full screen background image

Автомобиль Тесла, принцип работы

13

Содержание

Автомобиль Тесла, принцип работы

Автомобиль Тесла — это электромобиль нового поколения. Из этой статьи вы узнаете, из чего состоит Тесла и принцип ее работы на примере Tesla model S.

автомобиль тесла

Из чего состоит автомобиль Тесла

Давайте мысленно откинем кузов и рассмотрим основные узлы автомобиля.

автомобиль тесла строение

Под кузовом можно увидеть асинхронный двигатель (он же индукционный) и инвертор

основные узлы автомобиля тесла

в живую это выглядит примерно вот так:

инвертор и двигатель автомобиль тесла

А также платформу из литий-ионных батарей, которая устанавливается на днище автомобиля

аккумуляторная батарея автомобиль тесла

Всем этим делом управляет электроника, которая встроена в бортовую панель автомобиля Тесла

салон автомобиль тесла

Двигатель Тесла, принцип работы

Самым главным узлом в автомобиле является асинхронный двигатель, который разработал великий ученый Никола Тесла. Давайте разберем принцип работы асинхронного двигателя

асинхронный двигатель Тесла

Асинхронный двигатель состоит из двух частей: статора и ротора

асинхронный двигатель ротор и статор

Как же работает асинхронный двигатель? Асинхронный двигатель — это трехфазный двигатель переменного тока с вращающимся магнитным полем.

Вращающееся магнитное поле образуется в обмотках статора. Оно в свою очередь приводит в движение ротор.

вращающееся магнитное поле

Также нельзя забывать тот факт, что в асинхронном двигателе скорость вращения самого ротора будет меньше, чем скорость вращающегося магнитного поля, которое образуется в статоре двигателя.

Но и это еще не все. Частота вращения такого двигателя зависит от частоты переменного тока, поступающего на его обмотки. Чем больше частота, тем быстрее будет вращается двигатель. Поэтому, управляя частотой, мы можем управлять вращением двигателя, а следовательно, и скоростью самого автомобиля. То есть все управление автомобилем сводится к тому, чтобы преобразовать постоянный ток в переменный трехфазный и возможностью менять частОты переменного трехфазного тока. Это простое преобразование постоянного тока в переменный ток нужной частоты делает автомобили Тесла простыми и надежными.

Почему асинхронный двигатель лучше, чем ДВС

График зависимости крутящего момента (Н⋅м) от оборотов двигателя внутреннего сгорания (ДВС) выглядит примерно вот так:

крутящий момент от оборотов ДВС

Поэтому, соединять вал двигателя ДВС напрямую с колесами — так себе идея.

Автомобиль Тесла, принцип работы

В этом случае требуется трансмиссия и коробка передач

Автомобиль Тесла, принцип работы

Также не забывайте, что линейное движение поршней должно быть преобразовано во вращательное движение. Это очень трудоемкий процесс, так как приходится балансировать весь двигатель, чтобы было как меньше вибраций при работе.

принцип работы двигателя ДВС

Да и для того, чтобы запустить такой двигатель, нам также понадобится стартер. А как вы знаете, без аккумулятора стартер не заведется. Ну или «с толкача»).

Еще один минус ДВС в том, что выдаваемая им мощность очень неравномерна, поэтому надо использовать маховик.

Автомобиль Тесла, принцип работы

К очевидным минусам ДВС можно также добавить его высокую стоимость, выбросы выхлопных газов в окружающую среду, высокую стоимость топлива, ограниченный ресурс, так как очень много трущихся деталей, низкий КПД, сильный шум, большой вес, замена расходников, а также, как мы уже говорили, требуется обязательно коробка переключения передач.

Зависимость крутящего момента от оборотов электродвигателя на автомобилях Тесла выглядит так

индукционный двигатель тесла

Скорость вращения двигателя может быть от нуля и до 18 000 оборотов в минуту! Как вы видите, почти во всем диапазоне эта зависимость почти равномерная. Значит, нет надобности в трансмиссии и коробке передач.

Если даже сравнивать ДВС и асинхронный двигатель, то можно увидеть существенную разницу весе и выдаваемой мощности. Отношение веса к выдаваемой мощности у ДВС 0,8 кВт/кг, а у асинхронного двигателя 8,5 кВт/кг. Разница более, чем в 10 раз!

ДВС и электродвигатель

Платформа из аккумуляторных батарей

Асинхронный двигатель надо чем-то питать. Поэтому, в автомобилях Тесла используется блок-платформа из литий-ионных аккумуляторов. Этот блок из батарей выдает постоянный ток.

батарея тесла

Такой блок состоит из маленьких простых li-ion батареек

батарейки тесла

Решетка, которая частично держит батарейки, также является радиатором, по которой бежит антифриз

охлаждение батарей тесла

такой тип радиатора очень эффективен, так как он охлаждает все батарейки равномерно.

Все эти батарейки собираются в небольшие модули

модуль батареи тесла

Платформа состоит из нескольких таких модулей

состав батареи автомобиля Тесла

В живую это выглядит примерно вот так:

батарея от автомобиля тесла

Антифриз, который охлаждает платформу из батарей, охлаждается в передней части автомобиля на автомобильном радиаторе

радиатор охлаждения тесла

Также можно увидеть, что тяжелая платформа из батареек близко находится к земле, поэтому низкий центр тяжести улучшает управляемость и стабильность автомобиля.

Автомобиль Тесла, принцип работы

Стоимость такой батареи-платформы более 12 000 долларов, а вес более полтонны. Пока что платформа-батарея является самой дорогой частью автомобиля. Да и вообще, проблема всех электрокаров — это дорогие аккумуляторы. Если ученые разработают дешевые и очень емкие аккумуляторные батареи, то придет конец эпохе ДВС.

