Kendaraan Listrik: Revolusi Berkelanjutan di Sektor Transportasi
Latar Belakang
Berbeda dengan mobil bermotor bensin, mobil listrik tidak dengan mudah berkembang menjadi alat transportasi yang viable. Pada awal abad ke-20, mobil listrik secara gigih diteliti oleh peneliti; namun mobil bensin yang mudah diproduksi massal menumbuhkan minat pada proyek. Penelitian menurun dari 1920-1960 hingga isu lingkungan pencemaran dan sumber daya alam yang menurun membangun kembali kebutuhan akan alat transportasi yang lebih ramah lingkungan. Teknologi yang mendukung baterai yang andal dan bobot sejumlah baterai yang dibutuhkan meningkatkan biaya pembuatan kendaraan listrik. Di sisi positif, elektronik otomotif telah menjadi begitu canggih dan kecil sehingga ideal untuk aplikasi kendaraan listrik.
Sejarah
Pengembangan awal mobil difokuskan pada tenaga listrik daripada tenaga bensin. Pada tahun 1837, Robert Davidson dari Skotlandia tampaknya adalah pembuat mobil listrik pertama, tetapi baru pada tahun 1890-an mobil listrik diproduksi dan dijual di Eropa dan Amerika. Pada akhir 1890-an, jalan raya AS ditempati oleh lebih banyak mobil listrik daripada mobil dengan mesin pembakaran dalam.
Salah satu pembuat mobil listrik paling sukses di Amerika Serikat adalah William Morrison dari Des Moines, Iowa, yang mulai memasarkan produknya pada tahun 1890. Pionir lain termasuk S. R. dan Edwin Bailey, seorang ayah dan anak pembuat kereta di Amesbury, Massachusetts, yang memasang motor listrik dan baterai ke salah satu kereta mereka pada tahun 1898. Kombinasi ini terlalu berat untuk ditarik kereta, namun Bailey bertahan hingga tahun 1908 ketika mereka menghasilkan model praktis yang dapat menempuh sekitar 50 mi (80 km) sebelum baterai perlu diisi ulang.
Sebagian besar cerita mobil listrik sebenarnya adalah cerita pengembangan baterai. Baterai asam timbal ditemukan oleh H. Tudor pada tahun 1890, dan Thomas Alva Edison mengembangkan baterai nikel-besi pada tahun 1910. Versi Edison meningkatkan produksi mobil dan truk listrik, dan penemu itu sendiri tertarik pada masa depan mobil listrik. Dia menggabungkan upaya dengan Bailey ketika mereka memasang salah satu baterai penyimpanan baru miliknya ke salah satu kendaraan mereka, dan mereka mempromosikannya dalam serangkaian demonstrasi publik. Perusahaan Bailey terus memproduksi mobil listrik hingga tahun 1915, dan merupakan di antara lebih dari 100 perusahaan mobil listrik yang berkembang awal abad ini di Amerika Serikat saja. Perusahaan Detroit Electric Vehicle Manufacturing Company adalah yang terakhir bertahan, dan berhenti beroperasi pada tahun 1941.
Mobil listrik populer karena bersih, tenang, dan mudah dioperasikan; namun, dua perkembangan meningkatkan mobil bensin sebanyak itu sehingga persaingan tidak ada. Pada tahun 1912, Charles Kettering menemukan starter listrik yang menghilangkan kebutuhan untuk kincir tangan. Pada saat yang sama, Henry Ford mengembangkan proses garis perakitan untuk memproduksi Model T mobilnya. Perakitan efisien dan lebih murah daripada pembuatan mobil listrik. Dengan demikian, harga mobil bensin turun cukup untuk membuatnya terjangkau bagi setiap keluarga untuk memiliki mobil. Hanya troli listrik, kendaraan pengiriman yang sering berhenti, dan beberapa kendaraan listrik lainnya yang bertahan setelah tahun 1920-an.
