logo1

logoT

 

Электромобили принцип работы перспективы развития


Электромобиль: история, развитие будущее

Первый серийный и относительно доступный в финансовом плане электромобиль Тесла был представлен более 2 лет назад. Популярность электрокаров растёт во многих странах, однако до массовой эксплуатации ещё далеко, хотя объём продаж медленно, но верно увеличивается. Рано или поздно машины с электрическими двигателями вытеснят с рынка модели с двигателями внутреннего сгорания.

Содержание

История создания

Люди уже давно задумываются об использовании электричества в качестве силы, способной придать движение транспортным средствам. Первый электромобиль в мире и вовсе появился до создания ДВС, и произошло это в 1841 году.

Спустя 58 лет в Санкт-Петербурге был представлен 17-местный омнибус, оснащенный 4-сильным электромотором, запас хода которого составлял 64 км.

Следующая веха в истории электромобилей относится к началу 30-х годов XX века. В 1931 году гениальный изобретатель Никола Тесла, купив радиоэлектронные детали в обычном магазине, собрал устройство, которое при установке его вместо бензинового мотора смогло сдвинуть автомобиль с места. Мощность агрегата составила 80 л. с.

В течение следующих почти 55 лет технология практически не изменилась. В 1996 году с конвейера сходит первый серийный электрокар, разработка которого была осуществлена компанией General Motors. Однако случилось это не из-за желания автопроизводителя или требований рынка: просто в Калифорнии, где продавались автомобили GM, вышел закон, ужесточающий требования к машинам: новые авто, по мнению авторов законопроекта, вообще не должны были загрязнять окружающую среду. Но довольно скоро он был отменён, поскольку в техническом отношении выполнить его на тот момент не представлялось возможным. General Motors выпускала электроавто в течение 7 лет, но солидными продажами похвастать не могла: за этот период времени было реализовано чуть более 1150 экземпляров модели, которые и по сей день хранятся в частных коллекциях (нераспроданные транспортные средства были пущены под пресс).

На сегодняшний день ведущим популяризатором идеи электромобилей является Илон Маск, купивший компанию Tesla Motors и всерьёз занявшийся её развитием. Серийный электромобиль Tesla Roadster, выпущенный в 2008 году, продавался в течение 4 лет, но из-за слишком высокой стоимости, равной 109000$, доступен он был только очень богатым людям. В 2012 году выходит уже более доступная машина Model S, пережившая впоследствии две модернизации и благоприятно встреченная как экспертами, так и рядовыми автолюбителями.

2015 год был ознаменован выходом Model X: кроссовер отличался большим запасом хода (от 354 до 539 километров в зависимости от модификации и других параметров), превосходной динамикой (до сотни модель способна разогнаться за 3,2 секунды), а также множеством необычных функций, ранее не используемых другими производителями (например, подсветкой салона в такт звучащей музыке и др.).

Принцип работы современных электромобилей

Электрокару, в отличие от авто с традиционным двигателем внутреннего сгорания, не нужен сложный мотор с немалым количеством недостатков (различные проблемы при эксплуатации, сложный ремонт, шум при работе и пр.). Электрический двигатель является полностью бесшумным и нетребовательным к топливу, поскольку электричество во всем мире одинаково.

Еще один плюс электромобилей заключается в отсутствии коробки передач, что значительно упрощает и управление, и обслуживание. Формально коробка имеется, но на колёса поступает сразу вся мощность, поэтому люди в салоне не ощущают рывков, неизбежных при переключении передач.

Необходимое условие для работы подобного автомобиля – электроэнергия, запас которой хранится в аккумуляторе. Большинство компаний располагают его под днищем, что позволяет, во-первых, сделать салон более просторным, а во-вторых, улучшить управляемость.

В последнее время мировые производители пришли к выводу о необходимости применения системы рекуперации, которая вырабатывает энергию и затем запасает её в случаях, когда машина движется по инерции, вследствие чего увеличивается запас хода (эта же технология замедляет движение транспортного средства после того, как водитель убирает ногу с педали газа).

Продажи электромобилей в мире

То, что за электрокарами будущее, становится очевидным всем ведущим производителям, спешащим включиться в процесс разработки и изготовления, пока отрыв от конкурентов не стал слишком большим: на сегодняшний день на рынке есть как бюджетные модели (KIA Soul EV), так и марки, относящиеся к премиальному сегменту (Audi E-Tron).

Компания Tesla, несмотря на то, что она фактически выпустила первый электромобиль, пользующийся спросом, испытывает финансовые сложности, и этот факт подстегнул других автопроизводителей. В результате этого за последний год количество полноценных моделей, а не концептов, увеличилось в несколько раз. Среди новых игроков рынка есть как именитые компании с раскрученным именем наподобие BMW, так и многочисленные мало кому известные китайские разработчики.

