Принцип работы электромобиля
Autoservice-ryazan.ru

Автомобильный портал

Принцип работы электромобиля

Maksim0203 › Блог › Электрический автомобиль

Электрический автомобиль, хотим мы этого или нет, является безусловным и неотвратимым будущим автомобилестроения, при этом будущим ближайшим. Многие производители по всему миру вкладывают значительные средства в разработку электромобилей, чему способствует неуклонный рост цен на нефтепродукты, необходимость снижения вредных выбросов от автомобиля, а также разработки устройств хранения энергии, технологий энергопотребления.

В настоящее время крупнейшими рынками электрических автомобилей являются США, Япония, Китай и ряд европейских стран (Франция, Нидерланды, Норвегия, Германия, Великобритания). Из производителей электрокаров выделяются компании Nissan (Leaf), Mitsubishi (I MiEV), Toyota (RAV4EV), Honda (FitEV), Ford (Focus Electric), Tesla (Roadster и Model S), Renault (Fluence Z.E. и ZOE), BMW (Active C), Volvo (C30 Electric). Наша страна пока находится в стороне и от производства и от потребления электромобилей, за исключением разработок отдельных энтузиастов (известная Lada Ellada не в счет, она построена на импортных комплектующих).

Под термином «электрический автомобиль» или «электромобиль» понимается транспортное средство, которое приводится в движение одним или несколькими электрическими двигателями. При этом питание электромотора может осуществляться от аккумуляторной батареи, солнечной батареи или топливных элементов. Наибольшее распространение получила конструкция электромобиля с питанием от аккумуляторной батареи.

Аккумуляторная батарея требует регулярной зарядки, которая может осуществляться от внешних источников тока, путем рекуперации энергии торможения, а также от генератора на борту электромобиля. Генератор приводится от двигателя внутреннего сгорания, но такая схема, по сути, электромобилем уже не является, а относится к одной из разновидностей гибридного автомобиля.


Устройство электрического автомобиля
В отличие от автомобиля с двигателем внутреннего сгорания электромобиль имеет более простую конструкцию, включающую минимальное количество движущихся частей, а значит более надежную.
Основными конструктивными элементами электрического автомобиля являются: аккумуляторная батарея, электродвигатель, трансмиссия, бортовое зарядное устройство, инвертор, преобразователь постоянного тока, электронная система управления.

Тяговая аккумуляторная батарея обеспечивает питание электродвигателя. На электромобиле, в основном, используются литий-ионная аккумуляторная батарея, которая состоит из ряда соединенных последовательно модулей. На выходе аккумуляторной батареи снимается напряжение постоянного тока порядка 300В. Емкость батареи должна соответствовать мощности электродвигателя.

Одним из основных элементов электромобиля является электродвигатель, который служит для создания необходимого для движения крутящего момента. В качестве тягового электродвигателя используют трехфазные синхронные (асинхронные) электрические машины переменного тока мощностью от 15 до 200 и более кВт. В сравнении с ДВС электродвигатель имеет высокую эффективность и меньшие потери энергии. КПД электродвигателя составляет 90% против 25% у ДВС.

Основными преимуществами электродвигателя являются:
— реализация максимального крутящего момента во всем диапазоне скоростей;
— возможность работы в двух направлениях без дополнительных устройств;
— простота конструкции, воздушное охлаждение;
— возможность работы в режиме генератора.

В ряде конструкций электромобилей используется несколько электродвигателей, которые приводят отдельные колеса, что значительно повышают тяговую мощность транспортного средства. Электродвигатель может быть помещен непосредственно в колесо автомобиля, сокращая до минимума трансмиссию. Но такая схема электромобиля увеличивает неподрессоренные массы и ухудшает управляемость.

Трансмиссия электромобиля достаточно проста и на большинстве моделей представлена одноступенчатым зубчатым редуктором. Бортовое зарядное устройство позволяет заряжать аккумуляторную батарею от бытовой электрической сети. Инвертор преобразует высокое напряжение постоянного тока аккумуляторной батареи в трехфазное напряжение переменного тока, необходимое для питания электродвигателя.

Преобразователь постоянного тока обеспечивает зарядку дополнительной двенадцативольтовой аккумуляторной батареи, которая используется для питания различных потребителей электроэнергии (электроусилитель рулевого управления, электрический отопитель салона, кондиционер, система освещения, стеклоочистители, аудиосистема и др.)

Электронная система управления выполняет в электрическом автомобиле несколько функций, направленных на обеспечение безопасности, энергосбережение и комфорт пассажиров:

— управление высоким напряжением;
— регулирование тяги;
— обеспечение оптимального режима движения;
— управление плавным ускорением;
— оценка заряда аккумуляторной батареи;
— управление рекуперативным торможением;
— контроль использования энергии.

Конструктивно система объединяет ряд входных датчиков, блок управления и исполнительные устройства различных систем электромобиля. Входные датчики оценивают положение педали газа, педали тормоза, селектора переключения передач, давление в тормозной системе, степень заряда аккумуляторной батареи. На основании сигналов датчиков блок управления обеспечивает оптимальное для конкретных условий движение электромобиля. Основные параметры работы электромобиля (потребление энергии, восстановление энергии, остаточный заряд аккумуляторной батареи) визуально отображаются на панели приборов.Эксплуатация электромобиля
Несмотря на внешнее сходство и аналогичные органы управления, эксплуатация электромобиля существенным образом отличается от эксплуатации автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Именно эксплуатационные проблемы сдерживают массовое использование электромобиля, среди которых:

— высокая стоимость;
— ограниченная автономность;
— значительное время заряда аккумуляторов.