Инвертор

Как же нам преобразовать постоянный ток, который выдает нам большая аккумуляторная батарея Тесла в переменный ток, который требуется для асинхронного двигателя? Вот здесь в дело вступает инвертор

Автомобиль Тесла, принцип работы

Он не только преобразовывает постоянный ток в переменный, но также и контролирует скорость вращения двигателя и его мощность, а следовательно, скорость автомобиля и его ускорение.

Коробка передач

Как же передается вращение от двигателя к колесам?

Автомобиль Тесла, принцип работы

Для этого используется коробка передач

коробка передач тесла

В автомобилях Тесла используется простая односкоростная коробка передач, так как крутящий момент двигателя почти равномерный на всех оборотах.

Если разобрать коробку, то можно увидеть ее простую конструкцию

вращение колес автомобиля тесла

Вращение вала двигателя приводит к вращению шестеренки, которая передает вращающий момент на колеса автомобиля

Автомобиль Тесла, принцип работы

Даже обратный ход достигается тем, что инвертор меняет две фазы на асинхронном двигателе местами, и двигатель будет вращаться в другую сторону.

Рекуперативное торможение

В автомобиле Тесла всего две педали и подножка для левой ноги, чтобы было куда ее девать при вождении)

педали автомобиля тесла

На самом же деле управлять автомобилем можно всего с помощью одной педали: педали газа. На английский манер такой способ вождения электрокаров называется one pedal driving. Почему это возможно на электрокарах?

Давайте для начала разберемся, как вообще происходит торможение в простом автомобиле на ДВС?

Когда мы нажимаем педаль тормоза, у нас тормозные колодки прижимаются к тормозным дискам, и автомобиль начинает тормозить. Куда уходит вся кинетическая энергия движущегося автомобиля? Она превращается в тепло и рассеивается в окружающем пространстве. Можете потрогать тормозные диски после длительного торможения. Они будут очень горячие.

Но вот в автомобилях Тесла торможение происходит совсем по другому принципу. Да, там тоже имеются тормозные колодки и диски, но они используются намного реже, чем у авто с ДВС. Как происходит торможение в Тесла? Как только вы отпускаете педаль газа, автомобиль начинает останавливаться, то есть активируется система рекуперативного торможения. В этом случае двигатель превращается в генератор электрической энергии. Куда уходит энергия от торможения? Если в простых автомобилях она уходила в тепло, то здесь двигатель в роли генератора начинает подзаряжать аккумуляторы. То есть можно сказать, что вся кинетическая энергия автомобиля превращается в электричество и запасается в аккумуляторах. Но почему же происходит процесс торможения? Дело в том, образующееся магнитное в обмотках статора будет тормозить ротор, поэтому и происходит торможение вала двигателя.

Для полной остановки электромобиля потребуется педаль тормоза, которую нажимают в самом конце остановки. Отсюда следует, что тормозные колодки на Тесле надо менять в разы реже, чем на автомобиле с ДВС.

Безопасность автомобиля Тесла

Думаю, вы все в курсе, что электромобили намного безопаснее, чем авто с двигателями ДВС. На момент написания этой статьи известны 2 случая со смертельным исходом. В обоих случаях была вина именно водителей.

В передней части автомобиля можно увидеть багажник для перевозки груза. Также этот багажник служит для смягчения удара при лобовом столкновении

передний багажник автомобиля тесла

Автопилот Тесла

По-моему, это самая крутая вещь, которую воплотила в жизнь команда Илона Маска. Автопилот использует систему обратной связи из 8 камер, которые охватывают угол обзора все 360 градусов на дальности в 250 метров, 12 сенсоров, которые помогают в опасных ситуациях, а также помогают парковаться, и есть также функция Summon, которая помогает перемещать автомобиль, например, из гаража, либо вывести с парковки с помощью мобильного приложения.

Автопилот Тесла может полностью водить автомобиль в автономном режиме. Он также может предупреждать владельца об опасных ситуациях на дороге.

Краш-тест

По результатам краш-тестов Тесла получает твердую пятерку. Подробнее об этом можно прочитать в этой статье.

краш тест автомобиль тесла

Да и вообще, вся линейка автомобилей Тесла признана самыми безопасными автомобилями в мире.

Преимущества автомобиля Тесла

Электричество вместо топлива. Заправлять автомобиль электричеством намного дешевле, чем жидким топливом. Давайте сделаем простые расчеты…

Самые мощные батареи, которые устанавливаются на Теслу — это 100 кВт⋅час. Запас хода при этом составляет что-то около 500 км. Итак, 1 кВт⋅час для Москвы стоит где-то около 6 руб. Итого, чтобы заправить наш авто, потребуется 100 х 6 = 600 рублей. Итого 600/500=1,2 руб/км.

Что с бензином? Простой ВАЗ типа Гранты будет кушать примерно 7 литров на 100 км пути. Литр бензина на момент, пока пишется статья, составляет по Москве 43 рубля. Итого, чтобы на 100 км пути потребуется около 300 рублей. 300/100=3 руб/км

В принципе, почти то же самое соотношение получается и по всему миру.

выгода автомобиля тесла

О чем это говорит? Да о том, что заправлять автомобиль электричеством обходится почти в 3 раза дешевле, чем бензином.

Экологичность. После сжигания горючего жидкого топлива в атмосферу выбрасывается масса продуктов горения, которые очень сильно вредят окружающей среде. Отсюда разные болезни, особенно у жителей мегаполисов. Электричество в этом плане не выдает никаких вредных веществ в атмосферу.

