pohonného systému sa začala už v decembri 2024. V súčasnosti ho využívajú viaceré modely a projekt sa môže pochváliť aj rozsiahlym patentovým portfóliom. Podľa zverejnených údajov je s ním spojených 146 udelených patentov a podieľal sa aj na príprave šiestich čínskych národných automobilových štandardov.
Hoci Nio túto technológiu vyrába už nejaký čas, do pozornosti sa dostala až teraz, keď získala významné ocenenie a výrobca zverejnil ďalšie, doteraz neznáme technické podrobnosti. Pre automobilový priemysel je to ďalší dôkaz, že konkurencia v elektromobilite sa postupne presúva od samotnej kapacity batérií a maximálneho nabíjacieho výkonu k čoraz komplexnejším riešeniam. Výrobcovia sa snažia znižovať počet samostatných komponentov, šetriť hmotnosť a zvyšovať efektivitu celého vozidla.
Práve integrácia nabíjacej funkcie do existujúcej pohonnej sústavy môže byť jednou z ciest, ako tieto ciele dosiahnuť. Nio tým ukazuje, že budúcnosť elektromobilov nemusí spočívať iba vo väčších batériách a výkonnejších nabíjacích stojanoch. Rovnako dôležité bude aj to, ako inteligentne automobilky dokážu využiť techniku, ktorú už majú vo vozidle zabudovanú.