Высокую стоимость автомобиля во многом определяет цена аккумуляторной батареи. Несмотря на отличные эксплуатационные характеристики, литий-ионная аккумуляторная батарея очень дорогая в производстве и помимо этого имеет ограниченный ресурс (5-7 лет). Это заставляет разрабатывать новые источники тока (топливные элементы), способы хранения энергии (суперконденсаторы, маховики), совершенствовать конструкцию тяговых аккумуляторных батарей (литий-полимерные аккумуляторы).

Текущие расходы на содержание электрического автомобиля значительно ниже (в 3-4 раза) расходов на содержание автомобиля с ДВС и зависят, в основном, от стоимости электроэнергии. Эксплуатация электромобиля экономически выгодна в странах, где производство электроэнергии в меньшей степени зависит от ископаемого топлива.

Одна из самых серьезных проблем эксплуатации электромобиля его невысокая степень автономности. Величина пробега электромобиля без подзарядки зависит от многих факторов: емкости аккумуляторной батареи, характера и условий движения, стиля вождения, степени использования вспомогательных систем. В настоящее время средняя дальность использования электромобиля составляет порядка 150 км при скорости движения 70 км/ч. При движении с большей скоростью, пробег резко уменьшается, например, при скорости 130 км/ч (нормальная шоссейная скорость) он составляет уже 70 км. Именно поэтому электромобиль в большинстве своем позиционируется как транспортное средство для городских поездок.

Современные технологии позволяют увеличить степень автономности электромобиля до 300 и более км, среди которых следует отметить систему рекуперативного торможения (возвращает до 30% затрачиваемой энергии), аккумуляторы повышенной емкости, электронная оптимизация процессов движения.

Неотъемлемым атрибутом эксплуатации электромобиля является необходимость периодической зарядки аккумуляторной батареи, которая занимает много времени. Решение данной проблемы реализуется по нескольким направлениям:

нормальная зарядка аккумуляторной батареи (осуществляется от бытовой электрической сети мощностью 3-3,5 кВт, предполагает установку на электромобиле специального зарядного устройства, продолжительность до полной зарядки батареи составляет 8 часов);
ускоренная зарядка аккумуляторной батареи (производится на специальных станциях мощностью до 50 кВт, — — продолжительность зарядки до 80% емкости батареи составляет 30 минут);
замена разряженной аккумуляторной батареи на заряженную батарею (выполняется автоматически на специальных обменных станциях).

Реализация указанных направлений требует развития инфраструктуры (зарядных и обменных станций, мест парковки), стандартизации технических решений, разработки правил для поставщиков услуг.

Устройство электромобиля. Технические отличия от обычного автомобиля

Сейчас электромобилестроение развивается огромными темпами (особенно внесла вклад в эту тему компания Tesla Motors, запустив в серийное производство свои имеющие оглушительный успех электрокары и заставив таким образом шевелиться конкурентов). Инженеры частенько балуют нас особенными схемами работы электрокаров, например, оборудуя машины двумя электродвигателями или изобретая новые гибридные силовые установки. В этой статье я опишу устройство электромобиля и то, чем средний современный электромобиль технически отличается от классических авто с ДВС. Напомню, из каких частей состоит любой автомобиль:

  • двигатель, который создает механическую энергию, приводящую в конечном итоге в движение транспортное средство;
  • кузов, к которому крепятся все элементы конструкции;
  • шасси, основной задачей элементов которого является передача крутящего момента с двигателя на колеса;
  • электрооборудование, которое пронизывает весь автомобиль: тут и стартер, и подогрев, и свет и множество других вещей, в зависимости от комплектации.

Пройдемся по каждой из них и выясним, почему электрокары такие особенные.

Двигатель

В электромобиле он электрический. В нем нет коленвала, поршней, камер сгорания, клапанов и много чего еще, что есть в двигателях внутреннего сгорания. За то есть статор, внутри которого благодаря электромагнитной силе вращается ротор. Подробнее об электродвигателе электромобиля можно прочесть здесь. Немаловажной особенностью электродвигателя является возможность не только производить вращательную энергию, но и создавать ток для заряда батареи, то есть работать в режиме генератора. Это основной принцип так называемой рекуперации: грубо говоря, при нажатии на педаль газа электродвигатель вращает колеса, и энергия батареи тратится, а если педаль отпустить, на движущейся машине уже колеса будут вращать вал двигателя, создавая в обмотке напряжение и генерируя ток, заряжающий батарею.

Благодаря простоте и почти полному отсутствию трущихся частей в электромоторе (кроме подшипников), в отличие от ДВС, ресурс его намного превышает ресурс классического бензинового или дизельного двигателя.

Кузов

Кузов электромобиля отличается наличием отсека для аккумуляторной батареи (чаще всего располагающейся в днище автомобиля). При этом благодаря трансмиссии, занимающей в электрокаре значительно меньший объем, чем в обычном авто, водителю и пассажирам, электрической машины доступно больше пространства в салоне при тех же внешних габаритах.

Шасси

Шасси состоит в свою очередь из ходовой части, механизмов управления и трансмисси. Ходовая часть электромобиля, включающая мосты, подвеску и колеса, не имеет принципиальных отличий от ходовой привычных нам авто. О рулевом управлении и тормозной системе так же сказать особо нечего, кроме того, что благодаря существенному торможению двигателем (как раз когда происходит рекуперация), тормозные колодки и диски электромобиля изнашиваются значительно меньше. Главное же отличие шасси электрического от шасси классического авто кроется в трансмиссии. Конкретно – в коробке передач. В электрокаре её нет :). Вместо нее устанавливается очень простой понижающий редуктор (в котором практически нечему ломаться), имеющий огромный ресурс по сравнению даже с механическими коробками передач, не говоря уже об автоматических коробках и вариаторах. Сцепление, соответственно, тоже отсутствует.