Да, некоторые защитники могут сказать, для того, чтобы получить электричество, нам надо опять же сжигать газ, уголь, строить атомные реакторы, строить плотины и тд. Но чтобы получить бензин, надо строить нефтеперерабатывающие заводы, нефтепроводы, надо заниматься траспортировкой бензина на АЗС и тд. Не проще ли тянуть провода с какой-нибудь ГЭС?

Кстати, некоторые продвинутые страны очень приветствуют электромобили и снимают с них транспортный налог.

Бесшумность. Звук электродвигателя почти незаметен, поэтому в Тесле вы не услышите никакого рева мотора, так как стоит электродвигатель). Максимум, что вы можете услышать — это гул покрышек при езде.

Отзывчивость педали газа. Педаль газа в Тесле очень отзывчива к нажатию и СРАЗУ же воздействует на динамику разгона и торможения. В этом случае говорят, что при разгоне «вдавливает в кресло». На Тесле так оно и есть. Современный Tesla Roadster вообще разгоняется до сотки за 1,9 секунд!

Автопилот. О нем я говорил выше в статье.

Безопасность. Пока что автомобиль Тесла признан самым безопасным авто в мире, получив наивысший рейтинг.

Нет коробки передач. Крутящий момент двигателя на требуемых оборотах до 18 000 почти везде одинаков. Поэтому, коробка передач для Теслы не требуется.

Низкая цена обслуживания. Так как Тесла не имеет коробки передач, а также мало изнашиваемых деталей, то ее обслуживание в разы дешевле, чем у автомобиля с ДВС. В автомобиле с ДВС обязательно надо менять масло в коробке, масло в двигателе, тормозные колодки, каждые 3-4 года покупать новый аккумулятор.

Программное обеспечение. В Тесле сидят не только конструкторы, но также и программисты. Поэтому, автомобили Тесла могут похвастаться самым передовым программным обеспечением и контролем за силовыми частями цепи, то есть за аккумуляторами, инвертором, двигателем. Все это вкупе работает как часики. Также компания не забывает обновлять программное обеспечение по «воздуху».

Недостатки электромобилей Тесла

Долгое время зарядки. В то время, как простой автомобиль с ДВС можно заправить буквально за 5 минут, Тесле поребуется около часа. Но и здесь опять же есть подвижки. В настоящее время компания стремится к тому, чтобы сделать время заряда как можно меньше. Для этого она строит так называемые Supercharger stations по всему миру. Эти заправочные станции, как говорят в Тесле, будут совершенно бесплатны, а ваш автомобиль сможет зарядиться на 80% за 30 минут! То есть пока вы пьете кофе, ваш авто уже будет снова готов покорять просторы) Полная зарядка на таких заправочных станциях длится около полутора часов. Пока что таких заправочных станций не так много, но я считаю, что ситуация все равно будет меняться в лучшую сторону.

заправки supercharger

Высокая стоимость. Цены на новые модели Теслы в бомж комплектации в Америке начинаются от 43 000 $. По нашим деньгам это около 2 800 000 рублей. В Москве цены начинаются от 3,5 млн рублей. Не очень то и дешево для электрокара.

Будущее компании Тесла

Есть ли у компании будущее? Здесь большой вопрос. Все понимают, что будущее должно быть за электрокарами, но также не забывайте, что мы живем в абсолютно другом мире — в мире капитализма, где основная цель большинства людей — это деньги. Поэтому, чтобы посмотреть, как идут дела у компании, мы рассмотрим его с точки зрения инвестора, который готов или не готов вложиться в эту компанию.

Итак, на рисунке ниже мы видим график стоимости акций компании Тесла на июнь месяц 2019 года.

акции компании Тесла

Как вы могли заметить, начиная с 2013 года акции полетели вверх. Где-то приблизительно в это время началась поставка первых автомобилей. Инвесторы увидели перспективу и кинулись покупать акции, что послужило их дальнейшему росту. Если акции в среднем стоили около 30$ за штуку, за пару лет их цена взлетела до 200$ за штуку! То есть акции Тесла подорожали почти в 6 с лишним раз!

Но все ли так гладко в компании? Для этого надо посмотреть финансовый отчет по годам.

прибыль компании тесла по годам

Как вы видите, из года в год компания получает убыток, то есть как говорится по-русски, работает в минус.

Как же сейчас обстоят дела у компании? Для этого открываем квартальные отчеты

прибыль компани тесла по кварталам

Видим, что за 3 и 4 квартал 2018 года компания получила неплохую прибыль, но за первый квартал 2019 года опять «ушла в минус». Чего ожидать дальше, пока никто не знает, хотя Илон Маск уверяет, что с компанией все будет хорошо. Выпускаются новые модели, покоряются новые рынки. Ну что же, поживем — увидим.

Двигатель электромобиля, гибридного авто

Электродвигатель

Электродвигатель (тяговый электромотор, двигатель на электротяге) – мотор, который устанавливается на электротранспорт и гибридные автомобили. У электромобилей электродвигатель – единственный двигатель. У гибридных автомобилей электродвигатель работает в тандеме с двигателем внутреннего сгорания. В зависимости от выбранного режима работы и схемы автомобиля включается электромотор, бензиновый двигатель или два двигателя одновременно.

По планам многих автоконцернов – именно за тяговым двигателем для электромобиля – будущее. Так известно, что в плане развития известного гиганта Bentley Motors значится, что к 2030-му году компания полностью трансформируется в производителя электроавтомобилей. На электродвигатели ставки также делают такие известные на весь мир компании, как Nissan, Volvo, Aston Martin.