В развитии электрокаров в настоящее время прослеживаются следующие тенденции:

  1. Внедрение управления с помощью одной педали. Первопроходцем в этой области стала Nissan Motor Co., Ltd. с моделью Leaf. Идея прижилась, и все большее число компаний внедряют технологию, при которой торможение станет осуществляться за счёт рекуперационной системы.
  2. Повышение интеллекта электромобилей (появляются беспилотные электрокары, не нуждающиеся в действиях человека).
  3. Разработка каждой компанией собственной уникальной платформы, благодаря которой покупатель получает возможность стать обладателем по-настоящему чего-то нового и уникального.

Развитие инфраструктуры

Рост производства электромобилей не имеет никакого смысла без расширения сети станций для зарядки: зачем приобретать электрокар, если на нём нельзя будет далеко уехать?

Сейчас крупнейшей заправочной сетью является Supercharger, принадлежащей Tesla. Ею можно пользоваться бесплатно при условии наличия специального абонемента и покупки электромобиля Тесла. Но даже при невозможности соблюдения данных условий ездить на электричестве выгоднее, чем на бензине или дизельном топливе.

Если на рынок первыми вышли американские электромобили, то в настоящее время отобрать лидерство имеет все предпосылки Европа, где количество зарядных станций стремительно растёт, а правительство нескольких стран и вовсе заявляет о возможном скором полном отказе от применения двигателей внутреннего сгорания.

В ряде европейских стран владельцы машин с электромоторами получают всевозможные льготы в виде бесплатной парковки и снижения или полной отмены транспортного налога. В США также действует программа поддержки покупателей электрокаров, но работает она до того момента, пока производитель не выпустит 20 тысяч экземпляров таких транспортных средств.

Многие владельцы покупают зарядную станцию для электромобиля и устанавливают её прямо у себя в гараже: устройство PowerWall, крепящееся на стену, делает процесс зарядки авто идентичным зарядке аккумулятора на смартфоне. Особо большие фанаты автомобилей с электрическими двигателями монтируют на крыше собственного дома солнечные батареи, накапливающие затем энергию в PowerWall.

Сеть российских зарядочных станций пока не так обширна, как хотелось бы, но прогресс заметен (помимо аппаратов Supercharger, растёт число станций, принадлежащих государственным компаниям, правда, пока только в крупных городах).

Гибридные автомобили

Кроме полностью электрических авто, спросом пользуются гибриды, то есть модели, у которых одновременно имеется и электромотор, и ДВС.

Гибриды бывают двух видов:

  1. без разъема для осуществления зарядки. К ним относится Toyota Prius первой генерации и некоторые другие первые гибридные машины. Зарядка аккумулятора в них происходит исключительно за счёт работы рекуперативной системы;
  2. с разъемом для зарядки батареи. Таких гибридов сейчас на рынке абсолютное большинство. Они способны подключаться к внешним источникам энергии, что значительно упрощает процесс восполнения заряда.

Несмотря на наличие электродвигателя, на одном электричестве гибриды в состоянии проехать не более 50 км. Если же в дело включается ДВС, запас хода возрастает до нескольких сотен километров.

Минусы электромобилей

Электрокары – это развивающийся тип транспорта, поэтому недостатков они не лишены.

Основная проблема электромобилей, тормозящая их распространение, - это высокая цена. Когда будет найден способ наладить массовое производство аккумуляторов, стоимость снизится, но пока ценовой фактор останавливает многих покупателей, которые были бы не прочь отказаться от авто с ДВС.

Ещё один существенный минус – неразвитая инфраструктура. Если на обычной машине можно отправиться практически в любую точку земного шара, то длительная поездка на электромобиле становится проблематичной. Количество станций зарядки даже в европейских странах слишком маленькое. Сегодня рост продаж электрокаров значительно опережает рост числа зарядочных станций. Проблема имеет еще одно решение: важно не только развивать сеть заправок, но и работать над увеличением ёмкости батарей, что позволит преодолеть большее расстояние без необходимости подзарядки.

Время от времени даже у поклонников электромобилей возникают сомнения относительно их экологической безопасности. Само использование электричества абсолютно безвредно, но вот при его выработке в атмосферу выбрасывается огромное количество вредных веществ. Человечеству ещё предстоит изыскать возможность отказа от применения тепловых электростанций и перехода к солнечной и ветреной энергии.

Перспективы электромобилей

Большинство экспертов сходятся во мнении, что люди с каждым годом будут покупать всё больше электрокаров. Уже сейчас автомобильная промышленность прошла своего рода точку невозврата, и отказаться от развития электрокаров стало невозможно.

Вычислительные мощности продолжат расти, а искусственный интеллект будет становиться всё более совершенным, что, без сомнения, скажется и на росте числа авто с электромоторами в мире.

Количество электромобилей в России тоже увеличивается, хотя не так быстро, как в Европе или Китае: причиной тому – невысокий уровень доходов населения страны.

С большой долей вероятности можно сказать, что мир без машин с ДВС неизбежен: когда человеческая цивилизация полностью откажется от этой технологии, является лишь вопросом времени.