Электрооборудование

Электрическое оборудование электромобиля имеет значительные отличия от электрооборудования автомобиля, приводимого в движение двигателем внутреннего сгорания. Отличия эти касаются электрооборудования мотора; в салоне всё примерно одинаково. В электромобиле отсутствует стартер и нет системы зажигания рабочей смеси, за то там есть аккумуляторная батарея, инвертор (согласующий токи подаваемый от батареи в электродвигатель и генерируемый электродвигателем во время рекуперации), а также модулем, питающим батарею во время зарядки и рекуперации и двигатель через инвертор во время ускорения. Подробнее об аккумуляторной батарее для электромобиля можно прочесть тут. Еще в электромобиле отсутствует система охлаждения двигателя, но часто присутствует система контроля температуры батареи (с подогревом или охлаждением) и электрическая печка.

Читать еще:  Принцип работы вариатора

Посмотрите это видео, которое показывает устройство электромобиля на примере Tesla Model S.

Гибриды

О том, какие бывают электромобили и гибриды, я написал в Часто Задаваемых Вопросах. Гибридами они называются за то, что имеют и электродвигатель, и двигатель внутреннего сгорания в своей силовой установке. Соответственно, механизмы их значительно сложнее, так как включают в себя системы, необходимые для передачи крутящего момента и работы обоих моторов.

Устройство электромобиля

В недалеком будущем электромобили смогут полностью заменить автомобили с ДВС. Множество компаний по всему миру сосредоточили все усилия, чтобы разработать электромобиль, а способствует этому рост цен на нефтепродукты. Кроме того, актуальность электромобилей состоит еще и в том, что атмосфера становится все более загрязненной, поэтому нужно бороться с вредными выбросами двигателей внутреннего сгорания.

На данный момент самыми крупными рынками электромобилей являются такие ведущие страны как США, Япония, а также ряд европейских стран. Если говорить о компаниях-производителях, то лидирующие места занимают такие акулы автомобилестроения как Nissan, Toyota, Ford и др. К сожалению, наша родина еще не может похвастаться выпуском электромобилей, если не учитывать модель Lada Ellada, которая была создана энтузиастами, причем на импортных деталях.

Если говорить о том, что же такое электрический автомобиль, то под этими словами стоит понимать транспортное средство, приводимое в движение специальными электрическими двигателями. Питание электродвигателя осуществляется от солнечной батареи, специализированных топливных элементов или аккумуляторной батареи.

Аккумуляторная батарея требует подзарядки через определенное время работы, которая осуществляется как от различных источников извне, так и от генератора, который устанавливается на борту автомобиля. Последний способ имеет особенность – генератор приводится в движение простым двигателем, так что такое авто стоит считать не электромобилем, а разновидностью гибридных автомобилей.

Некоторые компании ведут работы по направлениям – разработки новейших моделей, и адаптации серийных автомобилей. Если говорить о предпочтении, то оно отдается последнему, потому как требует меньших затрат.

Электромобили разделяют на 3 условные группы:

— городские, с максимальной скоростью до 100 км/ч;

— шоссейные, максимальная скорость которых более 100 км/ч;

— спортивные. Их максимальная скорость более 200 км/ч.

Конструкция электромобиля, в отличие от авто с двигателями внутреннего сгорания, немного проще, но она более надежна, ведь в ней минимальное количество подвижных деталей и узлов. В электромобиле главными конструктивными составляющими являются: трансмиссия, качественный аккумулятор, специальное бортовое зарядное устройство, электронная система управления и т. д. Для того чтобы обеспечить питание главного тягового электродвигателя, в автомобиле установлена мощная тяговая аккумуляторная батарея. На электромобили устанавливают литий-ионную батарею, которая состоит из нескольких модулей, соединенных между собой. Выдаваемый ток такой батареи составляет порядка 300 Вт постоянного тока, а ее емкость полностью соответствует мощности электродвигателя.

Тяговый двигатель – это несколько трехфазных асинхронных либо синхронных электрических машин, работающих от переменного тока. Их мощность начинается от 15 кВт. Максимальная мощность может быть более 200 кВт. Если сравнивать электродвигатель с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), то эффективность первого по отношению к последнему составляет 90%:25%. Кроме того, у электродвигателя существует ряд других преимуществ, которые также очень важны и востребованы, а именно:

— максимального крутящего момента можно добиться при любой скорости;

— конструкция достаточно проста и нет необходимости в дополнительном охлаждении;

— может работать и в режиме генератора.

Существует определенный ряд моделей электрокаров, которые собраны с применением двух и более электродвигателей. Это необходимо для того, чтобы привести каждое отдельное колесо в движение или сразу несколько, добиваясь повышения тяговой мощности. Для сокращения трансмиссии, производители зачастую встраивают электродвигатели непосредственно в колеса. Такой подход имеет существенный минус – автомобилем становится трудно управлять. Это обусловлено тем, что увеличиваются неподрессоренные массы.

У автомобиля простая трансмиссия, поэтому на подавляющем количестве моделей она представлена простым одноступенчатым редуктором. Имеется очень полезная вещь – бортовое зарядное устройство. Оно дает вам возможность зарядить ваш электрокар от обычной розетки. Чтобы преобразовать постоянное высокое напряжение, выдаваемое аккумуляторной батареей в трехфазное — переменное, производители используют специализированный инвертор. Кроме того, такой преобразователь также предназначен для того, чтобы заряжать дополнительную 12 Вт батарею. Она нужна для питания других узлов и приспособлений. К ним относятся кондиционер, электрический усилитель руля, аудиосистема и др.

Интересные и полезные функции берет на себя электронная система управления. Она ответственна за безопасность, энергосбережение и за комфорт пассажиров. Если углубиться, то система управления необходима еще и для того, чтобы:

— управлять высоким напряжением;

— производить регулирование тяги;

— обеспечивать оптимальное движение;

— оценивать насколько хватит заряда батареи;

— управлять тормозной системой и контролировать расход энергии от аккумулятора.

