Электромобиль: как ездит, чем «дышит», из чего состоит

Автор Юлия Матюхина

Что такое электромобиль? Когда он впервые появился на свет? За счет каких механизмов он передвигается?

Электромобиль прочно входит в реалии XXI века. Он подчиняется негласному правилу трех «э»: экологичен, экономичен и эффективен в работе.

В детстве большинство из нас хотели узнать, как устроена та или иная игрушка: разбирали юлу, заглядывали внутрь калейдоскопа. Взрослые люди не менее любопытны и любознательны и узнать, как устроен современный электромобиль — желание вполне объяснимое.

Личный транспорт на электротяге называют автомобилем будущего: он не вредит окружающей среде и не требует стандартного топлива.

В этой статье мы рассмотрим принципы работы электромобиля: ка
к происходит преобразование электроэнергии в движение, и как взаимодействуют основные компоненты системы.

Кто и когда придумал электромобиль

Скоро исполнится 200 лет со дня появления первого электромобиля. В 1832 году изумленные шотландцы познакомились с электромобилем, изобретенным их соотечественником Робертом Андерсоном. Грубая тележка работала от первичных элементов, а автор получил патент на первый в мире транспорт на электротяге.

Середина XIX века стала отправной точкой для распространения электромобилей. Новинки работали на основе перезаряжаемых батарей и активно использовались на практике.

В конце позапрошлого столетия мир познакомился с электромобилем на основе свинцово-кислотной батареи и двигателя, работающего по принципу «мотор — колесо». Элементы первых электромобилей применяются и сегодня.

Изобретенные в первое десятилетие XX века автомобили с бензиновыми двигателями почти на столетие оттеснили электромобили на второй план.
В 1990-х годах появились новые поколения электромобилей, медленно, но верно набирающие популярность.

Три поколения современных электромобилей

Электромобиль первого поколения переделывался из обычного автомобиля путем замены двигателя внутреннего сгорания на мотор с инвертором, а топливного бака — на аккумуляторы. Пример электромобиля первого поколения — RAV4 EV 1997 года.

размещения электрического двигателя. Привычной трансмиссии уже не было, а аккумуляторы оборудовались в центральном тоннеле. Ко второму поколению электрокаров относят VW E-Golf 2015 года выпуска.

Первой ласточкой электромобилей третьего поколения специалисты называют Tesla Model S с плоским аккумулятором под полом салона. Электродвигатель установлен в задней части на месте ставшего ненужным бензобака. В третьем поколении появились силовые установки из двух и трех электродвигателей.

Четвертое поколение электрокаров отличается автономностью хода и возможностью сверхбыстрой зарядки. Роскошный Porsche Taycan и другие представители четвертого поколения оборудуются мощными батареями в 800 вольт.

Силовая установка

Двигатель электромобиля — это статор и ротор. В статоре возникает магнитное поле и приводит во вращение ротор, по которому движется электрический ток.

Электромоторы подразделяются на двигатели:

постоянного тока;
переменного тока (асинхронные и синхронные);
однофазные;
двухфазные;
трехфазные;
универсальные.

Чаще всего используют синхронные или асинхронные двигатели с индукционными катушками вместо магнитов.

В электромобиле устанавливаются силовые установки мощностью в несколько сотен лошадиных сил, за счет которых они разгоняются быстрее, чем автомобили с ДВС.

Силовая установка, состоящая из двух моторов, каждого на своей оси, увеличивает суммарную мощность двигателей и запас хода. Появляются электромобили с тремя двигателями в одном комплекте: кроссовер Audi e-tron S яркий тому пример. Есть новинки и с четырьмя двигателями, например, гиперкар Pininfarina Battista обладает суммарной мощностью силовой установки в 1900 л.с.

Электромобиль экономичен по причине отсутствия траты энергии во время остановок. Особенно экономичный эффект заметен при городских поездках с постоянным снижением скорости в пробках и у светофоров.

Интересный факт: КПД электромобиля достигает 95%, а у автомобиля с ДВС 25%. Электромоторы могут использоваться автономно — в чисто электрической версии и в комплекте с двигателем внутреннего сгорания — в гибридном авто.
Питание двигателя происходит от аккумулятора.

Аккумуляторные батареи

Аккумуляторная батарея — один из важнейших и самый дорогой узел электромобиля. Первые батареи были огромными и дорогими, а проехать на них можно было не более пятнадцати километров. Теперь производители выпускают компактные надежные тяговые аккумуляторы.