Pada tahun 1960-an, minat pada mobil listrik naik lagi karena biaya eskalasi dan pasokan minyak yang menurun serta kekhawatiran tentang pencemaran yang dihasilkan oleh mesin pembakaran dalam. Kembalinya mobil listrik pada bagian terakhir abad ke-20, namun, telah dipenuhi dengan masalah teknis, pertanyaan serius tentang biaya dan performa, dan minat publik yang naik turun. Penggemar mendukung mobil listrik untuk konsumsi energi listrik rendah dan biaya, kebutuhan pemeliharaan rendah dan biaya, keandalan, emisi polutan minimal (dan manfaat yang sepadan bagi lingkungan), kemudahan operasi, dan output kebisingan rendah.
Sebagian minat yang dikembalikan telah didorong oleh regulasi. Legislatif California mewajibkan 2% mobil baru yang dijual di negara bagian tersebut dipowerkan oleh mesin nol emisi pada tahun 1998. Persyaratan ini meningkat menjadi 4% pada tahun 2003. Produsen berinvestasi dalam mobil listrik dengan asumsi bahwa minat publik akan mengikuti regulasi dan mendukung perlindungan kualitas udara dan lingkungan. General Motors (GM) memperkenalkan Impact pada Januari 1990. Impact memiliki kecepatan puncak 110 mph (176 kph) dan dapat menempuh 120 mi (193 km) pada 55 mph (88 kph) sebelum berhenti untuk pengisian ulang. Impact bersifat eksperimental, namun, nanti pada tahun 1990, GM mulai mengubah mobil uji menjadi model produksi. Baterai adalah kelemahan mobil listrik ini karena mereka perlu diganti setiap dua tahun, menggandakan biaya mobil dibandingkan dengan biaya operasional model bensin. Stasiun pengisian ulang tidak tersedia luas, dan komplikasi ketidaknyamanan dan biaya ini telah mencegah pembeli potensial. Pada tahun 1999, Honda mengumumkan bahwa akan menghentikan produksi mobil listriknya, yang diperkenalkan ke pasar pada Mei 1997, menyebutkan kurangnya dukungan publik karena halangan yang sama.
Komponen
Berbeda dengan baterai primer yang memiliki umur terbatas dari reaksi kimia yang menghasilkan energi, baterai tipe sekunder yang ditemukan pada kendaraan listrik adalah sel penyimpanan yang dapat diisi ulang. Baterai terletak dalam bentuk T di tengah mobil dengan bagian atas “T” di belakang untuk distribusi bobot yang lebih baik dan keselamatan. Baterai untuk mobil listrik telah dibuat menggunakan nikel-besi, nikel-seng, klorida-seng, dan asam timbal.
Bobot mobil listrik juga telah menjadi kesulitan desain yang berulang. Pada mobil listrik, baterai dan sistem penggerak listrik biasanya 40% dari bobot mobil, sedangkan pada mobil bermotor bensin, mesin, sistem pendingin, dan perangkat daya lain hanya menyumbang 25% dari bobot mobil.
Teknologi lain yang sedang dikembangkan mungkin menyediakan alternatif yang lebih dapat diterima oleh masyarakat dan rendah (jika tidak nol) emisi. Penggunaan sel bahan bakar dalam mobil hybrid adalah perkembangan yang paling menjanjikan di horizon, pada tahun 1999. Mobil hybrid memiliki dua sumber daya, satu listrik dan satu mesin pembakaran dalam. Mereka hanya beroperasi di kondisi paling efisien untuk masing-masing, dengan tenaga listrik untuk pengemudi berhenti dan berjalan di kecepatan rendah dan tenaga bensin untuk kecepatan dan jarak tol. Motor listrik menghemat bensin dan mengurangi pencemaran, dan bagian bensin membuat berhenti pengisian ulang yang tidak nyaman menjadi lebih jarang.
