Alko kalkulačka
Jaké.auto Informace o autech podle značky a modelu

Toyota si zahrála na malého chemika a vymyslela další snížení ceny elektromobilů

Tomáš Dusil Tomáš Dusil 13. 3. 2018 • 17:06
9
26
Zobrazit náhledy (9)
Toyota Toyota Toyota Toyota
Toyota vyvinula nový permanentní magnet, který lépe odolává vysokým teplotám, aniž k tomu potřebuje vzácně se vyskytující kovy.

Elektromobily a hybridní vozidla sice mají potenciál dopravy blízké budoucnosti, avšak stále nad nimi visí řada otazníků. Pokud opomeneme fakt, že produkované emise nejsou vždy tak nízké či v případě elektromobilů nulové, jak se automobilky rádi chlubí, jde také o ceny použité technologie.

Třeba nezbytné elektromotory, které auto pohánějí, mají ve svých útrobách permanentní magnety. Obecně vzato, permanentní magnety se ještě v nedávné době vyráběly z materiálu na bázi samaria a kobaltu. V posledních letech ale došlo k průlomu, takže samarium a kobalt byly nahrazeny neodymem, přesněji sloučeninou Nd2Fe14B.

Velmi důležitou vlastností permanentních magnetů je takzvaná koercivita (někde se užívá také výrazu koercitivita). Jde o schopnost magnetu vytvářet magnetické pole. Právě použití neodymu přineslo zvýšení koercivity permanentním magnetům.

Příliš tepla škodí

Neodym je měkký stříbřitě bílý kovový prvek, zástupce skupiny lanthanoidů. V přírodě se neodym vyskytuje pouze ve sloučeninách, navíc v poměrně malém obsahu, konkrétně 23 až 28 mg/kg. Navíc zatím chybějí údaje o tom, zda se nachází také v mořské vodě.

Největší problém neodymu představuje vlastnost, podle níž se zvyšující se teplotou klesá jeho koercivita. A to již při teplotě nad 80 stupňů. V tomto ohledu si stály starší permanentní magnety na bázi samaria a kobaltu (takzvané samariové) lépe, neboť byly schopné odolávat i teplotám 300 stupňů.

Aby se zvýšila schopnost tvořit magnetické pole u neodymu i za vyšších teplot, je potřeba do něj přidat vhodné přísady. Konkrétně se jedná o terbium a dysprosium, oboje taktéž prvky skupiny lanthanoidy. Při jejich použití lze zvýšit hranici teploty, při níž dochází u neodymu k poklesu koercivity na přibližně 180 stupňů.

Problém je, že terbium a dysprosium jsou velmi vzácně se vyskytující prvky v přírodě, opět pouze ve sloučeninách. Obsah dysprosia je 3 až 4,5 mg/kg koncentrace v zemské kůře, terbia pak 0,9 mg/kg.

Nahradit je lze

Dle Toyoty lze neodym částečně nahradit prvky lanthanem a cerem. Současně se tím eliminuje potřeba terbia a dysprosia. Lanthan taktéž patří do skupiny prvků lanthanoidy, jak ostatně název napovídá. V přírodě se vyskytuje pouze ve sloučeninách, avšak v mnohem větší koncentraci než terbium, dysprosium a neodym. Konkrétně je v zemské kůře jeho koncentrace 18 až 30 mg/kg. Cer, který je rovněž zástupcem lanthanoidů, je dokonce v zemské kůře nejvíce zastoupeným prvkem lanthanoidů s koncentrací 46 až 60 mg/kg.

Použití lanthanu a ceru místo terbia a dysprosia přinese dostatečnou tepelnou odolnost permanentnímu magnetu při zachování vysokého stupně koercivity, tedy alespoň dle informací Toyoty.

Při vývoji nového typu permanentního magnetu řešili inženýři japonské automobilky několik technologií. Předně byla snaha zjemnit zrna magnetu, a to až na přibližně desetinu velikosti zrna u současných neodymových magnetů. Současně ale zvětšili oblast ohraničení zrn.

Druhým cílem bylo zvýšit efektivitu využití neodymu. A to zvětšením jeho koncentrace na povrchu zrn magnetu. U současných neohmových permanentních magnetů je neodym rozprostřen rovnoměrně v zrnech magnetu, což ovšem znamená, že je potřeba jeho větší množství.

Třetí klíčovou oblastí vývoje nového typu permanentního magnetu bylo najít poměr mezi uplatněním lanthanu a ceru. Ten je klíčový právě pro zvýšení koercivity. V opačném případě by naopak došlo k jejímu snížení.

A kdy lze nové permanentní magnety očekávat ve výrobě? Dle Toyoty bychom se jich mohli dočkat v příští dekádě, a sice coby součástky elektromechanických posilovačů řízení. V elektromotorech coby poháněcím ústrojí se údajně objeví v horizontu příštích deseti let.

Témata
14. 3. 2018 20:51
Re: Takže
"Cost no object" je takový inženýrský ekvivalent pornografie. Samozřejmě je otázka, o co se snažíš. Obyčejné věci nejsou moc zajímavé. Ale když se tlačí na hranice možného, kdy nejde o cvičení na pět minut, ale jdou do toho deseti tisíce hodin, myslelo se na všechno, na ničem se nešetřilo, to je krása. Vůbec mi nevadí, když je to naprostý overkill. Je to o dokonalosti. O dosažení toho nejlepšího možného. Ne o lenosti (případně ekonomičnosti, u kusovek), kdy neřešíš peníze a prostě použiješ, co funguje, nesnažíš se o optimalizaci.

Šetření může být také zajímavé. Ale takové to elegantní, sofistikované. Díky tomu můžou být i obyčejné věci zajímavé. Muset se vejít do rozpočtu je rozhodně výzva. Šunt však zajímavý není.