Развитие электромобилей: перспективы и прогнозы в мире и в России

Пока обычные автомобили пользуются гораздо большим спросом по сравнению с обыкновенными гибридами. Однако в последние годы наблюдается ускоренное развитие электромобилей в мире. Так, в США продажи электрокаров за последние годы выросли на 20%. Сегодня электротранспорт является довольно перспективным сегментом рынка, который, безусловно, требует особенного внимания, но его массовый выпуск всё же сопряжен с определёнными проблемами и спорными вопросами.

Содержание статьи

  • Развитие электромобилей по всему миру
    • Американские электромобили
    • Европейские электромобили
    • Азиатские электромобили
    • Советские электромобили
  • Гибридные модели автомобилей
  • Как электромобили продвигают в массы?
    • Опыт некоторых стран
    • Электротакси
  • Прорыв компании Tesla
  • Прогноз рынка электромобилей
  • Перспективы развития электромобилей в России

Почему электромобили снова стали востребованы?

Увлекательная история создания электромобилей длиною в 2 столетия казалось подошла к концу. Но в середине 70-х годов прошлого века, когда цены на нефть резко подскочили, помыслы инженеров вновь обратились к хорошо подзабытой технологии электрического привода для автомобилей. Проблема массового использования электромобилей ещё более обострилась в связи с тем, что целый ряд государств в самом конце XX века значительно ужесточил своё законодательство об охране окружающей среды. Самые жёсткие законы были приняты в Калифорнии – наиболее загазованном американском штате, они подталкивали к постепенному и неуклонному увеличению использования машин, имеющих «нулевой выхлоп». Правда позднее, в результате лоббирования определённых кругов, законы пришлось смягчить, а основная масса электромобилей, произведённых в этот период, была по мере истечения срока их эксплуатации утилизирована за счёт штата.

В 1996 году появился первенец второй волны электромобилей – EV1 от «Дженерал моторс», всего с 1996 по 2003 год было выпущено 1117 единиц этой марки. Это двухместное купе с обтекаемыми формами имело 137-сильный мотор и могло проехать без подзарядки до 225 км, разгоняясь до 130 км/ч. Когда вместо свинцово-кислотных аккумуляторов на нём стали использовать никель-металлогидридные, то это помогло увеличить пробег до 240 км.

После этой первой ласточки производство новых электромобилей уже не прекращалось. Сейчас подобные машины ездят почти повсюду, и стороннему человеку трудно бывает отличить их от обычных, поскольку внешне они выглядят точно так же. Помимо GM к производству авто на электрической тяге приступили и другие гиганты автомобилестроения: Ford, Honda, Toyota.

Европейские электромобили

Не отставало и большинство европейских производителей, которые примерно в то же время выпустили несколько удачных моделей. Так, у Volkswagen появились электрические версии малолитражек Jetta и Golf. С 1995 по 1998 год было выпущено порядка 200 подобных машин, названных City Stromer. В них стояли свинцово-кислотные аккумуляторы, которых хватало на 50-90 километров, а максимальный разгон был возможен до 100 км/ч.

Французский Peugeot («Пежо») разродился моделью Electrique, признанной самой экологичной в Европе (пробег 80 км, максимальная скорость 96 км/ч). Рено и Ситроен выпустили свои модели с похожими характеристиками.

Азиатские электромобили

Китайская промышленная революция ознаменовалась невероятным загрязнением воздуха над страной, поэтому правительство, стремясь ослабить эти негативные проявления, также хочет законодательно подтолкнуть китайских автопроизводителей к выпуску электрических моделей. Не менее серьёзно относятся к этой проблеме и в Индии. Например, индийская компания Reva Electric Car начала производство своих электромобилей даже раньше, чем GM – в 1994 году, доведя в 2009 году их ежегодный выпуск до 35 тысяч.

Более продвинутым выглядит японский концепт-кар Eliica, имеющий 8 колёс. Его конструкцию представили в 2003 году студенты: машина имела пробег до 200 км, а разгоняться могла до фантастической скорости – более 300 км/ч!

Советские электромобили

Попытки сделать первый советский электромобиль предпринимались на базе ВАЗа ещё в 1970-е годы. Но одной из непреодолимых проблем стала необходимость затраты массы электроэнергии на обогрев салона, необходимый в зимний период. Затем была ещё попытка продолжить это дело – производство под заказ на базе кузова «Оки» модели ВАЗ-1111Э.

Стоил такой автомобиль порядка 4000 долларов и имел следующие характеристики: максимальная скорость 90 км/ч, пробег в городском режиме до зарядки – 100 км, разгон до 60 км/ч за 14 секунд.

Последний показатель большого оптимизма не внушает. Были подобные, и также не слишком удачные попытки и на Украине – там старались сделать электромобиль на Запорожском автозаводе. Московское правительство в 2008 году также сотрясало воздух, намереваясь организовать в столице сборку электромобилей, но дальше разговоров дело не пошло.

