Když elektromobil značky Nio zastaví u nabíjecího stojanu, část jeho pohonu má ještě práci před sebou. Vinutí, které za jízdy potřebuje elektromotor, pomáhá při nabíjení zvýšit napětí dodávané stanicí. Díky tomu lze baterii vozu s 925voltovou architekturou dobíjet i ze staršího stojanu s nižším napětím. Čínská automobilka tento systém sériově vyrábí už od prosince 2024, podrobnosti o jeho konstrukci ale zveřejnila až poté, co za něj získala významné technické ocenění.
U rychlonabíjecích stanic řidiče obvykle zajímá především výkon v kilowattech. Pro konstruktéra elektromobilu je ovšem stejně důležité, jaké napětí stanice dokáže dodat. Dobře je to vidět právě na příkladu automobilky Nio. Její pohonná soustava pracuje s napětím 925 voltů, zatímco část starších nabíjecích stojanů byla navržena pro podstatně nižší napětí. Pokud vůz nedokáže tento rozdíl překlenout, mohou být jeho možnosti nabíjení u takové stanice omezené.
Nio rozdíl řeší přímo ve voze. Jakmile je při nabíjení potřeba zvýšit vstupní napětí, využije soustava měděné vinutí elektromotoru jako indukční prvek měniče. Tok elektrické energie přitom řídí výkonová elektronika osazená polovodiči z karbidu křemíku. Za jízdy obě součásti pracují pro pohon vozu. Po připojení kabelu se jejich úloha změní a společně se podílejí na úpravě napětí pro baterii.
Bylo by tedy nepřesné představovat si, že se celý elektromotor po zaparkování promění v nabíječku. Konstruktéři využili elektrických vlastností jeho vinutí, které by jinak v tu chvíli zůstalo bez práce. Pro automobilku má takové uspořádání praktickou výhodu. Část hardwaru, který by samostatný měnič potřeboval, má totiž vůz na palubě už kvůli pohonu.
Pro nabíjení s využitím této funkce udává Nio maximální výkon 202,78 kW. Ani u vozu s tímto systémem ovšem nelze očekávat, že se uvedená hodnota objeví na displeji při každé zastávce. Záleží na tom, co je schopna dodat konkrétní stanice a jaký výkon v danou chvíli přijme baterie. Přínos řešení spočívá především v tom, že si automobil dokáže poradit i se stojanem, jehož výstupní napětí by jinak jeho vysokonapěťové soustavě nevyhovovalo.
Pět metrů mědi a 24 přesných ohybů
Samotné vinutí si zaslouží pozornost i z jiného důvodu. V řadě dnešních elektromotorů se používá takzvané vlásenkové vinutí, známé pod anglickým označením hairpin. Název poměrně přesně popisuje, jak takový díl vypadá. Měděný vodič se ohne do tvaru vlásenky, vloží se do statoru a jeho konce se svaří s dalšími vodiči. Celé vinutí tak postupně vzniká z mnoha kratších dílů. S každým dalším dílem přibývají i místa, kde je potřeba měď spojit.
Mohlo by vás zajímat
Nio vyvinulo vlastní postup označovaný jako W-Pin. Jde o spojité vlnové vinutí, při jehož výrobě se používá dvanáct plochých měděných vodičů. Každý z nich měří přibližně pět metrů a při tvarování zůstává v jednom kuse. Díky tomu lze omezit počet elektrických spojů. Právě na nich vznikají ztráty a každý spoj zároveň představuje místo, které může být z hlediska dlouhodobé spolehlivosti slabinou.
Co se ušetří na spojování mědi, o to náročnější je její tvarování. Výrobní zařízení musí na vodičích vytvořit 24 přesných ohybů a zároveň zachovat neporušenou izolační vrstvu. U motoru pracujícího s tak vysokým napětím záleží i na tom, v jakém stavu zůstane izolace v místě ohybu. Automobilka uvádí, že při výrobě dokáže dodržet tloušťku izolace 0,14 milimetru a výrobní tolerance udržet v rozmezí 0,02 milimetru.
Kolik výkonu připadá na kilogram motoru
Konstruktéři sledovali také to, kolik výkonu získají z každého kilogramu elektromotoru. Výsledná hodnota činí 19,06 kW na kilogram jeho hmotnosti. U řídicí jednotky pohonu se používá jiný údaj, který vyjadřuje, kolik výkonu připadá na prostor, jejž jednotka zabírá. V tomto případě dosahuje objemová hustota výkonu 226,92 kW na litr.
Obě hodnoty mají význam i mimo technickou dokumentaci. Hmotnost pohonu se promítá do celkové hmotnosti vozu a s ní také do spotřeby energie a dojezdu. Rozměry součástí zase ovlivňují, kam je lze umístit a kolik místa kolem nich potřebují ostatní části automobilu. Když se konstruktérům podaří soustředit potřebný výkon do menšího prostoru, mají větší volnost při návrhu celého vozu. Využití některých součástí pohonu také při nabíjení sleduje stejný cíl. Každý díl, který zvládne obě úlohy, může ušetřit místo i hmotnost.
Proč se pohon zkoušel v podmínkách odpovídajících výšce 5 500 metrů
Mezi konstrukčně nejnáročnější části celého systému patří elektrická izolace. Pro provozní zkoušky přitom byla důležitá i zdánlivě vzdálená otázka nadmořské výšky. S rostoucí výškou je vzduch řidší a zhoršují se jeho izolační vlastnosti. U vysokonapěťové soustavy se proto problém, který při běžném tlaku nenastane, může projevit až při zkoušce v simulovaných horských podmínkách.
Pohon strávil více než 500 hodin v prostředí odpovídajícím nadmořské výšce 5 500 metrů. Další část programu prověřovala, jak izolace a jednotlivé komponenty snášejí dlouhodobé působení tepla. Za vysokých teplot systém pracoval nepřetržitě déle než 1 300 hodin, aniž by se při této zkoušce objevila porucha. K tomu se přidaly intenzivní vibrace a teplotní zkoušky v rozsahu od minus 40 do plus 85 stupňů Celsia. Vedle výkonu tak konstruktéři ověřovali především to, zda si pohon zachová spolehlivost i při dlouhodobém zatížení.
Řidiči už technologii používají
Na vývoji spolupracovala automobilka Nio s univerzitami Tongji a Harbin University of Science and Technology a se společností Baoshan Iron & Steel. Projekt získal první cenu Čínské společnosti automobilových inženýrů za vědecký a technologický pokrok. Právě ocenění přitáhlo k pohonu pozornost a výrobce při této příležitosti zveřejnil i některé dosud neznámé technické údaje. Pro majitele vozů ovšem nejde o hudbu budoucnosti. Sériová výroba začala v prosinci 2024 a systém už využívá několik modelů značek Nio a Onvo.
Mohlo by vás zajímat
S projektem je spojeno 146 udělených patentů a jeho tvůrci se podíleli také na přípravě šesti čínských národních norem pro automobilový průmysl. Pro řidiče má celý vývoj docela konkrétní výsledek. Když přijede ke starší stanici, o možnostech nabíjení rozhoduje i to, co dokáže vůz udělat s napětím na konci kabelu. V případě Nia přitom část potřebné práce obstará stejné měděné vinutí, které ještě před chvílí sloužilo k pohonu auta.