Тенденции таковы, что в массовом производстве сейчас больше представлены легковые электромобили и городской электротранспорт (согласно планам, в ряде таких стран как, к примеру, Франция и Норвегия в 2025-2030-м гг. автобусы в городах будут полностью заменены на электротранспорт).

Но чувствуется интерес и к установке электромоторов на грузовой транспорт. Особенно электродвигатели интересны производителям городских развозных фургонов, терминальных тягачей и коммунальных грузовиков.

На весь мир уже хорошо известен седельный тягач капотного типа Tesla Semi, в коммунальном хозяйстве США активно не первый год используют мусоровозы PETERBILT на электротяге, в Евросоюзе возрастает интерес к седельному тягачу с электродвигателем Emoss Mobile Systems B.V. и Renault Trucks –развозному автомобилю для продуктов.

На постсоветском пространстве свой коммерческий электротранспорт пока только начинает появляться, но уже активно говорят про грузовик МАЗ-4381Е0 (на грузовике установлен асинхронный тяговый электродвигатель мощностью 70 кВт (95 л.с.), ориентированный на транспортировку грузов в черте города, и электрогрузовик Moskva опытно-конструкторского бюро Drive Electro (главное назначение — доставка товаров в магазины). Не за горами время, когда этот коммерческий транспорт с электромоторами будет активно востребован автопарками, логистическими центрами, предприятиями.

Также, безусловно, давно, как данность мы принимаем, что на электродвигателе работают трамваи, троллейбусы, погрузчики на складах и локомотивы. Трёхфазный асинхронный двигатель помогает двигаться на давно полюбившихся поездах «Ласточка» и «Сапсан».

Принцип работы

Принцип работы двигателя электромобиля основан на преобразовании электроэнергии в механическую энергию вращения. Главные участники преобразования энергии – статор и ротор.

Как работает традиционный электромотор?

  1. Магнитное поле статора действует на обмотку ротора.
  2. Возникает вращающий момент.
  3. Ротор начинает двигаться.

Наглядная схема двигателя электромобиля в системе электропривода представлена ниже:

Схема.jpg

Важная особенность классического электрокара – отсутствие дифференциала, коробки передач, передаточных устройств с шестеренками. Энергия от электромотора поступает прямо на колеса.

Без коробки передач – и большинство «гибридов» с электродвигателем и ДВС. Исключение – «гибриды» с параллельной схемой передачи на колёса крутящего момента. К ней мы ещё вернёмся в этой статье в разделе, посвящённом гибридным автомобилям.

Принцип работы любого электродвигателя базируется на процессах взаимного притяжения и отталкивания полюсов магнитов на роторе и статоре. Движение осуществляется под действием самого магнитного поля и инерции.

Электрокар.jpg

Устройство

Как устроен двигатель электромобиля?

При описании принципа работы электродвигателя, уже было упомянуто, что главные компоненты двигателя электромобиля– ротор и статор.

  1. Ротор – это вращающийся компонент двигателя.
  2. Статор находится в неподвижном состоянии. Он ответственен за создание неподвижного магнитного поля.

Ротор

Классический ротор автомобиля состоит из сердечника, обмотки и вала. У некоторых электродвигателей в состав ротора также входит коллектор.

  • Сердечник – это металлический стержень, на периферии которого располагается обмотка. Непосредственно через сердечник происходит замыкание магнитной цепи электродвигателя. Сердечник изготавливается из стальных пластин круглой формы. По структуре похож на слоёный пирог. При производстве сердечников используют изолированные листы стали с присадками кремния. В этом случае обеспечены увеличение КПД электродвигателя, наименьшие удельные потери в металле на единицу массы, снижение величины размагничивающих вихревых токов Фуко, которые возникают из-за перемагничивания сердечника. На поверхности сердечника есть продольные пазы. Через них прокладывается обмотка.
  • Вал – металлический стержень, который непосредственно передаёт вращающий момент. Также изготавливается из электротехнической стали. Служит основой для насаживания сердечника. На концах вала есть резьба, выемки под шестерёнки, подшипники качения, шкивы.
  • Коллектор – блок, крепящийся на валу. Представляет собой систему медных пластин. Изолирован от вала. Служит выпрямителем переменного тока, переключателем-автоматом направления тока (в зависимости от вида электродвигателя).

Статор (индуктор)

Статор состоит из станины, сердечника и обмотки:

  • Станина статора – корпус статора. Как правило, корпус бывает алюминиевым или чугунным. Алюминиевые станины популярны у электродвигателей легковых авто, чугунные – у спецтехники, которая вынуждена работать в условиях высокой вибрации. Станина служит базой крепления основных и добавочных полюсов.
  • Сердечник статора – цилиндр из профилированных стальных листов. Фиксируется винтами внутри станины. Снабжён пазами для обмотки.
  • Обмотка. Создаёт магнитный поток. При пересечении проводников ротора наводит в них электродвижущую силу.