Гибридные модели автомобилей

Ужесточение экологического законодательства вдохнуло новую жизнь не только в производство электромобилей, но и гибридных вариантов, в которых оптимально сочетаются лучшие черты как классических автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, так и электромобилей. Лидерство в развитии гибридных технологий захватила японская Toyota, именно она первой разработала и приступила к массовому производству гибридных машин модели Toyota Prius. Именно Prius стал в США самым продаваемым гибридным электромобилем. Модель стала выпускаться сотнями тысяч и задержалась на рынке на несколько лет. Также гибридные силовые установки стали устанавливать и на ряде модификаций престижных Lexus и Camry. Планы перспектив развития «Тойоты» предполагают, что к 2030 году с конвейеров этого автогиганта будут сходить исключительно гибридные модели.

На американском рынке гибридных автомобилей существенную конкуренцию Тойоте составляет Honda, которая выпустила вполне доступную модель Insight, считающуюся наиболее доступным гибридом на рынке США. Её официальную цену удалось сделать ниже на 2000 долларов, чем у популярной Toyota Prius.

Не стояла на месте и компания General Motors, которая использовала свои разработки для ранее производившегося электромобиля «EV1». На их базе она создала инновационный гибрид Chevrolet Volt, который произвёл фурор на Дейтройтском автосалоне в 2007 году. Этот автомобиль укомплектован 120-киловаттным электродвигателем, а его литий-ионные аккумуляторы на пике способны отдавать мощность 136 кВт. Машина развивает максимальную скорость в 190 км/ч, а до 96,5 км/ч разгоняется за 8,5 секунд. После 65 километров аккумуляторы Chevrolet Volt всё ещё сохраняют до 30% энергии. От сети напряжением 110 В время полной зарядки составляет 6-6,5 часов, а при напряжении 220 В на это потребуется не более 4 часов. Эту модель комплектуют различными двигателями, работающими на смеси этанола с бензином, чистом этаноле или биодизелями. Аккумуляторы можно заряжать с помощью 53-киловаттного генератора, приводимого в действие 1-литровым трёхцилиндровым двигателем внутреннего сгорания. Топливный бак автомобиля рассчитан на 45 л топлива, а вместе с полностью заряженными аккумуляторами машина сможет проехать до 1000 километров. Есть модели, где вместо двигателя внутреннего сгорания установлены топливные элементы, заполняемые 4 кг сжатого водорода.

Как электромобили продвигают в массы?

В мире в последние годы наступил бум альтернативной энергетики. В области автомобилестроения естественным продолжением этого бума стал рост спроса на электромобили. Так, если в 2011 году по всему миру их было продано около 50 тысяч штук, то в 2014 году это число возросло до 300 тысяч. Только в США за тот год было продано свыше 100 тысяч машин на электрической тяге. Сегодня бюджетный Nissan Leaf или высокотехнологичная Tesla Model S являются не менее популярными, чем многие обычные модели с бензиновыми или дизельными агрегатами.

Опыт некоторых стран

Власти Норвегии и Нидерландов изо всех сил пытаются популяризировать идею электромобилей. Поэтому в этих небольших странах за 2014 год было продано 43 000 и 45 000 электромобилей соответственно. Власти всячески приветствуют этот процесс: для электромобилей отменена плата за стоянку и пошлина при покупке, есть даже государственные субсидии, возвращающие покупателю «электрического чуда» 5-7 тысяч евро от его стоимости.

Другие страны также придумывают собственные системы льгот. Так, американцы, купившие электромобиль, получают от государства компенсацию в 7500 долларов, французы – 7000 евро.

Более всего в этом плане расщедрились китайские власти – в провинции они компенсируют 10 тысяч долларов, а в задымлённом Пекине и вовсе 18 тысяч!

Электротакси

Но рынок электромобилей стремительно развивается даже без искусственного стимулирования спроса и разнообразных послаблений. Так, японский Ниссан решил развивать электротакси. Он выпустил на европейские дороги более полутысячи такси с электрическим приводом. Клиенты отзываются о них вполне благожелательно. В 2015 году таксомоторные компании приобрели у Ниссана свыше сотни подобных машин, сделав его лидером на новом рынке. Электрические такси активно разъезжают и по Восточной Европе. Одна будапештская таксомоторная компания купила 65 электромобилей Nissan Leaf. Парк её экологически чистых такси является крупнейшим в Венгрии. Для их зарядки в Будапеште размещены 7 зарядных станций.

Прорыв компании Tesla

В коммерческом плане на рынке выделяется детище Илона Маска – компания Tesla. Не так давно этот американский производитель суперкаров открыл свой первый завод на территории Европы – в голландском Тилбурге. Здесь ежегодно выпускается около 23 тысяч машин, но при необходимости планку можно поднять до 52 тысяч. Также американцы хотят наладить производство электромобилей в Китае. Маск привлекает инвесторов тем, что в случае открытия такого производства в стране, цены на их продукцию на местном рынке упадут на 30%. В 2015 году «Тесла» намеревалась продать 55 тысяч машин, и довести до полумиллиона их выпуск в 2020 году. Темпы роста спроса на электромобили компании Тесла оказались даже выше прогнозируемых, что говорит о небывалой нацеленности рынка в этой нише.

