Принцип работы электромобиля. Краткий разбор для автолюбителей

Принцип работы электромобиля, история его создания и разновидности. Обо всем этом читайте ниже.

Почти каждый день в интернете можно увидеть новости об электромобилях. О том как Илон Маск выпускает новую модель Тесла. Или как Audi e-tron покоряет новые рынки, а Nissan Leaf захватывает города. Все больше производителей авто заявляют о том, что планируют выпустить свою линейку электрокаров. А некоторые гиганты, такие как Mercedes, Volvo, Volkswagen и Porsche, вообще заявили о прекращении выпуска автомобилей с ДВС в скором будущем.

И у многих людей в головах зреет вопрос, а что такое электромобиль? Как он передвигается?Чем заряжать?

Давайте разберемся со всем по порядку. И для начала посмотрим на определение электромобиля согласно информационной справке Аналитического центра при Правительстве Российской Федерации:

Электрический автомобиль (электромобиль, Electric car/vehicle, EV) — транспортное средство, которое приводится в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от автономного источника электроэнергии (аккумуляторов, топливных элементов и т.п.).

Довольно простое и понятное определение. Далее давайте поговорим о том, как появились электромобили.

Краткая история электрокаров

В 1831 году произошло открытие, которое положило начало созданию электромобилей. Майкл Фарадей открыл закон электромагнитной индукции. В результате чего инженеры по всему миру стали экспериментировать в создании, различных изобретений, на основе открытия Фарадея.

Результат не заставил себя долго ждать. И уже в 1884 году Томас Паркер создал автомобиль с перезаряжаемыми аккумуляторами, поставленный на производство. А в 1889 году, нашим соотечественником Ипполитом Романовым, был создан первый русский электромобиль.

Изобретение И. Романова представляло собой двухместную карету. В которой водитель располагался сзади пассажиров на возвышении, а под ним находились батареи. Вес такого «электрокара» был примерно 750 кг. Данное средство передвижения имело 9 скоростей и могло разгоняться до 37 км/ч. Тормоза были оснащены рекуперативной системой. Т.е. энергия, затраченная на торможение машины, направлялась в батареи. Что в свою очередь обеспечивало больший запас хода.

Процесс совершенствования электромобилей продолжал прогрессировать. Количество выпускаемой продукции было в 2 раза больше, чем автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Но в 20-х годах двадцатого века, в США и Европе стремительно строились автомагистрали. Что дало возможность для дальних путешествий на автомобилях.

Это послужило концом популярности электромобилей того времени. Аккумуляторные батареи были слабые и нуждались в подзарядке довольно часто. И длительная езда на электромобиле превращалось в невыполнимую задачу. И уже к 30-м годам, автомобили с ДВС полностью завладели рынком и вытеснили электрических собратьев.

Затем только в 90-х годах электромобили получили второй шанс и не собираются его упускать.

Виды автомобилей

Многие слышали про электромобили, про гибриды и водородные автомобили. Но что они из себя представляют, чем отличаются и чем схожи, знают не все. Давайте разберем основные определения, что бы в дальнейшем не возникало путаницы.

• NEV (машины новой энергии) – обобщенное понятие. Которое включает в себя все автомобили, которые могут ездить не на оставляющим углеродный след ДВС. Это электромобили (BEV) и водородный транспорт (FCEV).

• EV (BEV, battery electric vehicle) – электромобиль или любой вид транспорта, который приводит в движение силовая установка, состоящая из одного и более электродвигателей и аккумуляторного блока. Батарея питает энергией мотор, который в свою очередь вращает колеса. Так как в EV не предусмотрен топливный бак, транспорт заряжают только от бытовой розетки или на специальных зарядных станциях.

• PHEV (plug-in hybrid, плагин-гибриды, подключаемые гибриды). Это вид транспорта, в котором стандартный двигатель на ДВС работает параллельно с электромотором и аккумуляторной батареей. В отличие от обычных гибридов (HEV), в которых емкость батареи пополняется исключительно от топливного мотора, PHEV можно зарядить напрямую от розетки. Плагин-гибриды ближе к «зеленому» транспорту, так как в них сильно сокращен расход топлива. А машина может проехать некоторое расстояние (обычно от 10 до 35 км) исключительно на мощностях тяговой батареи. Более подробно узнать про гибриды, их виды, достоинства и недостатки, можно здесь.

• FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) – электромобили на топливных элементах питания. В отличие от подключаемых гибридов (PHEV), топливо, используемое в таких автомобилях, характеризуется нулевым уровнем выброса. На данный момент единственное подходящее под это определение топливо — водород. Поэтому термин FCEV синонимичен понятию «водородный электромобиль». Более подробную информацию об этих автомобилях можно прочитать в этой статье.

Типы электромобилей

BEV можно условно разделить на несколько типов, в зависимости от задач и особенностей эксплуатации:

• Внутригородские. Ограниченные по мощности двигателя и скорости передвижения, небольшие электромобили. Созданные для движения в городской среде на небольшое расстояние.
• Полноразмерные. Электрокары, имеющие внешний вид привычных нам легковых автомобилей.
• Грузовые. На сегодняшний день, количество таких авто небольшое. Они используются только для внутригородских перевозок, но в скором времени могут появиться фуры с запасом хода на одном заряде батареи до 800 км.
• Общественный транспорт. Троллейбусы, трамваи, электробусы уже много лет известны всем.
• Другие. Различные микроэлектромобили, вроде трициклов, не получившие особого распространения.

Теперь перейдем непосредственно к устройству электромобилей.

Устройство всех электромобилей схоже и все они имеют следующий набор узлов и агрегатов.

Электродвигатель

Электродвигатель состоит из двух частей, неподвижной части – статора и вращающейся – ротора. При подаче переменного тока на двигатель, создается магнитное поле, которое вращает ротор, а тот в свою очередь передает крутящий момент на трансмиссию. Но электродвигатели бывают разные и соответственно, принцип их работы будет немного отличаться.

• синхронный электродвигатель. Это двигатель переменного тока с постоянными магнитами в качестве ротора. Из-за использования дорогих металлов и сложного управления в «режиме» постоянного магнитного поля, стоимость таких двигателей довольно высока, а соответственно и более редкое использование в электромобилях.
• асинхронные электродвигатели. В этих двигателях, вместо постоянных магнитов используются индукционные катушки. Свое название они получили из-за того, что вращение ротора отстаёт от вращения магнитного поля, создаваемого катушками статора. Такие электродвигатели дешевле в производстве и чаще встречаются в электрокарах.

Трансмиссия

Вне зависимости от того какой двигатель стоит в электромобиле, крутящий момент может достигать высоких показаний за кротчайшее время и менять направление вращения. И для этих манипуляций не требуется сложной, многоступенчатой трансмиссии, как у автомобилей с ДВС. Достаточно простого и надёжного понижающего редуктора. На более мощных и быстрых электромобилях он может дополняться двух­ступен­чатой коробкой.

Батарея

Это самый дорогой узел электро­мобиля. На сегодняшний день батарея представляет собой набор ячеек (элементарных аккумуляторных элементов). Батареи различаются по разным параметрам, например, таким как состав, ёмкость и рабочее напряжение. Форма батарей так же может быть различной, в зависимости от модели электрокара.

Инвертор

Это устройство является «посредником» между электромотором и батареей. Инвертор предназначен для преобразования электрического тока из постоянного (от батареи) в переменный, на котором работает двигатель. Так же инвертор позволяет управлять ускорением или замедлением движения электромобиля, в зависимости от положения педали акселератора.

Аккумулятор

Как не странно, но в электромобилях присутствует 12 – вольтовый аккумулятор. Ведь питание бортовой электроники, светотехники, компрессоров и других приводов, требует именно низковольтного питания.

Система охлаждения

Несмотря на то, что электрический двигатель греется не так как ДВС, без системы охлаждения не обойтись. Практически в любом BEV есть радиатор и система тепловых магистралей, которые нужны для обеспечения оптимальной температуры и более долгосрочной работы батареи. Нельзя забывать и про то, что инвертор так же нуждается в стабильной оптимальной температуре.

Тормозная система

Можно подумать, что в электрокаре тормоза не нужны, ведь двигатель в режиме генератора, создает силовое сопротивление, что тормозит машину. Но в реальности, все электромобили имеют привычные нам элементы тормозной системы: колодки, диски, гидромагистрали с тормозной жидкостью т.д. Но из-за небольшой нагрузки на эти элементы, их износ гораздо меньше.

Итоги

Мы рассмотрели основные понятия, связанные с устройством электромобиля, но теперь у многих в головах стоит вопрос, а что лучше автомобиль с ДВС или электромобиль? Поговорим об это в следующей статье.