Mám rád, když se věci navrhují se značnými rezervami. Když se na to podíváš, tak je ti jasné, že to specifikaci musí splnit s prstem v nose. Ano, je to drahé. Ale když vidíš tu vymakanost a že jim tam neseděl ekonom, který to seškrtal do posledního halíře na to nejnutnější minimum, to se mi líbí. Je v tom vidět ten čas, komponenty, technologie. Poctivý produkt. Žádný marginální ojeb. Radost se na to dívat.

Opravdu zajímavé to pak je, když se stane hmotnost kritickou. Na penězích nemusí moc záležet, ale všechno něco váží.

Také mají řadu výjimek, např. v rámci RoHS, na které řada sektorů nedosáhne. Běžné komerční součástky bude problém sehnat ve staré non-RoHS verzi. Kolikrát s tím pak byly problémy. Tohle nečekaně zasáhlo právě sektory s výjimkami. Starali se o to, aby měli výjimky, ale nenapadlo je, že to dodavatelé přestanou dělat, protože se trh posunul.
14. 3. 2018 12:29
Re: Takže
Jj souhlas :yes:

Akorat je mezi nami rozdil v tom, ze ja navrhy typu "cost no object" rad nemam.
Pro me je value for money jednim z nejdulezitejsich parametru.
A take skutecny dukaz dobreho inzenyrstvi.
Jsem presvedcenej o tom, ze vyborny EV je schopna postavit kazda automobilka.
Ale za jakou cenu? :-)
Ja nejsem ochotnej platit JEN za image. Jsem ochotnej zaplatit vic za neco, v cem je skutecne alespon o neco vic.

Nejhorsi pripad je kdyz platis vic a dostavas min, resp. vic JEN na papire >:D
Asi vis kam mirim..

K te silene specifikaci. To neni jen tvuj dojem, ale realita a snaha o plneni norem. Automotive specifikace soucastky atd.
[odkaz]
Citace:

“The requirements are more stringent than computer. They are more comparable to medical,” said Panzica. He said manufacturers must meet the TS16949 specification, an ISO standard aimed at the development of a quality management system that provides for continuous quality improvement, defect prevention and reduction of variation and waste in the supply chain.

To je dalsi plus Tesla a hlavne i Space X, ze toto prolamuje. Treba ten IGBT (to nevim, myslim si to) mozna klasifikovali komercni soucastku pro automotive. Kazdopadne tento zpusob pouzivaji. Ve Space X jsou ty rozdily samozrejme jeste mnohem vetsi, mezi komercni soucastkou a soucastkou pro military and space :-)

K tomu BMW, to jsem nevedel. No alespon to vyplnili necim smysluplnym. Ale stejne je to strasne slozite.
14. 3. 2018 10:42
Re: Takže
Jak říkám, osvědčená a levná. 14 paralelně, 84 celkem, pokud si dobře vzpomínám.

Nejspíš ano. Také to od nich čekám. Stejně jako drahé články určené pro elektromobily, místo masově dostupných článků ve formátu určeném pro spotřební elektroniku. Jak říkám, z Tesly je cítit pragmatismus. Žádná honba za "cutting edge", tím nejlepším řešením. Vždy mi přijde, jak kdyby automobilky měly nějakou šílenou interní specifikaci, které se musí držet (odolnost vůči vibracím a kdo ví, co všechno tam mohli vymyslet; automobilový průmysl je celkem náročný a dělá se pro něj řada speciálních komponent). Nebo nějaká pravidla pro vývoj elektroniky, kterých se jejich inženýři musí držet. Takže používají hodně drahé součástky (objem by to srazil, ale ten nemají). Není tam ta "can do" mentalita. Jsem perfekcionista, takže se mi "cost no object" návrhy líbí. Ale nemůžeš takhle přistoupit k elektromobilu, pokud na něm chceš vydělat.

Já většinou plním racky, takže je klasický sendvič velmi úsporný. S deskou širokou 30 cm je trojúhelník obrovský. Pokud je taková chladící kapacita zbytečná, tak je to plýtvání prostorem. Tady je to samozřejmě pochopitelné, když se zvládnou vejít na daný prostor. Pěkně symetrické, dle mého gusta.

Jinak to uspořádání počítá v tom prázdném prostoru naproti s generátorem (REx), nebo s tepelným čerpadlem (nemůžeš mít oboje), pokud se nepletu.
14. 3. 2018 00:01
Re: Takže
Kto nechce vidieť, nevidí, darmo vysvetľuješ. Bolo to tu už 100x písané a tí ístí ľudia melú aj tak dookola to isté.
13. 3. 2018 22:05
Re: Takže
Je to hlavne naprosto bezna soucastka.

Myslim, ze jich maji 6 paralelne.

Nevim presne co pouziva treba i3, ale typuju velke a drahe IGBT moduly.

Jak pises pragmatismus, to je presne ono. A neni to spatne, naopak.

Jinak Tesla chtela vyplnit valec o stejnem prumeru jako motor.
Tak pro tri faze pouzila usporadani do trojuhelniku.
[odkaz] viz take velmi dobre video.
Je to jednoduche a pragmaticke, tudiz levne (rozumej relativne).

Sendvicova struktura je samozrejme nejbeznejsi. Viz treba menic Priusu.
[odkaz]

A podivej se, jak premysli Tesla a jak BMW.
[odkaz]
[odkaz]
Uz jen podle toho usporadani bych rekl, ze i3 neni dobre ;-) A to mam BMW rad :-)

Bazar

Kupte nebo prodejte auto za nejlepší ceny
Vložit inzerátZobrazit nabídku