Sel bahan bakar memiliki sumber kimia hidrogen yang menyediakan elektron untuk menghasilkan listrik. Etanol, metanol, dan bensin adalah sumber kimia ini; jika bensin digunakan, sel bahan bakar mengkonsumsi lebih efisien daripada mesin pembakaran dalam. Prototyp sel bahan bakar telah berhasil diuji, dan Jepang mulai memproduksi mobil hybrid pada tahun 1998. Harapan lain di masa depan untuk mobil listrik adalah baterai lithium-ion yang memiliki densitas energi tiga kali lebih besar daripada baterai asam timbal. Tiga kali penyimpanan seharusnya menghasilkan tiga kali jarak tempuh, namun biaya produksi masih terlalu tinggi. Baterai lithium kini terbukti paling menjanjikan, namun pasokan terbatas bahan baku untuk membuat semua variasi baterai ini akan menghambat kemungkinan semua kendaraan dapat dikonversi ke tenaga listrik.
Bahan Baku
Rangka mobil listrik disebut space frame dan terbuat dari aluminium untuk kuat dan ringan. Roda juga terbuat dari aluminium daripada baja, lagi-lagi sebagai metode penghematan bobot. Bagian aluminium dicetak di pabrik cetak menggunakan cetakan khusus yang unik bagi produsen. Frame kursi dan inti stir terbuat dari magnesium, logam ringan. Badan terbuat dari komposit plastik tahan tabrakan yang dapat didaur ulang.
Baterai mobil listrik terdiri dari casing plastik yang mengandung anoda dan katoda logam serta cairan yang disebut elektrolit. Saat ini, baterai asam timbal masih paling umum digunakan, meskipun kombinasi cairan dan logam lain tersedia dengan baterai nikel metal hidride (NiMH) sebagai sumber daya berikutnya yang paling mungkin di horizon mobil listrik. Baterai mobil listrik menyimpan cairannya di bantal serap yang tidak akan bocor jika pecah atau ditusuk selama kecelakaan. Baterai dibuat oleh supplier spesialis. Mobil listrik seperti General Motors EV1 mengandung 26 baterai dalam unit berentuk T.
Motor atau sistem penggerak memiliki bagian logam dan plastik yang tidak memerlukan pelumas. Ini juga mencakup elektronik canggih yang mengatur aliran energi dari baterai dan mengontrol konversinya menjadi tenaga penggerak. Elektronik juga merupakan komponen kunci untuk panel kontrol yang terletak di konsol; sistem komputer papan operasi pintu, jendela, sistem pemantau tekanan ban, pendingin udara, memulai mobil, pemutar CD, dan fasilitas umum lainnya pada semua mobil.
Plastik, busa, vinyl, dan kain membentuk penutup dasbor, lapisan pintu, dan kursi. Ban terbuat dari karet, namun, tidak seperti ban standar, ini dirancang untuk diinflasi pada tekanan yang lebih tinggi sehingga mobil berguling dengan lebih sedikit hambatan untuk menghemat energi. Ban mobil listrik juga mengandung seal untuk menutupi kebocoran secara otomatis, juga untuk penghematan energi listrik. Ban yang dapat menyegel sendiri juga menghilangkan kebutuhan ban cadangan, fitur penghematan bobot dan bahan lainnya.
Kaca depan adalah kaca surya yang menjaga interior dari panas berlebih di matahari dan beku di musim dingin. Bahan yang menyediakan konservasi termal mengurangi drainase energi yang ditimbulkan oleh pemanas dan pendingin udara pada baterai.
Desain
Mobil listrik saat ini disebut “modern era production electric vehicles” untuk membedakannya dari serangkaian awal gagal dalam mencoba merancang mobil listrik berdasarkan model produksi mobil bensin yang ada dan dari mobil “kit” atau mobil listrik yang direkayasa pribadi yang mungkin menyenangkan dan fungsional tetapi tidak layak produksi. Dari tahun 1960-an hingga 1980-an, minat pada mobil listrik dalam, namun perkembangan lambat. Hambatan desain dari permintaan energi tinggi dari baterai tidak dapat diselesaikan dengan menyesuaikan desain. Akhirnya, pada akhir tahun 1980-an, insinyur otomotif memikirkan ulang masalah dari awal dan mulai merancang mobil listrik dari dasar dengan pertimbangan besar terhadap aerodinamika, bobot, dan efisiensi energi lainnya.
