03 Жов

Як виробляються сучасні електромобілі та як вони працюють

Можливо, ви здивуєтеся, дізнавшись, що перший електромобіль було винайдено близько 130 років тому.
Восени 1899 року на Берлінському автосалоні було проведено змагання для самоврядних електричних возів, і з 18 учасників 38-кілометрових перегонів переміг електромобіль, розроблений 22-річним австрійським конструктором Фердинандом Порше.
Це був перший електромобіль, попередник сучасних електромобілів.

Попит на електромобілі зростає на 10-15% на рік. Недоступність цього виду транспорту для багатьох людей пояснюється не потужним “нафтовим лобі” або “змовою автогігантів”, а елементарним нерозумінням того, як влаштований та функціонує цей простий та зручний вид транспорту. У цій статті ми докладно розглянемо, що таке сучасні електромобілі, як вони працюють, у чому їх переваги та недоліки, і чи мають майбутнє.

Що таке електромобіль

Електромобіль — це транспортний засіб, колеса якого рухаються не двигуном внутрішнього згоряння, а електродвигуном, що живиться від блоку батарей або паливного елемента.
Зовні електромобілі схожі на автомобілі зі звичайними двигунами внутрішнього згоряння. Однак електромобілі мають низку зовнішніх особливостей, які відрізняють їх від звичайних автомобілів. Наприклад, у них немає широкої решітки радіатора, плоского днища, характерного синього або зеленого логотипу і дуже специфічного звуку, що видається електродвигуном. Головна ж відмінність електромобілів від автомобілів із двигуном внутрішнього згоряння полягає в електродвигуні.Замість двигуна внутрішнього згоряння, складних систем вихлопу, мастила, охолодження, трансмісії, паливного бака та радіатора використовується компактний електродвигун та невеликий радіатор для охолодження підземної батареї.

В результаті кількість деталей, що труться, вкрай мало, що значно скорочує трудовитрати та витрати на обслуговування і ремонт. А вже про різницю у вартості бензину та електрики й говорити нема чого. Таким чином, якщо говорити коротко, електромобілі є більш ефективними й водночас простішими транспортними засобами.

Загальні принципи роботи електромобілів

Принцип роботи електромобіля полягає в перетворенні хімічної енергії акумулятора на електрику, що створює обертальний момент у провідникових обмотках електродвигуна, який потім передається на колеса.

Той факт, що електромобіль не вимагає особливої ​​механіки, не означає, що його можна зібрати з нуля у будь-якому гаражі. Виробники вкладають багато грошей у розробку акумуляторів великої місткості, надійних електродвигунів та систем безпеки. Головна мета при створенні електромобіля – ефективність.

Ви знаєте, що сучасні двигуни внутрішнього згоряння з турбонаддувом мають ККД менше ніж 30%. Інші 70% роботи двигуна йдуть на нагрівання повітря, втрати в трансмісії та шкідливі вихлопні гази. Водночас навіть звичайнісінький електромобіль має ККД силового агрегату понад 85%. Крім того, місткість батарей збільшується з кожним поколінням, що дозволяє заряджати їх за менший час. Електродвигуни забезпечують у три-п’ять разів більший момент, що крутить, при 15 000-19 000 об/хв, більш ефективно прискорюються і гальмують, а також використовують енергію уповільнення для підзарядки акумулятора.

Внутрішня конструкція електромобілів

Більшість сучасних електромобілів сконструйовано однаково. Вони відрізняються місткістю батареї, кількістю електродвигунів, аеродинамікою та внутрішнім обладнанням.

• Основні елементи конструкції електромобіля наступні
  
• Акумулятор.
  
• Електродвигун.
  
• Трансмісія.
  
• Бортовий зарядний пристрій
  
• Інвертор.
  
• Перетворювач постійного струму.
  
• Електронна система керування.

Привідна система

Акумулятор, ключовий компонент електромобілів. Вона забезпечує електроенергією тяговий електродвигун електромобіля та аксесуари автомобіля. У сучасних електромобілях вони встановлюються у підземних приміщеннях. Перевагами такого розташування є низький центр ваги та ефективний простір у салоні та багажному відділенні.

Батарея складається з елементів, що містять десятки звичайних побутових літій-іонних батарейок типу ААА. Таке рішення дозволяє швидше охолоджувати елементи, що швидко нагріваються.

Система охолодження складається з численної мережі каналів, заповнених гліколевим холодоагентом, причому рухомий контур пов’язаний з невеликим радіатором у передньому повітрозабірнику. В результаті більшість електромобілів мають ідеально гладкий, обтічний профіль.

Нині місткість акумуляторів варіюється від 40 до 100 кВт/ год, залежно від класу електромобіля, і на одній зарядці можуть проїхати від 150 до 400 км. Зарядні порти підключають електромобілі до зовнішнього джерела живлення для заряджання тягових батарей. Тепер існує близько п’яти різних типів зарядних портів. Виробники намагаються використовувати найбільш популярний тип порту, щоб охопити більше ринків.