Электродвигатели классифицируют по типу питания привода, конструкции щеточно-коллекторного узла, количеству фаз для запитывания:

  • По типу питания привода. Устройства делятся на моторы переменного и постоянного тока. Двигатели постоянного тока способны обеспечить более точную и плавную регулировку оборотов, высокий КПД. Двигатели переменного тока выручают, когда важна высокая перегрузочная способность. Это удачный вариант для подъёмно-транспортных машин. Впрочем, существуют и универсальные моторы, которые функционируют от переменного и постоянного тока.
  • По конструкции щеточно-коллекторного узла. Выпускаются бесколлекторные и коллекторные моторы. Бесколлекторный мотор работает за счёт движения ротора с постоянным магнитом. У конструкции нет щеточно-коллекторного узла. Решение обеспечивает достойный крутящий момент, широкий диапазон скоростей и высокий КПД. Важные преимущества бесколлекторного мотора – надёжность, способность к самосинхронизации, возможность подпитываться при переменном напряжении. Ресурс бесколлекторного мотора ограничен исключительно ресурсом подшипников. У коллекторных моторов присутствует щелочно-коллекторный узел. Удобство решения связано с тем, что он может использоваться и в качестве переключателя тока в обмотках, и как извещатель положения ротора, нет необходимости в контролле. Проблема коллекторных моделей – в том, что они зависимы от постоянных магнитов, которые, как известно, со временем, к огромному сожалению, теряют свои свойства.
  • По количеству фаз для запитывания. В зависимости от того, как запитывается обмотка, электродвигатели бывают однофазными и трёхфазными. В автомобилестроении широкое распространение получили трёхфазные решения, это связано с рядом технических характеристик (мощность, перегрузочная способность, частота вращения на холостом ходу).

Асинхронные и синхронные двигатели

Синхронные моторы – двигатели переменного тока, у которых частота вращения ротора идентична частоте вращения магнитного поля (измерение производится в воздушном зазоре). В автомобилестроении синхронные моторы встретить можно нечасто (хотя в мире техники – это, в целом, очень популярное решение – особенно в климатотехнике, насосных системах).

Но есть производители авто, которые при производстве электрокаров предпочитают устанавливать на свои машины именно синхронные двигатели. Яркий пример – концерн Renault. Синхронными двигателями на электромагнитах он оснастил электрокар Renault Zoe. На электромагниты подаётся постоянный ток. Полярность магнитов ротора стабильна. Полярность магнитов статора при этом изменяется и обеспечивает бесперебойное вращение.

Преимущество синхронных двигателей на электромагнитах у авто – максимальная оптимизация рекуперации энергии торможения. И главный «конёк» авто с таким типом электродвигателя – полная безопасность при буксировке.

Гораздо более популярный вариант – асинхронные двигатели. Это двигатели переменного тока, у которых потенциал напряжения – магнитного поля не совпадает с частотой вращения ротора. Типичным 3-фазным асинхронным двигателем оснащены, например, хорошо известные автомобили Tesla S и Tesla Х.

Иногда асинхронные моторы называют индукционными, так как в роторе в соответствие с законом Ленца у них индуцируется электромагнитная сила.

Двигатель-колесо

Обособленно среди электромоторов стоит двигатель-колесо. Особенность двигателя- колеса – ориентир крутящего момента и силы напряжения на конкретное колесо.

Такие решения можно встретить в плагин-гибридных автомобилях («гибридах» с параллельной схемой, при описании устройства гибридных авто ниже по тексту мы остановимся на них подробнее). Работает двигатель-колесо в паре с ДВС.

У первых плагин-гибридных автомобилей с двигателем-колесом агрегат был монтирован в ступицу колеса, а работа осуществлялась исключительно в паре с внутренним зубчатым редуктором.

Некоторые же современные модели моторов, монтируемые внутри колёс, вполне могут работать без зубчатого редуктора. Это увеличивает управляемость, позволяет избежать увеличения удельного веса шасси, уменьшить риски, повышает КПД.

двигатель колесо.jpg

Преимущества и недостатки электродвигателей

Преимущества

  • Не требуется «раскачка». Крутящий момент достигает максимума непосредственно при включении. Именно по этой причине электрический двигатель электромобиля не требует наличия стартеров и сцеплений – неотъемлемых спутников ДВС.
  • Удобство. Для включения заднего хода (то есть коррекции со стороны вращения мотора) достаточно поменять полярность, сложная коробка передач не требуется.
  • Высокий КПД. У машин с электродвигателями он достигает 95 %.
  • Независимость. На любой отметке скорости достигается максимальный показатель крутящего момента.
  • У мотора – малый вес. Производители могут себе легко позволить создавать компактные автомобили.
  • Есть все возможности для рекуперации энергии торможения. Если у авто с ДВС кинетическая энергия просто уходит в колодки (и стирает их), то у электромобиля в режиме рекуперации мотор может функционировать как генератор. В режиме генерации электроэнергия просто трансформируется в другую форму и быстро накапливается в АКБ. Особенно решение эффективно для транспортных средств с длинным тормозным путем. На объём генерируемой и накопленной энергии существенно влияет маршрут (рельеф, в частности наличие холмистых участков на дороге и уклон дороги).
  • Снижение расходов на эксплуатацию машины. Зарядку можно производить от электросети. Это существенно дешевле, нежели использование дизеля, бензина. Выгода очевидна даже по сравнению с бензиновыми авто эконом-класса.
  • Малый уровень шума.
  • В большинстве случаев для мотора не требуется принудительное охлаждение.
  • Экологичность. Использование транспорта с электродвигателем снижает количество выхлопных газов в воздухе.

Недостатки

Долгое время считалось, что самый большой минус использования электродвигателя – его зависимость от аккумуляторов, которые быстро выходят из строя. Теперь это неактуально. Современные батареи электрокаров, представленных в массовом выпуске, гарантируют пробег автомобиля 150-200 тыс. км. Потерял актуальность и тот фактор, что машины с электродвигателем существенно уступают бензиновым по мощности. Электротяга современных электромоторов уже не уступает ДВС.

