Как устроен электромобиль? Принцип действия и история возникновения «зеленого» транспорта

электромобиль

Электромобиль отличается от привычного транспорта с ДВС тем, что передвигается благодаря работе электродвигателя, который получает энергию от аккумулятора. В этом материале мы познакомим читателя с основной терминологией в отрасли экотранспорта XXI века. 

Краткий экскурс в историю электромобилей

Изобретатель электрокара вовсе не Илон Маск, как думают многие. Первые транспортные средства с электроприводом появились еще в первой половине XIX столетия — источником энергии в них были одноразовые батареи. За первенство конкурируют Англия и Венгрия, но устройства не были запатентованы. 

Первая зафиксированная дата — 1884 год, в котором Томас Паркер продемонстрировал британской публике электроавтомобиль с аккумуляторами. Параллельно эволюционировали и бензиновые двигатели, тем не менее первый автопробег по Америке в 1895 году выиграл именно электрокар.

Электромобиль Томаса Паркера
Электромобиль Томаса Паркера

Никто тогда, разумеется, не задумывался о вреде ДВС для экологии. Однако бензин победил из-за несовершенства источников электроэнергии —  аккумуляторов. Их заряда хватало на десятки километров пробега, а полный бак мог обеспечить сотни. Да и заправить машину с бензиновым или дизельным двигателем возможно за минуты, а для зарядки аккумуляторов требовались многие часы.

Эти недостатки электропривода преодолены только недавно, и сегодня электромобили начинают уверенно конкурировать с транспортными средствами с ДВС — и конкурировать вполне успешно, а для того чтобы читателю было понятнее, почему так происходит, мы подготовили небольшую сравнительную табличку: 

Специфика Электромобиль Автомобиль с ДВС
Загрязнение окружающей среды выхлопными газами при эксплуатации Нет Да
Стоимость 100 км пробега, руб  51,52 336,38
КПД 90–95 % 25–50 %

Основные недостатки автомобилей сводятся к их аккумуляторной составляющей. Цена батарей пока еще высока, время зарядки не от специальных «чарджеров» — длительное. Но за последние годы разработаны новые типы аккумуляторных батарей и устройств для их зарядки, а сеть станций растет с каждым месяцем. Недостатки электромобилей постепенно сходят на нет.

Как устроен электромобиль

Основные элементы электромобиля те же, что и у обыкновенного автомобиля с ДВС:

  1. Силовая установка.
  2. Электрооборудование.
  3. Кузов.

 

Разница заметна с первого взгляда — в списке отсутствует топливная система. Рассмотрим составляющие электромобиля подробнее.

Как устроен электромобиль

Двигатель электромобиля

Электродвигатель по сравнению с автомобильным ДВС необыкновенно прост. В нем отсутствуют поршни, камеры сгорания, коленвал, системы зажигания, подачи топлива и масла, водяного охлаждения. Количество трущихся деталей сведено к минимуму, практически остались только подшипники, на которых вращается ротор, и простой одноступенчатый редуктор. Механическая энергия не расходуется на трение, что резко повышает КПД. Не менее важная составляющая экономии — возможность рекуперации, то есть возврата электроэнергии в аккумулятор при движении «под горку». ДВС вернуть в бак топливо не способен.

Если сравнивать электродвигатель с двигателем внутреннего сгорания, то второй дает максимальный крутящий момент в узком диапазоне числа оборотов, а для входа в номинальный режим его приходится «раскручивать». В отличие от него, крутящий момент электродвигателя регулируется в гораздо более широких пределах и достигается заметно быстрее. Следовательно, динамика электрокара всегда лучше, чем у обычного автомобиля.

В екарс используются следующие типы электродвигателей:

  1. Постоянного тока.
  2. Переменного тока. Синхронные и асинхронные.
  3. Универсальные, работающие и от постоянного, и от переменного тока.

Кроме того, двигатели переменного тока подразделяются по числу фаз от одной до трех. Необходимые параметры напряжения питания создаются и регулируются электронным инвертором, преобразующим постоянное напряжение аккумуляторов в переменное.

Классические конструкции дополнились так называемым мотор-колесом. То есть в каждое колесо вмонтирован собственный электродвигатель с системой управления. КПД подобных систем достигает 92 %. 

Аккумуляторы электромобиля

Технические характеристики электромобиля в значительной степени определяются их батареями.