Эта система объединяет в себе определенные входные датчики, блок управления и другие устройства, которые имеются в электромобиле.

Хотя автомобили с ДВС и электродвигателем похожи, их эксплуатация значительно различается. Именно она препятствует полномасштабному выпуску таких автомобилей. Главное, что оттолкнет потенциальных покупателей – цена. Еще отталкивает длительное время зарядки аккумулятора и не самая лучшая автономность. Их высокая цена объясняется тем, что производство литий-ионных аккумуляторов дорогостоящее, а срок их службы не превышает 7 лет. Плюсом электрического автомобиля является более низкая стоимость его содержания. Если говорить об эксплуатации, то наиболее выгодно она в странах, где процесс производства электроэнергии мало зависит от топлива.

В настоящее время электрокары характеризуют как транспорт для города. Почему? Дело в том, что автономность автомобиля невысока, а величина пробега до потребности в зарядке зависит от множества факторов. Характер вождения, покрытие трассы и многое другое влияет на показатель автономности. Сейчас производители добились пробега в 150 км без необходимости зарядки, но это при скорости 70 км/ч. Если скорость вашего движения будет около 130 км/ч, то вы проедите не более 70 км. Сейчас имеются специальные технологии, которые могут позволить увеличить автономность где-то до 300 км. Одной из таких технологий является рекуперативное торможение, которое способно возвратить до 30% затраченной энергии. Еще на такие авто устанавливают аккумуляторные батареи с повышенной емкостью и электронные системы, отвечающие за оптимизацию всех происходящих процессов.

Сейчас на специальных зарядных станциях, которые имеют мощность 50 кВт, аккумулятор заряжается на 80% всего за 30 минут. Кроме того, аккумуляторную батарею можно заменить. Это делается на специальной обменной станции. Все эти способы требуют реализации особой инфраструктуры, которая будет направлена на обслуживание электромобилей.

Устройство и принцип работы электромобиля. Плюсы и минусы электрокаров

Многие неискушенные граждане считают, что электромобили появились совсем недавно, максимум 10-20 лет назад. Но это очень далеко от истины. Как только человечество изобрело электричество, сразу же нашлись прогрессивные инженеры и механики, которые пытались применить его для задачи создания экономичного и быстрого транспорта. Устройство электромобиля еще не было представлено на обозрение широкой публики, но уже вынашивалось в головах механиков и ученых.

Первые воспоминания о машине, движущейся благодаря электрическому двигателю, идут из 1841 года. Это была не машина в полном смысле этого слова, а тележка с электромотором. Она не получила широкой популярности и распространения, но энтузиасты продолжили работы по совершенствованию конструкции.

В 1899 году русский инженер Ипполит Романов разработал электромобиль, который мог проехать без подзарядки почти 60 километров, при этом борт машины был рассчитан на 17 пассажиров. Его скорость достигала 40 км/час.

Многие успешные попытки создания таких авто предпринимались в Европе, Америке, Японии после 2-й Мировой войны. К примеру, в США отличилась компания General Motors, которая начала выпускать серийные модели EV1. В последние годы на весь мир гремит компания Tesla, которая смогла возвести электромобили из сферы неинтересной экзотики в ранг стильных и желаемых транспортных средств.

Устройство электромобиля и принцип его работы

Устройство электромобиля не содержит в себе никаких тайн и сложностей, так как основывается на общеизвестных физических и технических принципах. В целом, конструкция такой машины в области ходовой части, кузова, управления может совсем не отличаться от классического транспорта. Главное отличие состоит именно в моторе, который работает не на жидком дизельном топливе или бензине, а на генерируемом электрическом токе.

Принцип работы электромобиля заключается в следующем. В нем задействован механизм электромагнитной индукции, который состоит в том, что при наличии переменного электрического тока в проводнике возникает магнитное поле, которое по закону Ампера выполняет отклоняющее действие. В моторе существуют два основных компонента: ротор и статор. Статор остается постоянно неподвижным и по нему пропускается электрический ток определенной частоты. Генерируемое в статоре магнитное поле действует на ротор и тот начинает вращаться. Получаемая механическая энергия используется для движения транспортного средства. Скорость движка прямо пропорциональна частоте тока и количеству установленных магнитных полюсов.

В целом, устройство электромобиля достаточно простое, но требует очень аккуратного и точного исполнения. Ток для питания статора генерируется установленными на борту батареями. В зависимости от модели машины, батареи могут иметь разную емкость, конструкцию, особенности используемых механизмов работы.
Интересный факт! Многие перспективные разработки старины отвергались обществом или просто не были замечены.

Типы устройств электромобиля

В зависимости от того, как устроен электромобиль и для каких задач он разработан, можно провести некоторую классификацию этих ТС. Она довольно условна и обращает внимание более на особенности эксплуатации, так как по конструкции все разработки повторяют друг друга.

Выделяют такие машины на электричестве:

  • Внутригородские. Имеют невысокую мощность и скорость передвижения, на них установлены специальные ограничения по максимальной мощности. Небольшого диаметра колеса и малый вес позволяют двигаться в нормальном городском режиме;
  • Микроэлектромобили. Созданы с учетом плотного городского транспортного потока, имеют батарею небольшой емкости. Используются для небольших переездов, поездок в магазин, на работу и назад и т.п.;
  • Различные креативные варианты, типа трициклы;
  • Обычные авто. Привычные легковушки, типа некоторых популярных моделей от Tesla;
  • Грузовые. Пока еще не слишком распространены, но в перспективе могут использоваться в крупных городах для внутренних перевозок и уменьшения выбросов в атмосферу;
  • Троллейбусы, трамваи, автобусы на электродвижках также являются довольно популярным видом транспорта в любом крупном городе.
Читать еще:  Принцип работы гбо 4 поколения на инжектор

Также стоит упомянуть гибриды – транспорт, на котором установлен как электрический, так и бензиновый двигатель. Подобные ТС очень популярны во всем мире, в частности, в Японии, США, Европе. Напряжение электромобиля во всех рассмотренных случаях разное, так как в них требуется неодинаковая рабочая мощность силового агрегата.