Space frame, frame kursi, roda, dan badan dirancang untuk kekuatan tinggi untuk keselamatan dan bobot yang ringan mungkin. Ini berarti konfigurasi baru yang memberikan dukungan untuk komponen dan penumpang dengan massa minimal dan penggunaan bahan canggih termasuk aluminium, magnesium, dan plastik komposit canggih. Karena tidak ada sistem pembuangan, bawah mobil dibuat aerodinamis dengan pelat perut penuh. Detail tambahan harus dihilangkan sambil meninggalkan kenyamanan yang diinginkan pengemudi dan menambahkan pertimbangan baru yang unik untuk mobil listrik. Salah satu detail yang dihilangkan adalah ban cadangan. Detail antena seperti tongkat dihapus; itu menyebabkan hambatan angin yang merampas energi dan menggunakan energi untuk mengangkat dan menurunkannya. Pertimbangan tambahan adalah sistem peringatan pejalan kaki; tes prototipe menunjukkan mobil listrik berjalan begitu tenang sehingga pejalan kaki tidak mendengarnya mendekati. Lampu berkedip dan bunyi yang diaktifkan pengemudi memperingatkan pejalan kaki bahwa mobil mendekati dan bekerja otomatis saat mobil mundur. Kaca depan kaca surya juga merupakan penambahan penting untuk mengatur suhu interior dan meminimalkan kebutuhan akan pendingin udara dan pemanas.
Di antara banyak fitur desain dan rekayasa lainnya yang harus dipertimbangkan dalam produksi mobil listrik adalah berikut:
- Baterai yang menyimpan energi dan mempower motor listrik adalah ilmu yang tersendiri dalam desain mobil listrik, dan banyak opsi yang sedang diteliti untuk menemukan baterai paling efisien yang juga aman dan hemat biaya. Motor listrik yang mengonversi energi listrik dari baterai dan mentransmisikannya ke sistem penggerak. Motor arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC) digunakan dalam sistem penggerak atau propulsi mobil listrik, namun motor AC tidak menggunakan brush dan memerlukan pemeliharaan lebih sedikit.
- Pengontrol yang mengatur aliran energi dari baterai ke motor memungkinkan kecepatan yang dapat disesuaikan. Resistor yang digunakan untuk tujuan ini dalam perangkat listrik lain tidak praktis untuk mobil karena mereka menyerap terlalu banyak energi sendiri. Sebaliknya, silikon-controlled rectifiers (SCR) digunakan. Mereka memungkinkan daya penuh pergi dari baterai ke motor tetapi dalam impuls sehingga baterai tidak overworked dan motor tidak kekurangan daya.
- Jenis rem apa pun dapat digunakan pada mobil listrik, namun sistem rem regeneratif juga disukai pada mobil listrik karena mereka merekayasa kembali sebagian energi yang hilang selama pengemudian dan menyalurkannya kembali ke sistem baterai.
- Dua variasi pengisi diperlukan. Pengisi ukuran penuh untuk pemasangan di garasi diperlukan untuk mengisi ulang mobil listrik selama malam hari, namun pengisi portabel (disebut pengisi kenyamanan) adalah peralatan standar untuk bagasi sehingga baterai dapat diisi ulang dalam darurat atau jauh dari rumah atau stasiun pengisian. Untuk keselamatan, pengisi induktif dibuat untuk mobil listrik dengan palet yang dimasukkan ke bagian depan mobil. Ini menggunakan energi magnet untuk mengisi ulang baterai dan membatasi potensi kecemaran listrik.