Поэтому недостатки электродвигателей сейчас правильно свести не к недостаткам конструкции, а к плохо развитой инфраструктуре для того, чтобы подзаряжать электромобили. Если в США, Скандинавии подзарядить электрокар легко, то до недавнего момента даже в Западной и Центральной Европе с инфраструктурой для подзарядки таких машин были проблемы.

В России, Беларуси, Украине, Казахстане, пока, увы, с инфраструктурой ситуация ещё хуже. Хотя, например, в России число заправок для электрокаров с 2018 по 2020 год возросло в 3 раза, но полотно покрытия площадками для зарядки очень неоднородное. В Москве – более плотное, в регионах – слабое. Даже разрыв с такими городами-гигантами как Санкт-Петербург и Челябинск — колоссальный.

Устройство электромобиля

Рассматривая электродвигатель, важно остановиться на устройстве электромобиля в целом, изучение электродвигателя не самого по себе, а как части системы электропривода, где электродвигатель – один из его базовых компонентов, его «сердце». Но «организм», функционирует только тогда, когда в порядке все другие «органы» – части электропривода:

  • Аккумуляторная батарея.
  • Бортовое зарядное устройство. Его функция – обеспечение возможности заряжать аккумуляторную батарею от бытовой электрической сети.
  • Трансмиссия. Распространены трансмиссия с одноступенчатым зубчатым редуктором (чаще всего встречающийся и наиболее простой вариант) и бесступенчатая трансмиссия с гидротрансформатором (для старта с места), плавно изменяющие отношение скоростей вращения и вращающих моментов мотора и ведущих колес транспортного средства во всём рабочем диапазоне скоростей и тяговых усилий.
  • Инвертор. Назначение инвертора – трансформирование высокого напряжения постоянного тока аккумулятора в трехфазное напряжение переменного тока.
  • Преобразователь постоянного тока. Функция – зарядка дополнительной батареи, которая используется для системы освещения, кондиционирования, аудиосистемы.
  • Электронная система управления (блок управления). Отвечает за управление функциями, связанными с энергосбережением, безопасностью комфортом. В её «подчинении» – оценка заряда АКБ, оптимизация режимов движения, регулирование тяги, контроль за использованной энергией и за напряжением, управлением ускорением и рекуперативным торможением.

тяговые батареи

Аккумуляторная батарея

Аккумуляторная батарея (аккумулятор) – один из наиболее дорогих компонентов системы. По своей значимости играет такую же роль, как бензобак для ДВС. Электромобиль движется за счёт электричества, полученного от электросети во время зарядки и хранящегося в АКБ.

При этом важно помнить, что у большинства электромобилей устанавливаются одновременно два аккумулятора: один тяговой – он питает именно мотор и стартерный (как и в машинах с ДВС, он помогает системе освещения, системе подогрева). Эти аккумуляторы разные не только по назначению, но и техническим характеристикам.
Тяговый аккумулятор электрического двигателя электромобиля предназначен для питания мотора, запуска двигателя. У него нет высокого пускового тока, но он заточен на длительную работу, выдерживает большое количество циклов заряда-разряда.

Типичная тяговая АКБ – моноблочная секционная конструкция. Тяговая АКБ состоит из толстых электронных пластин – пористых сепараторов и электролитного вещества.
Самые распространенные аккумуляторы – литий-ионные. У них – наиболее высокая энергетическая плотность, не требуется обслуживание, достаточно низкий саморазряд.

Устройство и особенности гибридных систем

Свои особенности – у гибридных систем. В гибридных системах электродвигатель может рассматриваться и как «партнёр» ДВС, и как допэлемент, помогающий добиться экономии топлива и при этом повышения мощности.

Гибридная система.jpg

Устройство «гибрида» отличается в зависимости от реализованной схемы передачи на колёса крутящего момента.

  • Параллельная. Аккумуляторы передают энергию электромотору, бак – топливо для ДВС. Оба агрегата равноправны и способны создать условия для перемещения авто. Но работает такая схема только при наличии коробки передач. Параллельная схема успешно реализована у автомобиля Honda Civic. Нередко гибриды с параллельной схемой выделяют в отдельную группу и называют плагин-гибридными.
  • Последовательная. Любое действие начинается с включения ДВС. Он же отвечает за последующие действия: поворот генератора для запуска электромотора, зарядку аккумуляторов.
  • Последовательно-параллельная. Через планетарный редуктор соединены ДВС, электродвигатель и генератор. В зависимости от условий движения может использоваться тяга электродвигателя или ДВС. Режим выбирается программно системой управления транспортного средства. Среди хорошо известных последовательно-параллельных «гибридов» – Toyota Prius, Lexus-RX 400h.

Классический гибридный автомобиль использует интегрированный в трансмиссию электрический мотор-генератор.

При этом для получения электрической тяги у гибридных систем задействованы четыре базовых компонента:

  • Мотор-генератор. Является обратимой силовой установкой. Может работать в двух режимах: непосредственно тягового мотора и генератора для зарядки высоковольтной аккумуляторной батареи. При работе в режиме мотора возможно создание крутящего момента и мощности, которых хватит для старта и движения автомобиля с выключенным ДВС, при работе устройства в режиме генератора продуцируется высоковольтная электроэнергия.
  • Высоковольтные силовые кабели. Изолированные электрические кабели большого сечения. Важны для переноса энергии между компонентами высоковольтных электроцепей.
  • Высоковольтные аккумуляторные батареи. Включенные в последовательную цепь аккумуляторные элементы. Позволяют накопить в батарее большой объём электроэнергии.
  • Высоковольтный силовой модуль управления для управления потоком электроэнергии для движения транспортного средства на электрической тяге.