Прогноз рынка электромобилей

По мере увеличения объёма производства будет снижаться стоимость таких машин, они будут становиться всё более привлекательными для массового покупателя, который всё чаще предпочитает их обычным автомобилям с двигателями внутреннего сгорания.

В целом во всём мире можно наблюдать рост продаж электромобилей. Прогноз развития рынка электромобилей в мире таков, что к 2025 году их будет продано 37 миллионов.

Однако к концу 2014 года появилась новая угроза для развития индустрии электромобилей — падение цен на нефть. Всего несколько лет назад считалось, что ограничение мировых нефтяных запасов станет решающим фактором в плане господства электромобилей как основного средства передвижения в будущем. В настоящее время эксперты сомневаются, что электрокары смогут дожить до счастливого ближайшего будущего, несмотря на то, что их рынок продолжает развиваться.

Видео об электромобилях будущего, которые могут конкурировать с Tesla:

Перспективы развития электромобилей в России

В 2013 году на международном энергетическом форуме, состоявшемся в Москве, была рассмотрена проблема перспективы развития электромобилей в России. Здесь же был рассмотрен вопрос о создании в центральных регионах государства зарядной инфраструктуры. Сразу же после форума стартовала программа широкомасштабного введения электротранспорта на территории страны.

Многие авторитетные специалисты заявляют, что российский рынок электромобилей существенно отстаёт от ведущих западных стран приблизительно на пять лет. Однако, несмотря на довольно медленные темпы, Россия всё же движется вперёд и добивается положительных результатов. Так, например, в 2013 году были выпущены пять новых автомобилей El Lada, которые сегодня выполняют роль местного такси в Кисловодске. Далее была выпущена пилотная партия в 100 электромобилей.

В настоящее время специальными колонками для заправки электрокар оборудованы Москва, Ставропольский край, Питер.

Специалисты считают, что в качестве стимула для развития электрической инфраструктуры в стране необходимо применять внедрение пассажирского транспорта. Позже планируется постепенно оснащать города электростанциями и для частных пользователей.

Развитие электромобилей в России в настоящее время зависит от того, насколько качественно будет финансироваться данный проект. По подсчетам специалистов, при мощности батареи автомобиля 1,7 кВт/ч ему потребуется аккумулятор стоимостью 8,5 млн рублей. За день такой электрокар будет проходить до 200 км.

Пока ещё трудно сказать, сколько потребуется времени, чтобы электромобили стали основным транспортным средством, бегающим по нашим дорогам. Проблема развития электромобилей ведь не только в создании более надёжных и ёмких источников питания, есть и ещё ряд причин, связанных с эксплуатацией растущего электропарка. К тому же, традиционные автомобили также совершенствуются, создаются новые модели, работающие на биологическом топливе.

Как Вы считаете, какое будущее ждет электромобилей? Как быстро будет развиваться их рынок? Поделитесь своим мнением .

Устройство электромобиля, проблемы легкового электромобилестроения, электромобили будущего

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.

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!

Поделиться:

Нет комментариев

Устройство электромобиля

Электродвигатель – устройство, которое занимается преобразованием электроэнергии в механическую. Он работает, используя принцип электромагнитной индукции.В последнее время он все сильнее популяризируется на автомобильном рынке в качестве перспективного направления развития автопромышленности. Поэтому есть смысл подробнее ознакомиться с устройством электромобиля, его двигателя, за которым может быть будущее отрасли.

Принцип работы и устройство

Электродвигатель включает в себя статор и ротор. Вращающееся магнитное поле в статоре действует на обмотку ротора и наводит в нём ток индукции, возникает вращающий момент, который приводит в движение ротор. Электроэнергия, поступающая на обмотки мотора, преобразуется в механическую энергию вращения.

Благодаря развитию технологии электродвигатели нашли применение в разных отраслях, например, автомобилестроении. Причем они способны использоваться либо отдельно, либо совместно с двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Последний вариант – гибридные авто.

От электродвигателей, применяемых на производствах, агрегат для авто отличается малыми габаритами, но повышенной мощностью. К тому же современные разработки все больше отдаляют двигатели для автомобилей от иных подобных устройств. Характеристиками электромобилей являются не только показатели мощности, крутящего момента, но и частота вращения, ток и напряжение. Поскольку от этих данных зависит передвижение и обслуживание авто.

Виды

Чтобы лучше разобраться в многообразии, которое нам дарит авторынок, стоит рассмотреть существующие виды электродвигателей для электромобилей.

Их можно условно классифицировать по типу тока:

  • устройства переменного тока;
  • конструкции постоянного тока;
  • решения универсального образца (способны функционировать от постоянного и переменного тока).

Электродвигатели переменного тока делятся на группы:

  • асинхронные – скорость вращения магнитного поля статора выше скорости вращения ротора;
  • синхронные – частоты вращения магнитного поля статора и ротора совпадают.