Proses Manufaktur
Proses manufaktur membutuhkan hampir banyak pertimbangan desain seperti kendaraan itu sendiri; dan desain tersebut termasuk kerajinan tangan dan simplifikasi serta beberapa pendekatan canggih. Para pengrakit bekerja dalam tim stasiun pembangunan untuk memupuk semangat tim dan dukungan saling, dan bagian disimpan dalam unit modular yang disebut creform racki dari tabung plastik dan kuncing fleksibel yang mudah diisi dan diubah bentuk untuk bagian yang berbeda. Di sisi canggih, setiap stasiun dilengkapi dengan satu kunci torsi dengan beberapa kepala; ketika pengrakit mengunci pada ukuran kepala yang sesuai, kontrol komputer untuk mesin memilih pengaturan torsi yang benar untuk pengikat yang cocok dengan kepala tersebut.
Body shop
Badan untuk mobil listrik dibuat secara tangan di enam stasiun kerja.
- 1 Bagian space frame aluminium dipasang bersama dalam bagian yang disebut subrakitan yang dibangun dari bagian prabuatan yang dipersatukan atau ditempel. Lem adalah bahan perekat, dan memberikan koneksi yang lebih awet dan lebih kaku daripada pengelasan. Saat subrakitan untuk badan bawah mobil selesai, mereka ditempel satu sama lain hingga seluruh badan bawah selesai.
- 2 Subrakitan untuk bagian atas badan juga ditempel untuk membuat bagian yang lebih besar. Bagian yang selesai kemudian sama dipersatuan atau ditempel hingga frame badan selesai. Badan ditambahkan ke badan bawah. Perekat yang digunakan selama perakitan bertahap frame kemudian dikeringkan dengan mengirim badan melalui oven dua tahap.
- 3 Atap dipasang. Seperti bagian lain dari eksterior, ia sudah dicat. Badan bawah dan sisa frame dilapisi pelindung, dan badan yang selesai dipindahkan ke area perakitan umum.
Perakitan umum
Perakitan umum komponen operasional dan interior mobil listrik diselesaikan di delapan stasiun kerja lainnya.
- Di stasiun perakitan pertama, rangkaian elektronik kompleks pertama dari mobil listrik ditempatkan. Ini termasuk kabel badan dan penempatan Power Electronics Bay yang menyimpan Propulsion Control Module, unit drive terintegrasi, dan radiator kecil. Unit drive terintegrasi terdiri dari motor induksi arus bolak-balik dan pengurangan gigi dua tahan serta diferensial. Unit-unit ini semua telah dirakit sebelumnya dalam
Proses manufaktur untuk membuat kendaraan listrik sekompleks desain kendaraan. Membutuhkan enam stasiun kerja untuk membuat badan kendaraan listrik. Setiap stasiun dilengkapi dengan satu kunci torsi dengan beberapa kepala; ketika pengrakit mengunci pada ukuran kepala yang sesuai, kontrol komputer untuk mesin memilih pengaturan torsi yang benar untuk pengikat yang cocok dengan kepala tersebut. casingnya sendiri. Komponen konsol kontrol juga dipasang.
- Interior dilengkapi. Lantai, kursi, karpet, dan konsol serta dasbor ditempatkan di mobil. Prosesnya sederhana karena panel instrumen dan penutup konsol terbuat dari urethane bolster fiberglass yang dilapisi dengan lebih banyak urethane finishing quality dan dengan permukaan non-reflektif. Dua bagian ini kuat dan tidak memerlukan dukungan lain, bracket, atau plat pemasang. Perakitan sederhana, dan performa unggul karena kurang banyak bagian mengurangi kemungkinan dering dan derit.
- Di stasiun kerja ketiga, sistem pendingin, pemanas, dan sirkulasi dimasukkan, dan sistem diisi.
