Как работает электромобиль

Дудин Денис 31 мая 20148 422

(Пока оценок нет)

Загрузка...

Хотя современные электрические автомобили стали доступны по более или менее приемлемым ценам уже в 2011 году, многие покупатели все еще открывают их для себя, и так, те кто хочет познать основы, эта статья для вас.

Во-первых, технология электромобилей, которая будет здесь описываться, будет касаться только чисто электрических версий, хотя можно сказать, что некоторые гибридные и автомобили на топливных элементах также могут называться электрическими.

Второе, что нужно отметить, это то, что электромобили, несмотря на их силовые агрегаты и некоторые вспомогательные компоненты, вполне обыкновенные автомобили. На самом деле, принцип работы таких автомобилей как Nissan Leaf, Tesla Model S, Ford Focus EV, Honda Fit EV и других покажется знакомым тем, кто ездил на авто с автоматической коробкой передач.

Их уникальность заключается в том, что в них, конечно же, нет никакого двигателя внутреннего сгорания, а вместо него они используют электричество.

Сердцем электромобиля являются аккумулятор, контроллер и двигатель. Подозрительно, что в этом списке отсутствует многоскоростная коробка передач.

Электромобили могут быть переделаны из уже существующего обычного автомобиля либо разработаны с нуля. Правда они были расхвалены своими поклонниками как «будущее» автомобилей, которое могло бы предложить гораздо большую сложность и изысканность, но это верно лишь отчасти. На самом деле, их основы достаточно просты, и это то, на чем мы здесь сосредоточимся.

АККУМУЛЯТОР

Электромобили уже имели триумф сто лет назад, в первые десятилетия 20 века, но в тех электромобилях использовались намного более тяжелые и менее мощные аккумуляторы и им не доставало сегодняшних компьютерных систем управления и современных технологий безопасности.

Отличительной чертой новых электромобилей являются их «Системы аккумулирования энергии»( “Energy Storage Systems” ESS)- литий-ионные аккумуляторы.

Tesla Motors представила концепт модели Roadster 2008 за 100 000$, который доказывал правильность выбора в пользу литий-ионных батарей. В нем использовалось почти 7000 частиц, собранных в модули.

Другие автопроизводители, подстраивают литий-ионные аккумуляторы под себя, но сейчас, в общей сложности, все они используют энергию литий-ионных аккумуляторов.

Скорость зарядки таких батарей зависит от того, сколько накопленной энергии киловатт-часов имеет блок, насколько мощное бортовое зарядное устройство и от того, какое количество энергии поступает из сети, к которой подключен автомобиль.
Кроме того, у всех электромобилей есть рекуперативное торможение, которое захватывает энергию при торможении и направляет ее назад в аккумулятор. К сожалению, энергии, которая вернулась, недостаточно для того, чтобы привести автомобиль в движение, а значит ( несмотря на некоторые слухи), нет такого электромобиля, который бы работал по принципу «вечного двигателя».

Поэтому для подзарядки электромобиль можно подключить к стандартной американской 120-вольтной сети или же любой другой электросети в мире, но это самый медленный способ. Даже подзарядка среднеразмерной 16 кВт-ной батареи Mitsubishi i-MiEV может занимать до 20 часов. Полностью разряженная батарея Model S мощностью 85 кВт будет заряжаться несколько дней, если подключить ее к обычной электросети.

Таким образом, пока некоторые довольствуются 120 вольтами, есть простое приспособление с причудливым названием «Electric Vehicle Supply Equipment» на 240 вольт. Такие блоки варьируются в цене от нескольких сотен долларов до нескольких тысяч, отличаются они силой тока, тем самым меняя фактическую мощность и скорость зарядки.

И все же зарядка от домашней электросети переменного тока не так проста, как кажется, даже если вы нашли самый мощный EVSE который только есть в продаже.

Производители установили максимальный порог мощности, которую может принимать электромобиль, и этим препятствием является бортовое зарядное устройство, через которое, как через соломинку, электромобиль пытается «всасывать» энергию.

Помимо этого, в случае необходимости, есть общественные быстрые зарядные станции DC, мощностью обычно 480 вольт, хотя специальная зарядная станция Tesla Supercharger более эффективна- она может восполнить 80% заряда всего за 20 минут. Некоторые электромобили могут принимать DC (Direct Current-«постоянный ток») и обойти переход от 120 вольт на 240, которые также известны как уровень 1 и уровень 2.

В батарею также встроено программное обеспечение Battery Management System (BMS), которое контролирует расход энергии и зарядку. Литий-ионные аккумуляторы нуждаются в такой программе, и именно она не позволила еще ни одной батарее быстро израсходовать весь свой потенциал.

С одной стороны, система предотвращает полный разряд частиц, с другой стороны переизбыток энергии. Цель состоит в том, чтобы создать максимальный срок годности (намного больше, чем у батареи в ноутбуке и не меньше, чем продолжительность жизни двигателя внутреннего сгорания, хотя некоторый процент сохранения энергии со временем будет утрачиваться).

Инженеры консервативных взглядов могут утверждать, что аккумулятор имеет определенное количество энергии, которое может поступать до тех пор, пока батарея не разрядится полностью. На самом деле, если заряд электромобиля уже на нуле, то у него все еще достаточно энергии, чтобы управлять автомобилем, но это обязательно скажется не его долговечности.