Гибридные авто открывают новые эксплуатационные возможности, с одной стороны можно быть максимально экологичным, радоваться комфортной езде и сэкономить на топливе, а с другой стороны, при разряде аккумулятора владелец авто не попадёт впросак, если невозможно подзарядить мотор: в работу вступит ДВС.

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях напрямую связаны с тем, насколько активно будет развиваться инфраструктура. Там, где она не обеспечена, использование электрокаров действительно ограничено. Ведь без подзарядки у многих авто – малая дальность пробега.

Впрочем, даже последняя проблема активно решаемая. Немецкие и японские разработчики (компании DBM Energy, Lekker Energie, Japan Electric Vehicle Club) сумели доказать миру: потенциал у электродвигателей, аккумуляторов без подзарядки может достигать 500 -1000 тысяч километров пробега. Правда, пока что 1 000 тысяч км пробега без подзарядки возможны только в теории, а 500-600 уже на практике.

На данный момент доступность такого транспорта – на уровне инженерно-конструкторской работы, экспериментальных выпусков, но есть перспективы что их подхватят автогиганты, и не за горизонтом – серийное производство.

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях очень тесно связаны и с политикой отдельных государств. Например, в Норвегии обладатели электромобилей освобождены от уплаты ежегодного налога на транспорт, пользования платными дорогами, паромными переправами и даже большинством парковок. С учётом того, что налоги и тарифы в Скандинавии одни из самых высоких, мотивация приобрести именно авто с электродвигателем, а не ДВС – очень высокая.

Обратите внимание, что на базе LCMS ELECTUDE есть специальный раздел “Электрический привод”, в нём подробно разбираются электродвигатели, виды электропривода, системы зарядки, особенности обслуживания транспорта с электромотором. Кроме комплексных теоретических знаний в обучающих модулях приводятся многочисленные практические примеры.

Топ-5 лучших электромобилей, которые уже можно рассматривать для покупки

Наверно, каждый белорус хотя бы однажды задумывался о приобретении электрокара. Людей привлекает не столько (весьма спорная) экологическая составляющая данного сегмента, сколько экономическая. Как ни крути, передвигаться на электромобиле намного дешевле, чем на бензиновой машине. Во-первых, общественные зарядные станции пока еще бесплатны. Во-вторых, даже если заряжаться в домашних условиях, это все равно доступнее, нежели заправлять автомобиль постоянно дорожающим топливом. В-третьих, электрокары фактически избавляют вас от традиционных ТО с заменой масла и фильтров, а также многократно увеличивают срок службы тормозных механизмов. Да и пригнать EV из США сейчас проще, чем тащить ДВС-модель. Сегодня мы вместе с шоу «Автопанорама» на VOKA познакомимся с пятеркой наиболее интересных с точки зрения приобретения электромобилей.

Tesla Model 3

Сейчас в США можно найти объявления о продаже Tesla Model 3 за 30—35 тысяч долларов. Это, конечно, все еще очень дорого для большинства белорусов, но сумма уже более-менее подъемная. Наиболее доступными Model 3 являются версии Standard Range Plus с базовой батареей и без автопилота. Калифорнийский производитель уже несколько лет не разглашает емкость тяговых аккумуляторов своих моделей, ограничиваясь в характеристиках лишь запасом хода. Он у стандартной Model 3 составляет 250 миль. Это приблизительно 400 километров. Хватит как для передвижения по городу, так и для типичных поездок по области.

Базовая Model 3 оснащена только одним двигателем, который расположен на задней оси. Разгон до сотни у моноприводной «тройки» занимает в районе пяти с половиной секунд. Для сравнения, полноприводная Model 3 Performance набирает 100 км/ч за 3,2 секунды с момента старта. Но такой вариант стоит заметно дороже.

Электрокар представляет собой 5-местный седан с отдельным багажником. Model 3 — единственная 4-дверная Tesla (у Model S есть пятая дверь). Любителей премиальных автомобилей может отпугнуть нарочито простенький салон. Американцы попытались сделать модель максимально футуристичной, лишив интерьер многих привычных элементов. Например, здесь нет приборной панели — показания спидометра и запаса хода выводятся в уголок 15-дюймового экрана мультимедийной системы. Физических клавиш в салоне практически не осталось. Людям, привыкшим к более традиционным машинам, внутреннее убранство Model 3 может показаться неуютным. Зато в «тройке» одна из лучших отопительных систем — дефлекторы занимают всю ширину передней панели, а поток воздуха меняет свое направление за счет «поддува» из дополнительных дефлекторов.

Nissan Leaf

Nissan Leaf — один из немногих электрокаров, которые уже успели сменить поколение. Он до сих пор остается самым популярным EV в мире. Модель продается уже 10 лет и выпускается в Японии, США и Великобритании. Подержанный Leaf в первом кузове можно сейчас купить в Штатах за 3,5—4 тысячи долларов. Цена заманчивая, но нужно понимать, что даже будучи новым этот электромобиль проезжал на одном заряде в лучшем случае 160 километров. А за 8—10 лет эксплуатации батарея емкостью всего 24 кВт·ч наверняка «подустала» и хорошо если обеспечит запас хода в сотню километров.

Впрочем, в Минске уже хватает подержанных Leaf старого поколения, некоторые владельцы даже таксуют на этой машине. Тем же, кто хочет реже смотреть на уровень заряда автомобиля, мы бы порекомендовали обратить внимание на новый Leaf. Ему уже более двух лет, и цены на подержанные экземпляры устремились вниз как в ЕС, так и в США. На рынок Таможенного союза Leaf, кстати, не поставляется, хотя менее популярные электрокары у нас продаются.