Литий-ионные аккумуляторы

Это классический и пока что самый распространенный вид накопителей энергии, применяемых в электрокарах. Их достоинства:

  1. Высокая плотность накопленной энергии.
  2. Высокое напряжение на выходе.
  3. Не менее 1000 циклов зарядки за 10 лет.
  4. Отсутствие «эффекта памяти», из-за которого приходится батареи других типов периодически принудительно разряжать до нуля.

Недостатки:

  1. Высокая стоимость.
  2. Узкий температурный диапазон работы (от –20 до +50 °C).
  3. Большая опасность взрыва при авариях.
Литий-ионные аккумуляторы
Литий-ионные аккумуляторы

Алюминий-ионные батареи

Введение алюминия в конструкцию аккумулятора резко снижает опасность взрыва и удешевляет производство. Новейшие экспериментальные батареи подобного типа, разработанные в Китае, выдерживают до 250 тысяч циклов перезарядки. Но в серийные электрокары их еще не устанавливают.

Литиево-серные аккумуляторы

Подобные батареи дешевле и более емкие, чем литий-ионные. И диапазон рабочих температур у них шире. Но есть и существенный недостаток — всего несколько десятков циклов перезарядки. Однако в 2020 австралийская компания году Brighsun New Energy начала выпуск литий-серных аккумуляторов повышенной емкости, рассчитанных на 1700 перезарядок. Пробег оснащенного ими электромобиля достигнет 2 000 км. Данная технология сулит революцию в конструкции всех устройств интернета вещей, прежде всего екарс. Этот тип аккумуляторов сегодня самый перспективный.

Литиево-серные аккумуляторы
Литиево-серные аккумуляторы

Инверторы электромобилей

Электронный инвертор преобразует постоянное напряжение аккумуляторов в переменное с нужными параметрами для питания электродвигателей. Большинство батарей сегодня выдают напряжение до 300 вольт, но обозначилась тенденция к его увеличению. Дополнительная функция инвертора — формирование постоянного напряжения 12 вольт для питания бортовой сети, к которой подключаются всевозможные автомобильные гаджеты: навигатор, медиапроигрыватель, кондиционер, обогреватель, камеры слежения за дорогой, заменяющие зеркала и служащие для беспилотного режима движения.  

Зарядка аккумуляторов

Возможность «заправиться» от домашней розетки — одновременно и преимущество, и недостаток электромобиля. Бытовая электросеть не способна обеспечить ток, необходимый для быстрой зарядки, существует реальная опасность пожара. Тем не менее в комплект каждого электромобиля входит кабель со встроенным ограничителем тока для подключения к обычной розетке, хотя процесс и занимает несколько часов. 

электромобиль

Сегодня эта возможность сохранена в конструкции электрокаров в основном как аварийный вариант, для того чтобы доехать до ближайшей стационарной заправки и восстановить работоспособность аккумулятора за несколько минут. Через разъем для зарядного устройства заправочной станции соединиться с бытовой сетью невозможно.

Кузов и салон электромобиля

По внешнему виду сложно отличить электрокар от автомобиля с ДВС. У них те же стремительные, но элегантные обводы, большие окна и светодиодные фары. Но салон разительно отличается. Он заметно просторнее, ведь внутри кузова нет громоздкого двигателя, коробки передач и бензобака. Аккумуляторы располагаются под днищем, электродвигатель — на задней подвеске или непосредственно вмонтирован в колеса.

Процесс управления предельно автоматизирован. Вместо привычной приборной доски — экран с необходимой информацией, картой навигатора и картинкой с тыловых камер. Переключателя скоростей нет, ключа зажигания тоже. При заказе новой машины владелец получает личный аккаунт, который вписывается в электронную карту или смартфон. Электрокар включается при приближении к нему.

электромобиль

Итоги

В городах основным источником загрязнения воздуха являются автомобили с ДВС. Единственной альтернативой им, сопоставимой по возможностям и техническим характеристикам, сегодня являются электромобили. До недавнего времени их цена и стоимость эксплуатации были слишком большими, но последние изобретения в области накопителей электроэнергии начинают медленно, но верно менять баланс в сторону электромобилей. Производство электрокаров непрерывно растет, несмотря на экономический кризис. Есть уверенность в том, что они — транспорт будущего.

Хотите всегда быть в курсе новинок на рынке электромобилей для детей и взрослых? Заходите на сайт или наш канал в «Телеграм». Там всегда много интересной и актуальной информации.

Boris Miheev/ автор статьи
Загрузка ...