Для лучшей работы аккумуляторам, также как и людям нужно поддержание постоянной оптимальной температуры. Конечно, они смогут работать как жарким летом, так и холодной зимой, но запас хода от этого немного ухудшится. Кроме того, производители могут охладить или подогреть устройства для регулировки температуры. Считается, что лучше, или по крайней мере, дешевле, использовать жидкое охлаждение, но некоторые транспортные средства обходятся и без него.

КОНТРОЛЛЕР

Простыми словами, контроллер это прибор, соединяющий аккумулятор и электродвигатель, который приводит в работу колеса. Так как литий-ионные технологии считаются «hi-tech», то это может быть еще одним аргументом в пользу новых электромобилей с микропроцессорным управлением.

На самом деле, для управления контроллером есть педаль акселератора, которая по сути то же самое, что и педаль газа в автомобиле с двигателем внутреннего сгорания. Работает она по принципу реостата, который регулирует свет в доме.
Педаль крепится к особому типу резистора, потенциометру, который в конечном итоге постепенно посылает небольшое количество переменного тока контроллеру.

Контроллер, в свою очередь, определяет сколько тока нужно подать от аккумулятора в двигатель. На самом деле от транзисторов идут потоки импульсов, а не один непрерывный поток. Импульсы поступают с переменностью 1500 в секунду.

В большинстве современных автомобилей, которые используют мощные двигатели переменного тока, контроллер также меняет полярность аккумулятора с постоянным током в переменный.

В конечном счете, частота переданной контроллером энергии от аккумулятора определяет мощность двигателя. И, как вы наверно, знаете, вращающийся двигатель приводит в движение автомобиль.

ДВИГАТЕЛЬ

Двигатель электрического автомобиля также называют «тяговый двигатель». Современные производители электромобилей остановили свой выбор на асинхронных электродвигателях переменного тока или электродвигателях с постоянным магнитом, которые обеспечивают высокий крутящий момент, надежную работу, а также сравнительно небольшой вес.

Цилиндрический двигатель состоит из статора, который неподвижно закреплен и получает переменный ток для создания магнитного поля. Внутри статора ротор, который вращается на выходном валу.

Он принимает крутящую силу и вращает механизм, который затем механически направляется к оси колеса.

Кроме того, электродвигатель делает гораздо больше, чем просто приводит в движение- он заряжает, и он также известен под названием «двигатель-генератор». Так, вышеупомянутое «рекуперативное торможение» появляется при торможении когда двигатель выступает в качестве генератора и отправляет энергию назад в аккумулятор. Это преимущество неиспользования двигателя внутреннего сгорания в электромобиле.

Электромобиль может иметь один или несколько электродвигателей. Некоторые компании размышляли о том, чтобы размещать их прямо в колесах, но такие колесные двигатели имеют свои преимущества и недостатки, которые и привели к тому, что главные автопроизводители отказались от этой идеи.

Как часто говорят, электродвигатель обеспечивает эффективное использование энергии по сравнению с бензиновым, или даже турбодвигателем. Также ему не нужно набрать определенную скорость оборотов, чтобы получить максимальный крутящий момент.
Электродвигатели готовы выдать максимальный крутящий момент уже со старта, в то время как мощность то увеличивается, то снижается.

ПРОСТАЯ ТРАНСМИССИЯ

Есть, конечно, исключения из правил, но в основном в электромобилях предпочитают не использовать мультимодальные коробки передач.

Почему? Простыми словами, у них так много крутящего момента с самого старта, что электромобиль может использовать одну передачу, на которой он сможет довольно быстро разогнаться и они достаточно высокие, чтобы справиться с такой скоростью.
И, конечно, это позволяет сократить затраты, уменьшить вес и сложность автомобиля.

Некоторые заступники электромобилей зашли так далеко, что говорят, что им не нужно нескольких передач, как дизельным или бензиновым автомобилям, но это заявление правильно только в некотором смысле. Точнее, электромобилю могут пригодиться дополнительные передачи, но они могут работать и без них.

До сих пор, все девять электромобилей, которые были представлены в наших обзорах, были односкоростными.
Даже могучая Tesla Model S с 210 км/ч работает с одной фиксированной передачей с передаточным числом 9.73:1.

Контрпримером может стать Porsche Panamera S E-Hybrid, гибрид, который может работать только на электрике. От электричества он работает через восьмискоростную механическую коробку передач, так же как и автомобили на газовом питании. Также, у Brammo есть шестиступенчатая электрическая трансмиссия в электрическом мотоцикле Empulse, который преподносит преимущество возможности мотоцикла быть на крайней скоростной точке, при этом создавая ощущение езды на обыкновенном велосипеде.

Но, опять же, сейчас электромобили прекрасно работают и есть всего несколько моментов, которые нужно исправить или убрать совсем. Кроме того, они бесшумные и не требуют больших затрат во время эксплуатации, чем создают уникальный набор качеств, которые идеальны для коротких, не очень быстрых ежедневных передвижений, они ничего не выбрасывает в атмосферу, а просто выполняет свою работу.