- Pack baterai ditambahkan. Unit berentuk T ditempatkan dengan mengangkat pack berat menggunakan penangkat khusus ke dalam mobil. Pack dilekatkan pada chassis, sama seperti poros lengkap dengan roda dan ban. Dengan kedua baterai dan unit propulsi sudah terpasang, mobil tidak perlu dipindahkan dari stasiun ke stasiun pada dolly yang dirancang khusus. Sebaliknya, mobil dikemudi ke stasiun kerja yang tersisa. Sistem dihidupkan dan diperiksa sebelum dikemudi ke tim berikutnya.
- Kaca depan dipasang dan cairan lain ditambahkan dan diperiksa. Sistem pintu (lengkap dengan interior vinyl, pengangku lengan, elektronik, dan jendela) juga dipasang, dan semua koneksi diselesaikan dan diperiksa. Panel eksterior ditambahkan. Mirip dengan atap dan pintu, mereka telah dipersiapkan dan dicat sebelum dibawa ke stasiun kerja. Hiasan akhir dipasang untuk menyelesaikan eksterior atas.
- Di stasiun kerja akhir, perataan diperiksa dan disesuaikan, dan panel badan bawah dibaut ke tempat. Proses berakhir dengan pemeriksaan kualitas komprehensif terakhir. Air tekanan disemprotkan pada kendaraan selama delapan menit, dan semua seal diperiksa untuk kebocoran. Pada lintasan uji khusus, mobil diperiksa untuk kebisingan, derit, dan dering pada tes berkualitas. Inspeksi visual yang panjang dan menyeluruh menyelesaikan audit kualitas.
Unik untuk kendaraan listrik adalah pack baterai. Pack baterai terdiri dari baterai tipe sekunder yang dapat diisi ulang yang bertindak sebagai sel penyimpanan. Baterai terletak dalam bentuk T di tengah mobil dengan bagian atas “T” di belakang untuk distribusi bobot yang lebih baik dan keselamatan.
Kontrol Kualitas
Industri telah terbukti bahwa stasiun kerja adalah metode yang sangat efektif untuk menyediakan kontrol kualitas di seluruh proses perakitan. Setiap stasiun kerja memiliki dua anggota tim untuk saling mendukung dan memberikan pemeriksaan internal pada bagian mereka dari proses. Pada garis perakitan yang relatif kecil seperti ini untuk mobil listrik (75 pengrakit di pabrik General Motors), pekerja semua saling mengenal, jadi juga ada semangat tim yang lebih besar yang meningkatkan kebanggaan dan kerja sama. Akibatnya, satu-satunya operasi kontrol kualitas utama menyelesaikan proses perakitan dan terdiri dari serangkaian tes dan inspeksi komprehensif.
Unik untuk manufaktur mobil listrik, operasi mobil telah diuji selama langkah-langkah perakitan akhir. Mobil tidak memiliki sistem pembuangan dan tidak mengeluarkan gas atau polutan, jadi, setelah pack baterai dan unit propulsi dipasang, mobil dapat dikemudi di dalam pabrik. Bukti bahwa produk bekerja beberapa langkah sebelum selesai adalah pemeriksaan kualitas yang menenangkan.
Produk Samping/Limbah
Tidak ada produk samping dari pembuatan mobil listrik. Limbah di pabrik perakitan juga minimal hingga tidak ada karena bagian, komponen, dan subrakitan semuanya dibuat di tempat lain. Potongan dan limbah lainnya direkap oleh supplier ini, dan sebagian besar dapat didaur ulang.
Masa Depan
Mobil listrik sangat penting untuk masa depan industri otomotif dan lingkungan; namun, bentuk mobil listrik yang akhirnya akan diterima dan penerimaannya oleh publik masih tidak pasti. Konsumsi pasokan minyak yang menurun, kekhawatiran tentang pencemaran udara dan kebisingan, dan pencemaran yang disebabkan (dan energi yang dikonsumsi) oleh mobil yang ditinggalkan serta komplikasi daur ulang mobil bensin adalah semua kekuatan pendorong yang tampaknya mendorong menuju keberhasilan mobil listrik.