Особенности устройства электромобиля-гибрида

Гибриды получили широкое распространение и популярность в силу своей универсальности и удобства использования практически в любых условиях. Высокий уровень экономии, отличные рабочие характеристики, совмещение лучших свойств агрегатов на жидком топливе и токе делают гибриды популярными не только среди индивидуальных покупателей, но и среди госслужащих, полицейских и т.д. После длительного простоя такое авто не нужно «прогревать» и терять время. Достаточно использовать электродвигатель и буквально мгновенно тронуться в путь. Когда же требуется большая скорость, мощность и дополнительный ресурс на расстояние передвижения, то мгновенно происходит переключение на бензин или дизель.

Существуют различные схемы реализации гибридов, но наиболее популярной является вариант от компании «Honda», в котором оба движка работают в параллельном режиме. При необходимости любой из них может включаться или выключаться без каких-либо сложностей. Работа электромобиля в этом случае отличается надежностью, безопасностью и высокой эффективностью.
Интересный факт! Преимущества гибридов отлично подходят для патрулей ДПС, поэтому в этой структуре их используют повсеместно по всему миру.

Плюсы и минусы электрокаров

Многих людей, которые колеблются в выборе транспортного средства для личного использования, волнует вопрос: какие существуют плюсы и минусы электромобилей и стоит ли сейчас рассматривать их как серьезный вариант для покупки.

Плюсы электромобилей выглядят следующим образом:

  • Самое существенное – минимальные расходы на заправку. Благо, электричество в нашей стране имеет достаточно низкую стоимость и полная зарядка для того, чтобы проехать 100 км, будет стоить около 15-20 рублей. В то же время с бензином ситуация будет более печальной (см. Самый дорогой и самый дешевый бензин в регионах России);
  • Простота сервисного обслуживания. Не нужно покупать и менять никаких свечей зажигания, масла, фильтров, других расходных материалов. Нет необходимости регулярно посещать сервис и тратиться на него;
  • Тихая работа мотора также многими относится в плюсы. Работающего агрегата практически не слышно во время езды, достаточно вспомнить движение на новеньком троллейбусе;
  • Отсутствие опасных выхлопных газов, которые отравляют городской воздух;
  • Покупка на перспективу. По всей видимости в ближайшие годы или десятилетие человечество массово пересядет на электрические машины. Покупая ее сейчас, Вы становитесь во главе этого процесса.

Что касается негативных моментов, то они также есть и выглядят так:

  • Небольшой выбор авто и дороговизна. Цена, которую просят за средненькую Теслу, вполне сопоставима со стоимостью хорошего Мерседеса последних лет выпуска. Поэтому многие предпочитают второй вариант;
  • Ограниченное количество необходимых заправок. Даже в столице страны ее очень мало мест, где можно зарядить машину. Поэтому придется тщательно следить, чтобы заряда хватало на запланированные дневные расстояния;
  • Минус электрокаров еще и в том, что батареи на них стоят очень дорого, поэтому их нужно беречь. Также в салоне нельзя будет полноценно использовать всю электронику, к примеру, кондиционер, так как это будет быстро поглощать имеющийся заряд АКБ.

Это главное, что стоит учитывать человеку, выбирающему транспортное средство.

Покупка и нюансы работы электромобиля: перспективы

После того, как мы увидели плюсы и минусы электрокаров, стоит обратить внимание на перспективы этого типа транспорта. Стоит ли покупать данный вид ТС, тратить немалые деньги и будет ли это правильным шагом? Ответ здесь не так однозначен.

Если Вы хотите просто хорошую проверенную машину для решения повседневных задач, развитую систему сервиса и ремонта, предсказуемые проблемы и их легкое решение – то лучше всего покупать классический бензиновый или дизельный агрегат. Это все еще актуально и несет в себе только преимущества.

Если Вы относитесь к смелым людям, которые пытаются идти в ногу со временем и смотрят наперед, то такая покупка будет оправданной, хотя нужно быть готовым к некоторым упомянутым выше минусам и неудобствам.

Что касается перспектив рассматриваемого транспорта, то они очень большие. Ожидается, что в ближайшие 10 лет человечество массово пересядет именно на электрокары.

Масштабы распространения

За последние несколько лет рынок электрических машин расширился и распространился на все развитые страны мира. Если еще недавно подобная покупка была экстравагантным шагом для любителей нового и необычного, то сегодня это уже проверенный и выгодный шаг для комфортной езды и экономии средств.

По имеющейся статистике, в 2017 году рынок рассматриваемых авто вырос сразу на 60%! На данный момент динамика сохраняется и в перспективе этот процесс станет еще более массовым. По всему миру в 2017 было продано около 750 000 новых авто, из них на гибриды приходится примерно 290 000. Все крупные концерны, видя такие тенденции рынка, активно начали разрабатывать свои варианты и представлять их на автовыставке по всему миру. Свои творения уже показали Мерседес, Фольксваген, Порше, Астон Мартин и многие другие производители. В России также наблюдается повышенный интерес к этой тематике.
Интересный факт! На постсоветском пространстве по отношению к машинам заметен некоторый консерватизм и популярность бензина и дизеля здесь не спадает.