С учетом используемого количества фаз, электрические устройства разделяют на: одно-, двух-, трехфазные.

Если привести реальные образцы, используемые известными автопроизводителями, то хороший пример применения трехфазного агрегата асинхронного типа – Volt от Chevrolet. Он является гибридным автомобилем. Пример трехфазного синхронного двигателя — i-MiEV от Mitsubishi. А этот автомобиль является исключительно электрическим.

Силовая установка Chevrolet Volt

Следует отметить, что у разных производителей разные двигатели, отличающиеся массой, мощностью, габаритами и прочими параметрами.

Есть еще одна классификация – по конструкции щеточно-коллекторного узла. Такие агрегаты бывают:

  • Бесколлекторными. Представляют собой замкнутую систему, в которую входят: преобразователь координат, инвертор и извещатель положения.
  • Коллекторными. Щеточно-коллекторный узел играет роль в такой конструкции одновременно и извещателя положения ротора, и переключателя тока в обмотках. В основном используется ток постоянной частоты.

Ротор электродвигателя

В конструкциях электромобилей зачастую задействуются коллекторные моторы, хотя есть примеры и с иными моделями. Как вариант — автомобиль «Санрейсер», в котором установлен как раз бесколлекторный двигатель от компании General Motors. При массе 3,6 кг его КПД составляет 92%.

Нельзя не отметить еще один тип двигателя, который используется в некоторых современных моделях авто. Это система мотор-колесо. Пример — спорт-кар Volage. В такой конструкции предусмотрена возможность регенерации энергии торможения. Для этого используется тяговый двигатель Active Wheel. Он весит всего 7 кг, что позволяет добиться приемлемой массы колеса – 11 кг.

Самой распространенной сегодня конструкцией является решение с питанием от аккумуляторной батареи. Она нуждается в регулярной зарядке, способной реализоваться за счет внешних источников, генератора в конструкции и рекуперации энергии торможения. Генератор действует от ДВС, поэтому такая схема работы уже не относится к чисто электрическим. Подобные машины называют гибридными.

Преимущества и недостатки электродвигателей

Выделим достоинства электрических агрегатов:

  • высокий коэффициент полезного действия – до 95 процентов;
  • компактность, малый вес;
  • простота использования;
  • экологичность;
  • долговечность;
  • создается максимальный показатель крутящего момента на любой отметке скорости;
  • воздушное охлаждение;
  • способны функционировать в режиме генератора;
  • не нужна коробка передач;
  • возможность рекуперации энергии торможения.

В качестве примера удачной разработки модели с высокими характеристиками можно привести мотор от Yasa Motors. Инженеры компании создали агрегат, который при весе 25 кг способен выдавать до 650 Нм крутящего момента.

Электродвигатель Yasa Motors

Что касается недостатков непосредственно электродвигателя, то их нет. Больше вопросов вызывает питание агрегата, что, собственно, и тормозит распространение, широкое использование технологии. Поэтому на данный момент большей популярностью пользуются гибридные авто, нежели электромобили. Благодаря такой схеме увеличивается запас хода, позволительно использовать менее мощные и дорогостоящие аккумуляторные батареи.

Если сравнивать электромобиль с авто, где используется ДВС, он характеризуется более простой схемой, минимальным числом движущихся элементов. Следовательно, такое решение является более надежным.

Главные составляющие электромобиля:

  • непосредственно электродвигатель;
  • питающая аккумуляторная батарея разной емкости, которая связана с мощностью мотора;
  • упрощенная трансмиссия;
  • инвертор;
  • зарядное устройство на борту;
  • электронная система управления элементами конструкции;
  • преобразователь.

Питание мотора в этой схеме организовывает, конечно же, тяговая аккумуляторная батарея. Зачастую задействуется литий-ионный тип, включающий в себя несколько модулей, подключенных последовательно. На выходе аккумулятора формируется напряжение от 300 (В) постоянного тока. Это значение определяется моделью авто. Современные образцы способны создавать и 700 В. Пример – автомобили Lola-Drayson, разработанные для гонок. Они оснащаются батареями напряжением 700 (В) и емкостью 60 кВт⋅ч.

Для корректного взаимодействия емкость батареи подбирается с учетом мощности двигателя. Этот показатель в подавляющем большинстве конструкций составляет от 15 до 200 (кВт). Если сравнить электрический двигатель с ДВС, то у первого КПД составляет 95%, а у другого – 25%. Разница существенна.

Имеются примеры в автомобилестроении, когда в конструкции используется несколько агрегатов. Они могут приводить в движение определенные колеса. Такой принцип организации позволяет увеличить тяговую мощность авто. Двигатель, интегрированный в колесо, имеет массу преимуществ, однако такое устройство тягового электродвигателя характеризуется ухудшенной управляемостью транспортного средства. Поэтому разработчики продолжают вести активную деятельность в этом направлении.