Купить Leaf II в Штатах можно за 18—20 тысяч долларов. Второе поколение электрохетчбэка получило тяговую батарею емкостью 40 кВт·ч. Не Tesla, конечно, но за счет более эффективного мотора переднеприводный Leaf с таким аккумулятором способен проехать почти 400 километров на одном заряде. По отзывам реальные цифры варьируются от 250 до 350 километров, что тоже очень неплохо. В 2019-м дебютировала «дальнобойная» модификация Leaf с батареей на 62 кВт·ч. Такая способна отъехать от розетки на расстояние в 504 километра. Эксперты ожидают большой поток подержанных Leaf II, когда их цена снизится до 13—15 тысяч долларов.

Hyundai Ioniq Electric

Пока в Беларуси мало кто знает о такой модели, как Hyundai Ioniq. В свою очередь это достаточно популярный автомобиль в Европе и США. Он выпускается сразу в трех вариантах: классический гибрид, подзаряжаемый гибрид (plug-in) и EV. Нас интересует как раз последний. Внешне электрическая версия отличается от гибридов отсутствием решетки радиатора. На Ioniq Electric ставят батарею емкостью почти 30 кВт·ч. Этого должно хватить на 250—280 километров.

Габаритная длина кузова корейского электромобиля — 4470 миллиметров. Примерно как у нового Leaf. У машины пять полноценных мест и большой багажник. Учитывая довольно-таки традиционный экстерьер, можно сказать, что, покупая Ioniq, вы приобретаете привычный автомобиль, просто с электрической установкой. В салоне тоже не сразу поймешь, что находишься в электрокаре.

Семейство Hyundai Ioniq выпускается с 2016 года и уже успело пережить небольшой рестайлинг. Цены на машины первых годов выпуска весьма привлекательные — в Штатах электромобиль с небольшим пробегом можно взять за 18—20 тысяч долларов. Отметим, что хетчбэк достаточно медленный. На передней оси Ioniq расположен 120-сильный электромотор, разгоняющий автомобиль до сотни аж за 10 секунд. Для EV это многовато. Хотя до скорости 60 км/ч Hyundai выстреливает бодро — на светофоре не опозоритесь.

BMW i3

Один из самых спорных проектов BMW — это городской электромобиль i3. Сразу после премьеры на новинку вылились гигабайты критики на форумах, поклонники Е39 начали жечь флаги с логотипом баварского производителя. Но после того как за базовые i3 2014 года выпуска в США стали просить 12—15 тысяч долларов, модель резко превратилась в «последний настоящий» электрокар BMW. Емкость батареи самых доступных версий автомобиля составляет около 20 кВт·ч. Это в лучшем случае 150 километров хода. Не зря производитель называет модель «городской».

Вся философия электромобиля BMW зиждется на экологии. В конструкции машины применяются в основном материалы, пригодные для вторичной переработки, весь салон выполнен из натуральных и синтетических волокон. Такой автомобиль подойдет как второй в семье, когда один из взрослых ездит на нем каждый день на работу, в то время как для выезда за город используется ДВС-машина. Электрокар выделяется на дороге и может стать своего рода модным аксессуаром. Внимание друзей обеспечено.

Если вы готовы потратить более крупную сумму денег, можно посмотреть на i3 после 2016 года выпуска. Эти версии оснащены более емким тяговым аккумулятором на 33 кВт·ч. А в ноябре 2018-го модель получила батарею емкостью 42 кВт·ч, что для такого компактного автомобиля означает внушительный запас хода — более 300 километров по реальным замерам.

Chevrolet Bolt

На десерт мы приберегли наш любимый электрокар — Chevrolet Bolt. Таких машин в Беларуси пока еще немного, но это лишь потому, что модель свежая (выпускается с 2017 года). Через год-полтора данные EV хлынут в нашу страну — уж больно хорошие характеристики у хетчбэка. Уже сегодня в США его можно купить за 17—19 тысяч долларов. И по соотношению цена / запас хода у автомобиля нет равных.

На Bolt ставится батарея емкостью 60 кВт·ч. Этого хватает для обеспечения запаса хода в 350—400 километров. Даже при минусовой температуре и активном стиле вождения данный показатель не опускается ниже 200 километров. Именно эта модель показала миру, что компактный и относительно недорогой электрокар может проезжать на одном заряде приличное расстояние.

А еще Bolt относительно быстрый: 200-сильный электромотор разгоняет хетчбэк до сотни за 7,2 секунды. А скорость 50 км/ч машина при желании набирает за 3 секунды с момента старта. Модель получила массу наград, среди которых «Зеленый автомобиль 2017 года», «Лучший автомобиль для покупки 2017», «Североамериканский автомобиль 2017 года» и пр. В Европе электрокар продается как Opel Ampera-e (не путать с обычным Opel Ampera).

VOKA — это видеосервис c разнообразным контентом: более 20 000 фильмов и сериалов в HD-качестве, более 140 ТВ-каналов, онлайн-трансляции музыкальных и спортивных событий, популярные фильмы на белорусском языке в разделе CINEVOKA.

Для всех автолюбителей одно из самых известных и узнаваемых белорусских автошоу доступно в новом формате на VOKA. Новые выпуски шоу «Автопанорама» появляются на VOKA каждую пятницу. Бесплатный просмотр доступен всем желающим после авторизации на видеосервисе VOKA.

Источник https://www.ruselectronic.com/tesla-car/

Источник https://pro-sensys.com/info/articles/obzornye-stati/dvigatel-elektromobilya/

Источник https://auto.onliner.by/2020/04/18/elektro-32

Источник




Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *