Что нужно знать об электромобилях?

По теме:

Nissan Leaf: актуален ли в 2022?

Подробный обзор Nissan Leaf с учетом современных реалий,…

Сегодня электромобили все чаще встречаются на российских дорогах. Но отношение к ним неоднозначное. Для одного это «гаджет на колесах», для другого – возможность сэкономить на горючем, а для кого-то – способ заботы об окружающей среде. В этой статье мы расскажем вам, как устроены электромобили, как они менялись от поколения к поколению и поделимся информацией об их основных узлах и системах.

Какие машины называют электромобилями?

Электромобили обозначают аббревиатурой EV, которая расшифровывается как Electric vehicle. Однако это словосочетание подходит для любого транспорта, работающего на электротяге, от катеров до самолетов. Существует более точное название – Electric car, но оно не прижилось, а имеющееся уточняют. Например, машины, у которых кроме аккумулятора, нет другого источника питания получили обозначение – BEV (от Battery): электрокары Tesla, Nissan Leaf, BMW i3 и другие.

Еще одна категория авто на электротяге – FCEV: Honda Clarity, Hyundai Nexo и Toyota Mirai. В них используются топливные элементы (Fuel Cell), в которых электричество производится прямо «на борту» за счет химической реакции соединения водорода с кислородом. При нажатии на педаль газа образовавшееся в результате электричество приводит в действие электромотор, и автомобиль начинает движение.

Третья категория – гибриды HEV (Hybrid). Такие автомобили оснащаются электрическим мотором и двигателем внутреннего сгорания. Они пользуются большой популярностью как у производителей, так и у автолюбителей: Ford Fusion, Toyota Prius, Hyundai Ioniq Plug-in Hybrid, Chevrolet Volt.

Ключевые характеристики электрокаров

К ключевым характеристикам электромобилей относятся: мощность, запас хода и скорость зарядки.

Мощность. Электрокары оснащают силовыми установками, чья мощность достигает нескольких сотен лошадиных сил. А до сотни такие авто разгоняются за считанные секунды. Например, Porsche Taycan Turbo S может похвастаться электромоторами, суммарная мощность которых достигает 761 лошадиную силу, а до 100 км/ч он разгоняется всего за 2,8 секунды.

Запас хода. Однако большинству электромобилей столь выдающаяся динамика не требуется. Особенно, если машина приобретается для каждодневной езды на работу и домой. В этом случае более важный показатель – дальность хода, который определяется емкостью батареи.

Первые серийные розеточные авто едва проезжали сто километров от розетки до розетки. Запас хода современных вырос в среднем до 300-400 километров, что очень удобно особенно, если в день вам нужно проезжать примерно 50-70. Какой дальностью хода должен обладать электрокар, чтобы полностью удовлетворить ваши потребности, вы можете узнать из нашей статьи «Какой запас хода необходим владельцам электромобилей».

Скорость зарядки батареи. Этот параметр тоже зависит от емкости батареи. На скорость зарядки также влияет способность АКБ принимать мощный заряд большим током. Чтобы зарядить батарею от бытовой розетки, потребуется потратить всю ночь. Более быстрый и безопасный способ – зарядка через настенную электрозарядную станцию. С ее помощью батарея восполнит заряд за 4-6 часов. Многие модели поддерживают управление через смартфон, а зарядку можно настроить по графику, экономя на электроэнергии. Еще один способ зарядить электрокар – подключиться к мощной станции постоянного тока. Такие терминалы заряжают батарею до 80% всего за 30-40 минут. Это отличный вариант для экстренного пополнения заряда в дороге, но слишком часто обращаться к нему не рекомендуется, поскольку они перегружают АКБ, ускоряя процесс деградации.

Эволюция электромобиля

Электромобили прошли огромный путь эволюции и успели сменить не одно поколение.

К первому поколению относятся легковые электрокары переделанные из обычных авто. Вместо двигателя внутреннего сгорания устанавливали электромотор с инвертором, а аккумуляторы размещали вместо топливного бака и в багажник. Такие авто расходовали энергию нерационально, поскольку у них сохранялись обычные трансмиссии и прочие атрибуты машин с ДВС. Поэтому первые электрокары не могли похвастаться большим запасом хода или высокой скоростью передвижения. Единственным их плюсом была невысокая стоимость. К первому поколению можно отнести серийный RAV4 EV 1997 года.

Ко второму поколению относятся электрокары, которые лишь частично унифицированы с машинами с двигателями внутреннего сгорания. Их конструкция специально дорабатывалась под использование электрической силовой установки. В них уже отсутствовала обычная трансмиссия, а электрические узлы устанавливались в пустующие полости, которые оставались после отказа от ДВС. Запас хода таких электромобилей достигал 100 километров. Примерами второй ступени эволюции стали Kia Soul EV 2014, VW E-Golf 2015.

Пример третьего поколения – электроседан Tesla Model S – первый серийный электрокар с плоской батареей под полом и двигателем сзади, где у обычных машин расположен бензобак. Такая компоновка дает ряд преимуществ: просторный салон, оптимальная развесовка машины и улучшенная управляемость. А самое главное – большая и емкая батарея.

Tesla также внедрила двухмоторную систему: по электродвигателю на каждую ось. Это позволило сделать более легкие и компактные электромоторы, а суммарную мощность силовой установки увеличить и повысить запас хода. Ведь мощные электромоторы – это мощные генераторы, которые генерируют дополнительную энергию при торможении.

Другие разработчики пошли дальше. Так, Audi e-tron S оснастили уже тремя моторами – один на передней оси и два на каждое заднее колесо.

Четвертое поколение представлено Porsche Taycan, электромобилями Hyundai и KIA на платформе E-GMP. В них используются более эффективные 800-вольтовые батареи вместо 380-450-вольтовых.

Основные узлы и системы электрокара

Главный агрегат любого электромобиля – электромотор. Работа электродвигателя основана на том, что на проводник тока, помещенный в магнитное поле, действует механическая сила. Она вращает его вал за счет электромагнитного взаимодействия ротора со статором. Добиться этого можно разными способами, поэтому электродвигатели различаются по конструкции.

Для привода электромобиля используют бесколлекторные моторы. Наиболее эффективный – синхронный электродвигатель переменного тока с постоянными магнитами в качестве ротора. Минусы – цена (для изготовления требуются редкие металлы), а также трудности в управлении из-за постоянного магнитного поля. Поэтому такие моторы применяют в дорогих и мощных электрокарах, например Porsche Taycan.

Распространены менее дорогие в производстве электродвигатели с индукционными катушками вместо магнитов. Они тоже работают от переменного тока. Могут быть синхронными и асинхронными (когда вращение ротора отстает от вращения магнитного поля, создаваемого катушками). Последние встречаются чаще. У таких моторов ниже КПД, зато они проще в управлении. Их устанавливают в Tesla Model S и Audi e-tron.

Трансмиссия. Двигатели электрокаров развивают очень высокий крутящий момент с нулевых оборотов и могут раскручиваться до больших скоростей. Поэтому электромобилям не нужна многоскоростная коробка передач и увесистая трансмиссия, как автомобилям с двигателями внутреннего сгорания. Розеточному авто достаточно простого понижающего редуктора, пристыкованного к мотору.

Тяговая батарея – самый дорогостоящий узел электрокара. Она представляет собой набор простых аккумуляторов, за работу которых отвечает целая система микроконтроллеров. Батареи различаются по емкости, рабочему напряжению (от 350 до 800 В) и по форме, адаптированной под компоновку конкретной модели электромобиля. Более подробную информацию про этот узел мы рассказали в статье «Что нужно знать о батарее электромобиля?».

Инвертор служит связующим звеном между электрокаром и батареей. Его основная задача – преобразование тока, поскольку батарея выдает и принимает постоянный, а мотор работает на переменном. Также инвертор по команде от педалей электрокара управляет продольным ускорением или замедлением, регулируя потоки энергии от батареи к двигателю и обратно (при рекуперации на торможении).

Аккумулятор. 12-вольтовый аккумулятор требуется для функционирования бортовой электроники и светотехники, электроусилителей, актуаторов, компрессоров и прочих приводов.

Система охлаждения. Электромобили оснащены сложной системой терморегулирования для корректной работы электродвигателя, силовой электроники и аккумулятора. Батарея эффективно работает лишь в определенном диапазоне температур, а при большой нагрузке, частых переходах циклов разряд/заряд во время движения или при скоростной зарядке сильными токами – сильно греется. Терморегулирование также необходимо инвертору, через который протекают токи высокой силы.

Зарядный блок контролирует процесс зарядки электромобиля. Ведь электрокар умеет принимать заряд из разных источников – от бытовой розетки до мощных зарядных станций постоянного тока. От способа зарядки зависит время, которое потребуется для пополнения запаса энергии и срок службы батареи.

Тормоза. У всех электромобилей есть тормозные колодки, диски, гидромагистрали с тормозной жидкостью и т. д. Но тормозные «расходники» электрокара изнашиваются намного медленнее за счет более низкой нагрузки.

Электромобили прошли долгий путь эволюции. Поначалу они были слишком дорогими, медленными и тяжелыми, а небольшой запас хода усложнял их каждодневное использование. Но по мере совершенствования батарей и электроники электромобили сравнялись с машинами с двигателями внутреннего сгорания по динамике и дальности хода. К достоинствам электрокаров можно отнести высокий КПД, в том числе за счет рекуперации, полное отсутствие выбросов, простоту привода колес, дешевизну обслуживания и эксплуатации.