Электродвигатель с редуктором (вид снизу)

Что касается трансмиссии, то у электромобиля она имеет упрощенный вид. Многие конструкции оснащены одноступенчатым редуктором. Благодаря инвертору происходит преобразование высокого напряжения постоянного тока батареи. За счет наличия в конструкции бортового зарядного устройства гарантируется зарядка аккумулятора от электросети бытового назначения.

Обеспечением зарядки дополнительной батареи на 12 (В) занимается преобразователь. Эта батарея задействуется в качестве питающего элемента различных устройств транспортного средства:

  • аудиосистемы;
  • климат-контроля;
  • освещения;
  • отопительной системы;
  • прочих элементов.

Система управления организовывает такие процессы:

  • мониторинг используемой энергии;
  • управление рекуперацией энергии торможения;
  • оценка уровня заряда;
  • управление динамикой движения;
  • обеспечение необходимого режима перемещения транспортного средства;
  • регулировка тяги;
  • управление напряжением.

Система объединяет блок управления, датчики и прочие элементы других систем авто. Благодаря датчикам оценивается уровень давления в тормозной системе, разряда батареи, а также положение селектора переключения передач, тормозной педали и педали газа. По данным этих устройств обеспечивается оптимальное перемещение электромобиля с учетом текущих условий. На панели приборов традиционно отображаются основные показатели функционирования транспортного средства.

панель приборов Tesla

Внешне электромобиль не имеет отличий от традиционного автомобиля с ДВС, однако основные расхождения находятся в области эксплуатации: высокая стоимость, необходимость длительной зарядки, ограниченный ход. Поэтому устройство электромобиля имеет определенные расхождения с составом традиционного транспортного средства.

Высокая стоимость авто формируется в основном из-за цены на аккумуляторы, которые еще и имеют небольшой срок службы – до 7 лет. Это вынуждает специалистов искать новые решения для совершенствования технологии: литий — полимерные батареи, суперконденсаторы, топливные составляющие и прочие.

Затраты на содержание электромобиля зачастую ниже, чем авто с ДВС, особенно в тех государствах, где стоимость электроэнергии низкая.

Слабым местом электромобиля является также невысокий уровень автономного функционирования, вызванный коротким километражем без подзарядки. Этот параметр определяется многими факторами:

  • стилем вождения;
  • условиями и скоростью передвижения;
  • емкостью используемых аккумуляторов;
  • уровнем использования дополнительного оборудования.

К примеру, при скорости 80 км/ч средний показатель дальности передвижения электрического транспортного средства составит около 140 км. Если же повысить скорость до 120 км/ч, этот показатель резко упадет до 80 км. Благодаря внедрению систем рекуперативного торможения степень автономности может повышаться до показателя в 300 км и более.

Как отмечалось, зарядка аккумулятора требует много времени, поэтому этот недостаток решается несколькими подходами:

  • замена батареи на заряженную (услугу могут предоставлять на специальных станциях);
  • ускоренная зарядка – за полчаса может зарядиться 80% емкости аккумулятора;
  • нормальный режим – продолжительность зарядки может составить 8 часов.

Устройство и особенности гибридных систем

Применение гибридных автомобилей не только имеет свои преимущества, например, экологические, но и преследует определенные цели действующих игроков автомобильного рынка. Компании намерены сохранить налаженное конвейерное производство двигателей внутреннего сгорания. А постоянное ужесточение норм выброса вредных веществ – лишнее тому подтверждение.

По сути, гибридные системы подразумевают использование электродвигателя как дополнительного элемента, который способствует повышению мощности и экономии топлива. Ведь все подобные машины начинают движение именно благодаря ДВС.

Гибридные системы условно можно разделить на подвиды:

  • Интегрированное содействие мотору.
  • Интегрированный генератор стартера. Система, как и предыдущая, позволяет начинать движение машине, только в этом случае используется меньший электродвигатель.
  • Система остановки/старта двигателя. Происходит отключение мотора, когда его мощность не используется, а затем он запускается моментально, как только это необходимо.

Различают также три вида «гибридов»:

  • Параллельный. В этом случае батареи передают энергию электродвигателю, а бак – топливо для ДВС. Оба агрегата способны создать условия для перемещения транспортного средства.
  • Последовательный. ДВС поворачивает генератор, который может или завести электродвигатель, или зарядить аккумуляторы.
  • Последовательно-параллельная. ДВС, электродвигатель и генератор соединены с колёсами через планетарный редуктор.

Большинство существующих сейчас гибридных автомобилей относятся к параллельным. Хорошим решением является транспортное средство с подзарядкой. Оно открывает новые эксплуатационные возможности, нивелируя недостаток ограниченности пробега. При исчерпании заряда аккумулятора в работу вступает ДВС малой мощности.

Гибридная система существенно снижает уровень выводимых газов и увеличивает продуктивность расхода топлива, что особо актуально в условиях крупного населенного пункта. А рекуперативная система аккумулирует энергию.

Управление гибридным транспортным средством похоже на управление обычным автомобилем с автоматической коробкой передач. Только в этом случае обеспечивается низкий уровень шума, лучшая управляемость и повышенная мощность. При этом не нужно специально подзаряжать аккумуляторную батарею, это происходит при работе автомобиля.