Цены на нефть и популярность электрокаров

Сами по себе цены на нефтепродукты и нефть практически никак не влияют на популярность автомобилей на электрических двигателях. Но вот распространение последних очень сильно может повлиять на стоимость нефти, так как она станет менее востребованной на рынке. Существует даже конспирологическая теория о том, что крупные нефтяные корпорации сдерживают развитие других источников энергии, чтобы не потерять монополию на рынке и свои сверхдоходы.

На данный момент количество машин на токе никак не влияет на цену нефти, поэтому говорить о каких-либо опасностях для этого традиционного источника энергии пока очень рано.

Как устроен электромобиль, созданный Элоном Маском

Нашумевший предприниматель миллиардер из США, родом из ЮАР, по имени Элон Маск произвел настоящую революцию в мире электромобилей. Он один из первых в новейшее время решил поставить процесс производства этого транспорта на поток и сделать их частью повседневной реальности. Такие начинания не остались без внимания, поэтому имя этого человека стало известно на весь мир.

Как работает электромобиль Tesla? Все так же, как и любые другие подобные продукты. Устройство электромобиля следующее: кузов здесь практически целиком повторяет таковой в Мерседесах бизнес класса. Батарея и двигатель разработан для максимально эффективной, экономичной и длительной работы. Минусом ТС от Tesla сегодня считается слишком слабо развитая сервисная система, которая часто бросает владельца такой дорогой машины на произвол судьбы с его проблемами.

Как выбрать машину и особенности ее сервиса

Устройство электромобиля обязательно должен хоть в общих чертах знать каждый человек, который собирается его приобретать. Чтобы купить хорошее ТС, нужно следовать таким советам:

  • Самое первое – запас хода от полностью заряженных АКБ. Для бюджетных моделей запас хода составляет около 150 км;
  • Особенности механики. Ходовая часть, трансмиссия, подвеска и прочие элементы должны быть в полном порядке и состоять их надежных комплектующих. При покупке лучше привлечь на помощь человека, который хорошо понимает устройство электромобиля;
  • Цена. Не стоит переплачивать, так как за большие деньги можно взять и шикарный бензиновый или дизельный вариант.

Что касается сервиса, то здесь не должно быть никаких проблем. Электродвигатели хорошо известны любому инженеру и механику, вся остальная часть авто полностью повторяет конструкцию классического транспортного средства. Единственный совет по сервису – стоит обращаться в продвинутые СТО, в которых способны проводить точную диагностику.

Устройство электромобиля

Последнее десятилетие электромобили уверенно завоевывают рынок автотранспортных средств.

Этому способствует множество факторов:

  • малая концентрация вредных выбросов авто в окружающую среду при работе электродвигателей;
  • меньший уровень шума, создаваемый двигателем;
  • более низкая стоимость восполнения энергетического потенциала по сравнению с автомобилями на двигателях внутреннего сгорания;
  • меньшее количество механических движимых деталей и узлов электродвигателя по сравнению с ДВС;
  • возможность технических решений без коробки переключения передач.

Массовый переход к электротранспорту тормозят следующие не полностью решенные проблемы и недостатки электромобилей:

  • низкая емкость аккумуляторных батарей, соответственно, небольшой пробег авто без подзарядки;
  • высокая стоимость блока аккумуляторов, недолговечность;
  • неразвитая сеть подзарядочных станций, большое время обслуживания (заряда) аккумуляторов даже в скоростном режиме;
  • наличие в электрических блоках управления и электропроводке высоких, опасных для водителя и пассажиров, напряжений;
  • утилизация аккумуляторных батарей электромобилей наносит вред окружающей среде;
  • большинство электронных блоков автомобилей, в том числе и аккумуляторная батарея, ремонтируются агрегатным методом, то есть заменяются полностью на исправные;
  • ресурс работы современных электродвигателей недостаточно большой;
  • работа системы отопления салона авто в холодное время года значительно увеличивает энергопотребление электромобиля;
  • остаются нерешенными проблемы использования электромобилей в грузоперевозках на дальние расстояния.

Очевидно, этот список значительно длиннее.

Разработчики ведущих автопроизводителей совершенствуют устройство электромобиля (электродвигатели, аккумуляторные батареи, зарядные станции и др.), приближая эру электротранспортных средств индивидуального пользования.

Электродвигатель

В терминологии автомобилестроения дается четкое понятие, что такое электромобиль: «Транспортное средство, основным движителем которого является электропривод».

Одним из основных преимуществ электродвигателя по сравнению с ДВС является высокий коэффициент полезного действия – до 95%. Считается, что электромобиль абсолютно экологичен. Это не совсем так. Производство электроэнергии в большинстве стран базируется на теплоэлектростанциях, которые сжигают топливо, нанося вред окружающей среде. Не менее опасны АЭС. Развитие рынка электромобилей рационально рассматривать с увеличением доли «зеленой» электроэнергии: солнечные батареи, энергия ветра и другие.

В системах авто с ДВС применяются в основном электродвигатели постоянного тока: стартеры, приводы щеток, вентиляторов, бензонасоса, различных регуляторов. Эти электродвигатели для передачи тока к вращающемуся ротору используют систему «щетки-коллектор», поэтому называются коллекторные. В электромобилях для обеспечения высокого вращающего момента необходимо протекание больших токов. Искрение щеток во время движения по ламелям коллектора приводят к преждевременному износу этой зоны. Поэтому в электромобилях обычно применяют бесколлекторные двигатели.

Читать еще:  Муфта халдекс тигуан

Для того чтобы уменьшить величину тока, протекающего через обмотки электродвигателя, согласно закону Ома, необходимо увеличивать питающее напряжение. В этом смысле наиболее эффективны трехфазные электродвигатели переменного тока: синхронные (например, на Mitsubishi i-MiEV) или асинхронные (на Chevrolet Volt).