Перетворювач постійного струму в змінний

Цей пристрій, званий інвертором, перетворює високовольтну енергію постійного струму від блоку тягових батарей в низьковольтну енергію змінного струму, необхідну для заряджання електродвигуна, аксесуарів автомобіля та допоміжних батарей.

Електродвигун

Електроенергія від тягової батареї надає руху колеса автомобіля за допомогою електродвигуна. У деяких моделях автомобілів використовується мотор-генератор, що поєднує привід і рекуперацію.

Класичний електродвигун складається з обмотки статора, якою тече струм, і ротора, який обертається під дією магнітного поля статора і передає крутний момент на колеса. Існує два типи електродвигунів: синхронні, в яких магнітне поле обертається одночасно з ротором, асинхронні, в яких магнітне поле обертається швидше, ніж ротор.

В асинхронних двигунах швидкість обертання змінюється залежно від частоти змінного струму простим натисканням на педаль акселератора. Це дозволяє застосувати максимальний момент, що крутить, для прискорення з місця, якщо це необхідно.

Сучасні електромобілі можуть розганятися зі старту до 100 км/год за 5-7 секунд, залежно від потужності батареї та двигуна, що можна порівняти з розгоном автомобіля з двигуном потужністю 250-350 к.с. Однак Rimac C_Two – найшвидший у світі серійний електромобіль, що розганяється до 100 км/год за 1,85 секунди, що швидше за навіть 12-циліндрового 6-літрового суперкара.
Само собою зрозуміло, що перевага електромобілів полягає в тому, що момент двигуна, що крутить, передається на колеса прямо і лінійно. Двигун внутрішнього згоряння перетворює поступальний рух поршня в обертання колінчастого валу, який передається на провідні колеса через систему шестерень та зчеплень.Щоб подолати цю “смугу перешкод”, автомобілю потрібно більше потужності, що, своєю чергою, потребує більше палива та об’єму двигуна.

Бортовий зарядний пристрій перетворює змінний струм, що надходить через порт зарядки, на постійний струм для заряджання тягових батарей. Воно також взаємодіє із зарядним обладнанням для контролю характеристик батареї, таких як напруга, струм, температура та стан заряду під час заряджання.

Контролер силової електроніки: Цей блок керує подачею електроенергії на тягову батарею і регулює швидкість і момент, що крутять, створювані тяговим електродвигуном.
Система охолодження підтримує належний діапазон робочих температур двигуна, електромотора, силової електроніки та інших компонентів. У холодну погоду надлишкове тепло від акумулятора може розсіюватись у салоні електромобіля. З цієї причини сучасні електромобілі не мають звичайних обігрівачів.

 

Трансмісія для електромобілів

Традиційно електромобілі не оснащуються коробками або карданними передачами на колеса, оскільки електродвигуни ефективно працюють у будь-якому діапазоні швидкостей. З цієї причини більшість електромобілів мають одношвидкісну коробку, встановлену поруч із інвертором. Це дозволяє здійснювати рух заднім ходом тільки фазою, а також використовувати енергію гальмування для зарядки акумулятора.

Основною перевагою електродвигуна та одношвидкісної коробки є наявність “вільного” диференціала. Якщо одне з провідних коліс пробуксовує, може миттєво відключити живлення одного з приводних валів, щоб зменшити пробуксовку.Шасі

Системи підвіски електромобілів традиційні й часто можуть відрізнятись від звичайних автомобілів. Основна відмінність у підвісках електромобілів полягає в тому, що еластокінематика повинна вміщувати більшу вагу. Крім того, розподіл ваги по осях може бути покращено для точного настроювання керованості з урахуванням інерції більш важкого кузова автомобіля.

Гальмівна система електромобілів складніша, ніж у звичайних автомобілів. Звичайні автомобілі ефективно уповільнюються при натисканні на педаль гальма, використовуючи енергію гальмування для нагрівання гальмівних колодок та дисків. В електромобілях електродвигун використовується як генератор для заряджання акумулятора. При відпусканні педалі акселератора електронна схема розпізнає, що магнітне поле щодо ротора сповільнилося і сповільнює автомобіль. Педаль гальма можна використовувати лише для повної зупинки електромобіля. Це збільшує термін служби гальм у середньому втричі.

 

Переваги

• Висока ефективність.
• Нижчі витрати на електроенергію.
• Більше місця в салоні та багажному відділенні. Вища потужність і крутний момент, кращі динамічні характеристики.
• Електродвигуни не потребують примусового охолодження.
• Більш ефективне рекуперативне гальмування електродвигунів. Найменший знос гальмівних колодок.
• Електродвигун та трансмісія практично не вимагають технічного обслуговування.
• Покращена стійкість під час бігу завдяки нижчому центру ваги.

Недоліки

• Висока залежність від електроживлення та ступінь прив’язки до нього.
• Інфраструктура для громадських зарядних станцій ще не розвинена.
• Вища вартість, порівняно з конкурентами.