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях

Судя по текущим тенденциям, мировые лидеры автомобильной промышленности, политики и другие влиятельные лица всерьез взялись за то, чтобы развивать отрасль производства электрических автомобилей. Это видно по регулярно внедряемым нормам, которые постоянно повышают планку по выбросу максимального уровня вредных газов в атмосферу, и по мощной рекламной кампании, которая развернулась в медиапространстве в поддержку такого типа транспортных средств. В развитых странах с каждым годом растет количество заправочных станций, обеспечивающих зарядку электромобилей.

Поэтому открываются большие возможности инженерам для развития отрасли. И для этого есть два основных направления – адаптировать серийные автотранспортные средства или вести разработку новых моделей. Конечно, менее затратным мероприятием является усовершенствование существующих моделей.

Как раз европейские специалисты и занимаются улучшением нынешних гибридных двигателей, в то время как японские компании занялись совершенствованием обычного двигателя. Им удалось увеличить степень сжатия. При этом состав топлива остался неизменным.

В свою очередь, немецкие разработчики установили небывалый рекорд. Созданному электромобилю удалось проехать без подзарядки целых 600 км. Для автомобилей с ДВС это не показатель, однако электромобили могут похвастаться теперь и такими возможностями.

Дело в том, что даже Tesla, ведущий участник рынка, ещё не создал легкий аккумулятор, который смог вытянуть это расстояние. А в этом случае разработчикам удалось достичь показателя в 600 км.

Автомобиль проехал расстояние между двумя немецкими городами – Мюнхеном и Берлином. Его средняя скорость передвижения по трассе составила около 90 км/ч. Установление подобного рекорда стало возможным благодаря плодотворной работе предприятия DBM Energy, которое в тесном сотрудничестве с Lekker Energie создало такое решение.

В электромобиле была установлена аккумуляторная батарея емкостью 115 кВт/ч. Благодаря этому транспортное средство способно увеличивать мощность до 55 кВт, что отвечает приблизительно объему 1,4 Л для бензинового двигателя. Эффективность такой батареи доказывает установка в погрузчик, который способен увеличить время своей работы в четыре раза, если сравнивать действия с обычным аккумулятором. Именно этот емкостный агрегат был установлен на немецкий автомобиль Audi A2.

Может сложиться впечатление, что автомобиль «пустой», однако это не так. Организаторы эксперимента оснастили его всем необходимым: кондиционером, усилителем руля, аудиосистемами, системами безопасности и даже подогревом сидений. Поэтому потребление энергии, кроме перемещения, требовалось для выполнения и других функций.

Как стало известно, подобная технология находится на рассмотрении министерства экономики Германии, поэтому вполне возможно, что уже в скором времени эта отрасль получит новый толчок. Уже есть планы, по которым к 2020 году правительство страны намеревается достичь показателя в один миллион электрических автомобилей на европейских дорогах. Причем это не только транспортные средства личного пользования, но и другого назначения.

К тому же один из менеджеров компании Lekker Energie сообщил, что используемый аккумулятор на автомобиле А2 способен обеспечить общий пробег на уровне 500 тысяч километров.

Есть и еще один рекорд в этом направлении, поставленный Japan Electric Vehicle Club. Однако он касается чистого эксперимента. Это значит, что для повседневного использования такой электрокар не приспособлен. В результате японцам удалось побить рекорд – 1 тыс. км без подзарядки.

Какие бы разработки не велись в этой области, они сводятся к тому, что их должны поддержать гиганты автомобильной промышленности. Только им под силу внедрить достойное новшество, распространяя его по всему миру, создавая необходимую инфраструктуру, сервис и прочие необходимые средства. Все это требует больших затрат, поэтому предложенная идея может быть воплощена в жизнь, если расчеты по ее реализации дадут действительно существенную прибыль и установят новую планку стандартов на мировом рынке.

Тем не менее, учитывая текущее положение вещей, вряд ли стоит предполагать, что уже очень быстро электромобили займут свою большую нишу в автомобилестроении. И важный фактор, притормаживающий прогресс — психология человека. Очень непросто переубедить автомобилистов пересесть с бензиновых и дизельных автомобилей на электрические. Это особенно сложно сделать тем, кто занимается автогонками или является любителем динамичной езды.

Электромобиль Tesla Model S

Но тенденция к изменению отношения к такому явлению, как электрокар, уже проявляется. Сегодня все больше подобных автомобилей можно встретить на дорогах не только Европы, но и России. Пусть их еще немного, но их дополняют бесплатные зарядные станции в некоторых странах, позволяющие перемещаться на большие расстояния. Поэтому электрический транспорт постепенно становится естественным участником дорожного движения, закладывая фундамент новой эры машиностроения.


Смотрите также

     ico 3M  ico armolan  ico suntek  ico llumar ico nexfil ico suncontrol jj rrmt aswf