Сейчас ведутся разработки высокоэффективных электродвигателей с минимальными размерами и массой. Привод от производителя Yasa Motors имеет массу 25 кг, достигая крутящего момента 650 Нм. Самый мощный электромобиль Venturi VBB-3 имеет электродвигатель 3 тыс. л. с.

Аккумуляторная батарея электромобиля

Тяговая аккумуляторная батарея электромобиля имеет существенные отличия от АКБ автомобилей с ДВС.
Прежде всего, выходное напряжение аккумуляторных батарей электромобилей с целью уменьшения токов, соответственно тепловых и энергопотерь, значительно выше, чем традиционные 12 вольт. Например, в первые автомобили марки Lola-Drayson разработчики выбирали аккумуляторные батареи емкостью 60 кВт*час номинальным напряжением 700 В. Нетрудно подсчитать, что при мощности электродвигателя 200 кВт такой автомобиль может проехать без подзаряда не более 15 минут. В условиях кольцевых автогонок на спортивных электрокарах необходимо производить замену аккумулятора чаще, чем колес. Гоночный электромобиль ближайшего будущего способен разогнаться до 100 км/час за одну секунду.

Большинство аккумуляторных батарей для электромобилей имеет встроенный контроллер процесса заряда батареи по аналогии с аккумуляторами для ноутбуков, только на более высоком уровне. Кроме этого, в мощные аккумуляторные блоки устанавливают встроенную систему жидкостного охлаждения, которая также увеличивает их массу.

Трансмиссия электромобилей

Один из положительных технических моментов при проектировании электромобилей – возможность упрощенной трансмиссии. Некоторые модели имеют одноступенчатый редуктор. В электромобилях с двигателями, вмонтированными в колеса (Active Wheel), трансмиссионная функция выполняется электронным методом. Это позволяет применить еще одну важную опцию: восполнение заряда аккумуляторной батареи в момент торможения «электродвигателем». Такой метод уже давно применяется в электротранспорте.

Особенность блоков управления электромобилей

Электрическая схема электромобиля имеет свои особенности в схемотехнике узлов контроля и управления. Большинство электрических систем в электромобилях строятся по традиционным схемам, рассчитанным на напряжение бортовой сети 12 В. Поэтому необходима установка в электромобиль дополнительной схемы инверторного преобразователя напряжения высокого напряжение аккумулятора в напряжение бортовой сети 12 В. В большинство моделей устанавливается дополнительная 12-вольтная аккумуляторная батарея небольшой емкости. Принцип работы основных систем электромобиля (ABS, ESP, кондиционера и других) не меняется.

Для обеспечения максимальной эффективности использования емкости аккумуляторной батареи климат-контроль автомобиля в холодное время года использует предподогрев от стационарных источников перед поездкой, затем энергия батареи расходуется только на поддержание температуры в салоне машины. Поэтому особое внимание конструкторы уделяют применению современных теплоизоляционных материалов в отделке салона. Актуально в этом смысле использование нанотехнологичных материалов.

Системы световых излучателей машины (повороты, ближний/дальний, габариты, салонные и другие) используются, в основном, светодиодного энергосберегающего типа. Принцип работы электрооборудования автомобиля основан на бесконтактных электронных системах управления.

Блок управления электродвигателем (двигателями) представляет, по сравнению с аналогичными блоками для ДВС, высокопроизводительный вычислительный комплекс, который контролирует работу большинства энергозначимых узлов с точки зрения достижения максимальной эффективности использования емкости аккумуляторной батареи. Он производит:

  • распределение энергии между электроприводами;
  • регулирование тяги;
  • мониторинг узлов и систем электромобиля;
  • управление динамикой авто;
  • контроль напряжений питания бортовых систем;
  • использование дистанционного мониторинга.

Электромобиль не роскошь

Перспективы электромобилей ближайшего будущего:

  • пробег без подзаряда до 500 км;
  • динамика разгона – менее 3 секунд до 100 км/час (легковые электромобили);
  • стоимость аккумуляторной батареи средней мощности – менее 7 тыс. USD;
  • время быстрого заряда – менее 15 минут.

Электромобиль ближайшего будущего будет оснащен беспилотными системами управления и навигации.


Если вы решили присоединиться к пока немногочисленной армии электромобилистов, прежде всего необходимо изучить, как работает электромобиль и его основные системы.

Несколько советов при решении задачи, какой электромобиль выбрать:

  • без пробега или с небольшим сроком эксплуатации, но с новой аккумуляторной батареей;
  • с опцией быстрого заряда аккумулятора;
  • со стажем выпуска модели не менее 2-х лет (за это время проблемы электромобилей данного модельного ряда успеют проявить себя).

Будущее – за электромобилями!

Как работает электромобиль?

Электромобиль — один из самых перспективных видов наземного транспорта. Они постепенно выходят на тот уровень, который позволяет им серьезно конкурировать с авто, оснащенными ДВС. Достаточно сказать, что многие европейские страны уже в ближайшем будущем намерены оставить на своих дорогах только машины на электротяге. Растущую популярность этого транспорта связывают с множеством причин, среди которых отмечают:

  • простое устройство электромобиля;
  • бесшумность;
  • экологическую безопасность;
  • надежность;
  • низкие эксплуатационные расходы;
  • высокий КПД;
  • простоту управления.

Одной из самых инновационных в настоящее время является модель Tesla Model S. На ее примере можно доступно объяснить принципы работы электромобиля.

Конструкция электромобиля

Большинство электромобилей сделано по общей схеме и строятся вокруг нескольких основных узлов. Они обеспечивают динамику передвижения, стабильность энергетических характеристик и высокую дальность хода. Конструкция электромобиля включает в себя:

  1. Один или несколько асинхронных электродвигателей.
  2. Инвертор.
  3. Литий-ионную аккумуляторную батарею.
  4. Синхронизированная коробка передач.