Отличия батарей друг от друга основаны на следующих показателях:

мощности;
емкости;
рабочем напряжении;
форме;
количестве и конфигурации ячеек.

Мощность аккумулятора тесно связана с мощностью двигателя. Виды аккумуляторов для электромобилей:

литий-ионные;
никель-марганец-кобальтовые;
литий-фосфатные;
твердотельные.

Твердотельные батареи произвели в мире аккумуляторов настоящую революцию. За счет замены жидких электролитов на твердые новые батареи обладают важными преимуществами: они менее пожароопасные, обладают длительным сроком службы, компактнее в размерах и дешевле.

Скорость зарядки батареи зависит от ее емкости. Современные электромобили подзаряжаются в одном из трех режимов: медленном, быстром и сверхбыстром.
Во всем мире компании совершенствуются в разработке тяговых батарей для электромобилей. Конструкторы придумывают новые формы, инженеры создают кардинально другие основы.

Китайские разработчики аккумуляторов изобрели стандартизированные съемные батареи. Смена происходит в роботизированном режиме в специальных боксах.

Другое инновационное решение: способ бесконтактной зарядки через установку мощного индуктора. Так самые смелые инженерные мечты превращаются в реальность.

Инвертор

Инвертор берет на себя непростую роль посредника между двигателем и аккумулятором. Благодаря инвертору, поступающий от батареи постоянный ток преобразуется в переменный, необходимый для работы силовой установки.

Компактный по конструкции инвертор также управляет замедлением и ускорением движения электромобиля. Современные инверторы надежно защищены от перегрузок и перегрева.

Трансмиссия

Суть трансмиссии в электромобиле состоит в работе на двух этапах. На первом этапе происходит преобразование механической энергии двигателя в электрическую посредством генератора. На втором этапе электрическая энергия снова переходит в механическую в тяговых электродвигателях.

Главное отличие трансмиссии электромобиля от трансмиссии автомобиля с ДВС в односкоростной коробке передач. Самый распространенный вид трансмиссии в электромобилях — это односкоростная коробка передач с редуктором, снижающим высокие обороты и синхронизирующим их с вращением колеса.

Редко встречается двухскоростная трансмиссия, на сегодняшний день такой установкой располагают только две модели: Porsche Taycan и Audi e-tron GT. Двухскоростная трансмиссия позволяет электромобилям достигать максимальной скорости на шоссе.

Трансмиссия электромобиля в несколько раз проще, чем многоступенчатая трансмиссия автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Основные преимущества трансмиссии на электромобиле:

разгон происходит быстро и плавно;
проще и дешевле в обслуживании;
компактный размер.

Зарядное устройство

Одна из самых сложных систем в устройстве электромобиля — зарядная система в виде автономного электронного блока. Электрокар способен заряжаться как от источника постоянного, так и от источника переменного тока.

Мировые производители не пришли к единому стандарту зарядного устройства, и водителям приходится пользоваться переходниками.

Система охлаждения

В отличие от двигателя внутреннего сгорания, электромотор нагревается меньше, но тяговая батарея нуждается и в системе тепловых магистралей, и в радиаторе. Регулировка температуры требуется также инвертору, через который с огромной силой проходит электрический ток.

Встроенная в электромобиль система охлаждения выполняет вторую важную функцию: поддерживает комфорт в салоне.

Тормозная система

Электромобиль оборудован привычными для водителей тормозными колодками, дисками, компонентами с тормозной жидкостью. С другой стороны, тормозная система электромобиля резко отличается от аналогичной системы автомобиля с ДВС возможностью рекуперативного торможения.

Наличие рекуперативной системы торможения — отличительная особенность современных электромобилей. Рассмотрим, что такое рекуперация в действии. При торможении электромобиля ротор вырабатывает электрический ток, переходящий в энергию для аккумулятора. Чем чаще тормозит электромобиль, тем больше заряжается его батарея.

Система рекуперативного торможения обеспечивает большой запас энергии и делает электромобиль более экономным, чем автомобиль с ДВС.

5-секундный опрос

Какое преимущество электромобиля вы считаете основным?

Отсутствие вредных выбросов во внешнюю среду

Повышенная безопасность

Уменьшение фонового шума на улицах и трассах

Высокая степень технологичности

Экономичность в расходе энергии

Низкие затраты на содержание

Проголосовать

Ваш ответ учтен. Спасибо за участие в опросе! =)