Преимущества асинхронного электродвигателя в электромобиле

Основой любого электромобиля является электродвигатель – устройство, преобразовывающее электрическую энергию в механическую. Его асинхронная или индукционная версия была изобретена великим сербским ученым Н. Тесла. Двигатель включает два основных узла – статор и ротор.

Ротор – набор проводящих стержней, накоротко замкнутых с расположенными по сторонам кольцами. На статор подается трехфазный переменный ток, который проходя по обмоткам, создает вращающееся магнитное поле. Оно индуцирует ток в стержнях ротора, благодаря чему ротор начинает вращаться, отставая от скорости изменения магнитного поля. Преимуществом этого электродвигателя является отсутствие щеток и постоянных магнитов, при этом он остается мощным, надежным с высоким КПД.

Основная особенность асинхронного двигателя — скорость вращения ротора зависит от частоты подаваемого на статор переменного тока. Меняя этот параметр в источнике питания, можно добиться различной скорости вращения. Это позволяет очень просто и надежно управлять скоростью электромобиля, запитав двигатель от частотно регулируемого привода.

Асинхронные электрические двигатели могут раскручиваться до 18 тыс. оборотов в минуту. Это еще одно преимущество электродвигателей в отличие от ДВС, которые могут выдавать максимальную мощность и крутящий момент только в ограниченном диапазоне оборотов, это 2-4 тыс. оборотов в минуту. Поэтому они дополнительно требуют специальную тяжелую коробку передач, чего не нужно асинхронному электродвигателю, который эффективен во всем диапазоне оборотов.

К недостаткам ДВС относят сложность конструкции, большую массу, множественные преобразования энергии, на которых происходит снижение КПД, проблемы со сгоранием топлива, потребность в дополнительном оборудовании. Всего этого нет у асинхронного двигателя, поэтому его удельная мощность на единицу массы в 10 раз превышает аналогичный показатель у ДВС.

Инвертор и аккумуляторная батарея

Батарея – источник энергии для асинхронного двигателя, при этом устройство аккумулятора электромобиля таково, что он выдает только постоянный ток, который нужно преобразовать в переменный. Для этого используется инвертор, который дополнительно управляет частотой переменного тока и скоростью вращения двигателя.

Важная особенность инвертора: он может изменять амплитуду переменного тока. А это влияет на показатели выходной мощности электродвигателя. Инвертор — своеобразный мозг электромобиля, который управляет параметрами его рабочих показателей.

Аккумуляторная батарея представляет собой плотно собранный набор линий-ионных батареек, которые часто можно встретить в быту. Они объединены в крупные блоки и все соединяются параллельно. Это позволяет обеспечить стабильность показателя напряжения и придать нужную мощность для запуска электродвигателя. Чтобы избежать перегрева, между секциями элементов прокладываются трубки с гликолевым хладагентом. Некоторые производители используют несколько больших элементов, но на примере электромобилей Tesla было доказано, что именно набор мелких элементов позволяет эффективно бороться с перегревом за счет равномерного распределения температуры.

Элементы помещаются в съемные модули, которых на Tesla Model S 16 штук, в каждом из которых 7000 элементов. В передней части автомобиля устанавливают радиатор, проходя через который гликоль эффективно охлаждается. Плоская конфигурация аккумуляторного блока и его расположения непосредственно над днищем автомобиля снижает центр тяжести, а значит улучшает устойчивость и управляемость.

Видео: Как работает электромобиль?

Трансмиссия

Производимая двигателем мощность передается на ведущие колеса через коробку передач. Но, поскольку электромотор имеет широкий диапазон выходной мощности, ему требуется максимально простая односкоростная коробка передач, с двухэтапным снижением выходной скорости вала двигателя.

Для включения задней передачи достаточно сменить порядок чередования фаз на статоре двигателя, и он начнет вращаться в обратную сторону. Поэтому единственная функция такой коробки передач – повысить крутящий момент за счет снижения скорости вращения на валу, приводящем в движение колеса.

Второй компонент трансмиссии – дифференциал. Это стандартный узел, имеющий проблему с регулировкой тягового усилия. Это проявляется в том, что при выезде ведущих колес на неодинаковые поверхности, например, когда одно из них попадает на лед, именно оно и будет вращаться, а колесо, оставшееся на асфальте, будет недвижимым. Но это плата за высокую надежность этого узла и передачу большего крутящего момента. Проблема решается за счет селективного торможения или кратковременного отключения от источника мощности за счет применения специальных датчиков и программного обеспечения.

Тормозная система

Принцип работы электромобиля таков, что управлять им можно при помощи одной педали. Это связано с применением мощной рекуперативной тормозной системы. Она позволяет преобразовывать кинетическую энергию, набранную при движении, обратно в электрическую. При рекуперативном торможении электродвигатель начинает работать как генератор, вырабатывая электроэнергию, которая подзаряжает аккумулятор. Для этого достаточно просто снять ногу с педали акселератора. Возникающая при этом противосила будет эффективно замедлять ведущие колеса двигателя. А классическая педаль тормоза применяться только для полной остановки электромобиля.

Заключение

Рассуждая, как работает электромобиль, можно понять, почему большинство автогигантов пытаются догнать Tesla, пополняя свои линейки машинами на электротяге. К перечисленным преимуществам можно добавить повышенную безопасность этих транспортных средств за счет широкой зоны смятия перед передними креслами.

Но чтобы электромобили полностью вытеснили ДВС, требуется решить несколько фундаментальных проблем, среди которых отмечают долгую перезарядку (до одного часа), малый запас хода и высокую стоимость.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector