Устройство двигателя электромобиля

Устройство двигателя 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.

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.

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.

Устройство электромобиля

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.

Электродвигатель

Двигатель

Мы расскажем вам о том, что такое электродвигатель в современном электромобиле, как он работает, а так же познакомим читателя с его историей развития.

Электродвигатель уже достаточно давно стал самым настоящим другом и помощником многих конструкторов техники. Коснулось это и машиностроения. Еще совсем недавно на автомобилях как отечественного, так и зарубежного производства устанавливались исключительно агрегаты, построенные по принципу внутреннего сгорания. Со временем необходимость в усовершенствовании мотора авто становилась все важнее. Это связано не только с тем, что нефтяные ресурсы постепенно истощаются, но и с тем, что экология современного большого города становится все хуже. Сегодня в мире изобретено множество различных агрегатов, которые способны заменить обыкновенный поршневой двигатель, однако именно электродвигатель среди них имеет самые радужные перспективы. Сегодня мы рассмотрим именно этот агрегат. Начать стоит с истории его возникновения и развития.

Авто на электродвигателе

История

Электродвигатель для автомобиля изобрел английский конструктор и изобретатель Старлей. Это произошло еще в далеком 1888 году. Он впервые применил эту технологию для легкового автомобиля. В 19 веке, кстати, именно электропривода использовались в основном для создания тягового усилия различных автомобилей. Люди сразу поняли, в чем кроется их главное преимущество. дело в том, что уже тогда коэффициент полезного действия электродвигателя составлял 90 процентов. Если сравнивать этот агрегат с мотором, построенном на базе внутреннего сгорания, то по этому параметру он опережал его аж в 3,5 раза. Тогда в основном в качестве тягового агрегата использовались батареи, емкость которых зависела от массы машины.

Изначально люди пытались просто найти альтернативу двигателям железнодорожных локомотивов, которые в процессе своей работы издавали страшные звуки и выделяли в атмосферу огромное количество вредных веществ. Однако постепенно ученые перекинули свои взоры на автомобили. Именно тогда Старлей и сконструировал первый электродвигатель для небольшого авто. Однако этот эксперимент не был удачным. Лишь в 1893 году в свет вышел действительно качественный электродвигатель. Он представлял собой две батареи, которые имели весьма внушительные мощностные характеристики и массу. При этом запас хода для машины был достаточно большим.

Шло время, прогресс не стоял на месте. Однако уже в 1910 году было принято решение об отказе от такого рода моторов. Дело в том, что решить проблему ограниченного запаса хода тогда не представлялось возможным. В это время стали прогрессировать двигатели внутреннего сгорания, которые практически полностью вытеснили электрические агрегаты с рынка. Возможность совершать более затяжные переезды встала на первое место. Тогда-то производство такого рода агрегатов практически прекратилось. Электродвигатель не исчез, про него просто на время забыли. Однако, в нашу эпоху научно-технического прогресса все возвращается на свои места. Сегодня электродвигатель становится все популярнее. Многие производители автомобилей начинают вкладывать в его развитие и прогресс, огромные средства. Это и не странно, ведь сейчас появилась возможность увеличения рабочего хода таких устройств. Ввиду того, что экология больших городов оставляет желать лучшего, электродвигатель становится все актуальнее.

Электродвигатель

Строение и принцип работы

Работает электродвигатель автомобиля по принципу электромагнитной индукции. Именно он взят сегодня за основу. Современные электромобили, по своей сути, мало чем отличаются от их, которые мы каждый день можем наблюдать на дорогах страны. Вообще говоря, основными частями такой техники являются:

• Электродвигатель;
• Контроллер;
• Аккумуляторные батареи.

Мы поговорим подробнее именно о сердце авто. Итак, оно работает на основе законов электромагнитной индукции. Для тех, кто не знаком с таком понятием физики, можно сказать, что данное явление связано с возникновением ЭДС в замкнутом контуре, когда в нем начинает меняться магнитный поток. Здесь все достаточно просто. Электродвигатель просто преобразует электрическую энергию в механическую, которая и позволяет двигаться автомобилю. В настоящее время коэффициент полезного действия таких агрегатов равен приблизительно 90 процентов. Это весьма внушительная цифра.

Как и любой другой электродвигатель, агрегат, устанавливаемый в электромобилях, имеет свои собственные характеристики. К таковым можно отнести:

• Мощность агрегата;
• Максимальный крутящий момент, создаваемый им;
• Ток;
• Частота вращения.

По сути, все стандартно. Единственное отличие от тех моделей, которые используются в промышленности, заключается в изменении этих параметров применительно к автомобилю.

Все электродвигатели могут питаться от источника постоянного напряжения или источника переменного напряжения. В данном случае речь идет чаще всего именно о первом варианте. Батареи, которые используются в таких машинах, создают на выходе значение в 96-192 Вольта. Этого вполне достаточно для создания ЭДС. для подключения электродвигателя переменного тока используется трехфазная схема. Современные модели электромобилей отличаются тем, что в них сам электродвигатель соединен напрямую с колесом. Такая конструкция позволяет в значительной степени улучшить управляемость машины.

Схема работы электродвигателя

Стоит отметить, что некоторые самые прогрессивные модели, которые оснащены агрегатом, работающем на переменном токе, способны в процессе торможения подзаряжать батареи. Это приводит к увеличению их срока эксплуатации в несколько раз. Это некое решение проблемы ограниченности хода. Такие устройства способны увеличивать пробег авто без подзарядки на целый 10-20 процентов. Для электромобиля это вполне внушительная цифра.

В остальном работает электродвигатель автомобиля точно так же, как и любой другой агрегат такого типа. Здесь имеется рабочий орган, который и соединяется с колесом. При подаче электрической энергии обмотка возбуждения начинает действовать на ротор мотора, который начинает вращаться вследствие ЭДС. Это движение передается на рабочие органы. Электродвигатель сегодня можно запитывать самыми разнообразными методами. В бытовых условиях используются трехфазные розетки или обычные однофазные их варианты. Все зависит от конкретной конструкции устройства, которое требуется запустить.

Про аккумуляторные батареи

Сегодня электродвигатель любого автомобиля, работающего на его основе, запитывается от аккумуляторной батареи. Сегодня стоимость такого оборудования достаточно велика, что не может не сказываться на цене самого авто. Именно поэтому сегодня до сих пор на дорогах нашей страны в основном ездят бензиновые и дизельные машины. Быть может, со временем стоимость аккумуляторных батарей заметно снизится. Это, скорее всего, приведет к возрастающей популярности машин, в основе которых лежит работа электродвигателя.

Свинцово-кислотные батареи на сегодняшний день считаются самыми дешевыми представителями, которые создаются для автомобилей. Их высокая популярность в основном связана с тем, что их можно вторично перерабатывать. Никель-металлгибридные варианты сегодня стоят намного дороже, чем свинцовые, но при этом их производительность на порядок выше. Самый оптимальный вариант именно для электромобиля — это литий-ионные батареи, которые долго держат заряд, но при этом остаются небольшими по размеру. Они не так широко распространены, так как их стоимость наиболее высокая из всех представителей питающих батарей для электродвигателя. Именно этому агрегату и нужно постоянно поставлять свежую порцию энергии. Без нее электродвигатель просто не сможет функционировать.

Подводя итог всему вышесказанному можно сказать, что современные электродвигатели имеют право на существование и в автомобильной индустрии. Их экологичность и простота заставляют все больше известных производителей делать выбор в их сторону. Относительно недавно на рынке появились гибридные модели машин. В них мотор может работать, как от аккумулятора, так и от двигателя. Разумеется, они стоят достаточно дорого. Однако именно в них решена практически полностью проблема недостаточного запаса хода. Электродвигатель постепенно входит в нашу жизнь, пуская пока небольшими шагами, но как знать, может уже совсем скоро, мы все пересядем на электромобили.

Электромотор для электромобиля — как он устроен?

0 07 Октября 2015

• Электромотор для электромобиля — как он устроен?
• 1. Как устроен электромобиль?
• 2. Электрические двигатели и аккумуляторные батареи
• 3. Зарядка электрического автомобиля

Электрический автомобиль, как показали статистические данные за текущий год, является очевидным будущим автопроизводства, причем ближайшим будущим. Многие всемирно известные автопроизводители вкладывают огромнейшие суммы в разработку электромобилей. Целю является желание сэкономить на нефтепродуктах, цена на которые систематически возрастает, а также необходимость снижения вредных выбросов в атмосферу и поиск новейших устройств хранения энергии, технологий энергопотребления.

В настоящее время крупнейшими рынками электромобилей являются Соединенные Штаты, Япония, Поднебесная и ряд стран Европы ( Нидерланды, Германия, Норвегия,Франция,Великобритания). Производством электромобилей занимаются ряд марок, таких как Renault (Fluence Z.E. и ZOE),Nissan (Leaf, Toyota (RAV4EV), Ford (Focus Electric), Honda (FitEV) , BMW (Active C), Tesla (Roadster и Model S), Volvo (C30 Electric) ), Mitsubishi (I MiEV). Если говорить о нашей стране, то 2015 год ознаменовался небывалым ростом продаж таких автомобилей, который составил 400% только за первые восемь месяцев текущего года.

Это говорит о том, что любителей экологичных электромобилей стает все больше и больше: с января по август в стране, по данным МВД, зарегистрирован 231 электромобиль. Да, такая «новинка», несомненно, пришлась многим украинцам «по вкусу». А дело то в эффективном «электрическом зверьке», который, как говорится и денежку сэкономит и экологию побережет. Как вы уже догадались, разговор пойдет о электродвигателе. Давайте вместе разбираться «что это и с чем его едят».

1. Как устроен электромобиль?

Электромобиль, по сути, является транспортом, приводимым в движение одним или несколькими электромоторами. Внешне транспорт выглядит аналогично бензиновому, но есть одно очень важное отличие: бесшумный режим работы двигателя. «Тихоня»( так мы можем назвать электродвижок) питается от батареи (бывает солнечная, аккумуляторная или специализированный топливный элемент), которая исполняет функцию «топливного бака» и обеспечивает силовой агрегат энергией. Электромобиль также укомплектован контроллером – блоком, который управляет работой электродвигателя и регулирует потоки энергии в сети между аккумуляторами и двигателем. Все остальные компоненты практически такие же, что и в других автомобилей: коробка передач, тормоза, подушки безопасности.

Для того, чтобы внедриться в принципы работы электромобиля, давайте рассмотрим технику переработки стандартного бензинового автомобиля на электрический. Такой автомобиль возродился от бензинового Geo Prism. Для того, чтобы переделать второй на электропривод, его внутренняя конструкция пережила небольшие перемены. Прежде всего, конструкторы произвели исключение бензинового движка, глушителя, муфты сцепления, бензобака, выхлопных труб. «Механика» осталась на своем месте и заработала на второй передаче. Далее последовала установка контроллера и электродвигателя с переменным током. Свинцово-кислотные аккумуляторы были размещены на полу транспортного средства. Инженеры также произвели замену тормозной системы и оборудовали автомобиль усилителем руля, водяным насосом и системой кондиционирования. Вакуумный насос добавили для усовершенствования тормозной системы.

Трансмиссию подключили таким образом, чтобы при движении рычага, передавались сигналы на контроллер. Также, электромобиль оснастили зарядным устройством, вольтметром, двумя потенциометрами, подключив их к педали акселератора и контроллеру. В результате, конструктры получили электромобиль с такими характеристиками:

— пробег на единочном заряде батарей – 80 км;

— разгон до «сотни» за 15 секунд;

— сумма энергии, необходимой для перезарядки аккумуляторных батарей: 12 кВт/ч;

— сумарная масса батарей: 500 кг.

«Новачок» оказался прост в управлении, которое ничем не отличалось от аналогичного в автомобиле, использующем бензин.

Конструкция электромобиля имеет много плюсов. Дело в ее надежности, ведь в ней количество подвижных деталей и узлов сведено к минимуму. Для того, чтобы понять как устроен электромобиль, нужно прежде всего ближе познакомиться с его составляющими: трансмиссией, аккумулятором, электронной системой управления и специальным бортовым зарядным устройством. Начнем с первого. У данного экземпляра простейшая трансмиссия, так как на большинстве моделей она представляет собой простой одноступенчатый редуктор.

Если говорить о бортовом зарядном устройстве, то это довольно удобная «фишка» электромобиля, так как дает вам право рассматривать возможность зарядки транспорта от обычной розетки. С целью преобразования постоянного высокого напряжения в переменное, большинство производителей используют специальный инвертор. Он используется также с целью зарядки дополнительной батареи на 12 Вт. (она нужна для питания, к примеру, кондиционера, электроусилителя руля, или аудиосистемы ).

Электронная система управления берет на себя ответственность за безопасность, энергосбережение и комфорт ездоков. Если покопать еще глубже, то такая система используется еще и с целью управления высоким напряжением, обеспечения нормального движения, регулировки тяги, контроля тормозной системы и расхода электроэнергии. Эта система включает в себя определенные входные датчики, блок управления и др..

Входные датчики выполняют функцию «оценщика» положения педали «газ» и «тормоз», селектора переключения передач, давления в системе тормоза, степени зарядки. Основные аспекты работы электромобиля ( информация о потреблении энергии, восстановлении энергии, остаточный заряд аккумуляторной батареи) отображаются на панели приборов.

Важной составляющей «начинки» электромобиля является контроллер. Он получает токи от батарей и толкает их на электродвижок. С помощью двух потенциометров (переменных резисторов), которые находятся на педали акселератора, формируется сигнал, который «говорит» контроллеру, о количестве энергии, которую он должен транспортировать. Когда автомобиль находится в состоянии спокойствия, импульсы не передаются.

Как уже сообщалось, от бензинового автомобиля, электрический отличается бесшумной ездой. А все дело в частоте посылаемых контроллером импульсов — 15 тыс. раз в секунду. Человеческий слух почти не может уловить такой диапазон пульсации, поэтому движение автомобиля почти не сопровождается какими-либо звуками.

2. Электрические двигатели и аккумуляторные батареи

После того как мы рассмотрели дополнительные детали в конструкции автомобиля и более-менее поняли принцип его работы, мы переходим , непосредственно, к раскрытию темы нашей статьи, а именно к электродвигателю и работающей с ним в паре энергетической батареи. Электрический двигатель – это своеобразное «сердце» автомобиля и он также, как и другие «ипостаси» имеет ряд особенностей. Во первых, главной его функцией является создание крутящего момента, он способен пределать электрическую энергию в механическую.

Работа движка осуществляется по принципу электромагнитной индукции (возникновение электродвижущей силы в замкнутом контуре при изменении магнитного потока). В целом, электродвигатель представляет собой несколько трехфазных асинхронных либо синхронных электромашин, работа которых зависит от переменного тока. Стартовая составляет 15 кВт. Максималка способна достигнуть и 200 кВт. Эффективность электрической силовой установки и ДВС сопоставляется как 90% до 25%. Помимо этого, электрический агрегат имеет множество плюсов, среди которых возможность достижения максимального крутящего момента, двигаясь на любой скорости, а также простота конструкции, выгодное воздушное охлаждение и возможность эксплуатации без использования генератора..

На сегодня, популярностью пользуется эксплуатация мотор-колес. И не мудрено, ведь объединение обычного колеса и электродвижка в один агрегат повышает комфорт и легкость в управлении.

Плюсом движков переменного тока является способность к работе в режиме генератора на момент торможения транспорта, что способствует выработку энергии и сохранении ее в аккумуляторных батареях. Потом она может быть использована во время движения электромобиля и поспособствует повышению запаса хода на 15%. Много производителей используют в сборке некоторых моделей два и более электродвигателей. Таким образом конструкторы повышают силовую тягу, ведь в этом случае в движение приводится каждое колесо отдельно или несколько сразу. За таким ходом последует и сокращение трансмиссии, которое достигается встраиванием электродвигателей в колеса. Но, что бы не говорили, такой ход обусловит увеличение неподрессоренных масс и усложнит управление автомобилем.

«Подругой» электрического двигателя является аккумуляторная батарея. Ему без нее, как говорится, «ни туда и ни сюда». Она используется для обеспечения питания «сердца» автомобиля. В общем, разновидностей батарей очень много. Приобретение некоторых из них может влететь клиенту, как говорится, «в копеечку», ведь они отличаются завышенной ценой. Самый дешевый и, в следствии, самый популярный вариант — свинцово-кислотные батареи, которые на 97% поддаются повторной переработке. На ступеньку выше находятся никель-металлгибридные батареи, производительность и цена которых выше чем у свинцово-кислотных.

Идеальными для электромобилей являются литий-ионные батареи, так как в плане компактности, легкости и энергосбережении они способны превзойти первые два вида. Та же ситуация и с ценовой политикой, ведь данный вид батарей является наиболее дорогостоящим. Она представляет собой соединение нескольких модулей, которые вместе выдают 300 Вт систематического тока. Емкость батареи, как правило, прямопропорциональна к мощности двигателя. Срок действия батареи ограничивается на 7 лет.

Зачастую, многие автопроизводители оснащивают свои электромобили ещё одним небольшим дополнительным аккумулятором, который «оживляет» работу автомобильных аксессуаров: приборной панели, фар, автомагнитолы, подушек безопасности, электрических стеклоподъемников, стеклоочистителей и др.

В основном, в конструкции автомобилей на электрической тяге инженеры известных автопроизводств используют литий-ионные батареи. Именно в этом факте кроется главная причина высокой стоимости такого рода авто.

Большинство клиентов, как ни странно, предпочитают бензиновые автомобили, которые обойдутся им дешевле. Отталкивающее действие производит и длительное ожидание зарядки аккумулятора и не очень хорошая автономность. На сегодня, электромобили, в основном, эксплуатируются как транспорт для города. Стиль вождения, покрытие трассы оказывают сильное влияние на показатель автономности. Многие производители смогли добиться пробега в 150 км без дополнительной зарядки, но это при 70 км/ч. Если вы решили разогнаться до 130 км/ч, то вы проедете не более 70 км. В помощь водителю многие компании разработали специальные технологии, которые позволяют повысить автономность где-то до 300 км. Ранее упомянутое рекуперативное торможение, является одной из этих технологий и способно возвратить до 30% затраченной энергии.

3. Зарядка электрического автомобиля

Но все же, если вы уже решились на покупку электромобиля, первой хорошей новостью для вас станет тот факт, что на содержание такого автомобиля у вас уйдет в 3-4 раза меньше расходов, ведь они, в целом, зависят от стоимости электроэнергии. Всем же известно, что цена на нефтепродукты постоянно возрастает.

Сама зарядка включает в себя две цепи: цепь зарядки и цепь контроля зарядки. Вышеупомянутый контроллер способен отследить ток и температуру батареи, дабы свести время зарядки к минимуму. Это происходит во время сложной системы зарядки. Если брать зарядку ту что попроще, в таком случае напряжение или ток регулируются на основе предположений о характеристике батареи отслеживаются на основе регулируют их. К примеру, устройство для зарядки «втискивая» из себя максимальный показатель тока для зарядки электромобиля до 80%, вскоре по достижению этой отметки резко снижает поступление тока к концу зарядки. Все это хитромудро придумано для избежания перегрева батареи. Зарядка может «жить отдельной жизнью» и быть независимым от конструкции электромобиля блоком, или же быть всецело интегрированной в электрический транспорт.

Сразу после ценовой политики, многих покупателей волнует система зарядки автомобиля, ведь пробег транспортного средства на одном заряде батарей «затиснут» в определенные рамки. Как известно, неотъемлемой частью использования электромобиля является нужда в систематической зарядке аккумуляторной батареи, которая, в свою очередь, занимает не мало времени.

На деле, если диапазон пробега вашего «электромобильчика» не будет превышать 50-60 км ежедневно, вам нечего боятся. Но что, если вы любители дальних и длительных поездок? Не отчаивайтесь! Решений проблемы есть много. Во первых, электромобиль требует добротной зарядки аккумуляторной батареи, которую вы сможете осуществить с помощью бытовой электрической сети мощностью 3-3,5 кВт. Запомните, что нормальный заряд достигается только спустя восемь часов! Если вы не любите, или не можете ждать, то альтернативой для вас станет ускоренная зарядка, которая доступна на специальных станциях мощностью до 50 кВт. Так вы сможете зарядить своего «рысака» до 80% всего за 30 минут.

Еще одним способом станет элементарная замена разряженной аккумуляторной батареи на заряженную, которая может осуществиться на специальных станциях по обмену. Особой популярностью в развитых в этом плане странах пользуется система зарядки Magna-Charge.

Она состоит из двух ипостасей: зарядной станции, установленной на стене дома и системы зарядки, которая находится в багажнике электромобиля. Первая подключается к сети 240 вольт используя 40-ка амперный автомат. Другая использует для этого индуктивную панель (половинка трансформатора). Другая половина находится в отсеке за номером электромобиля. Таким образом данная система позволяет сделать заряд автомобиля более комфортным и быстрым.

Но опять же, все эти решения имеют место в том городе или стране, где прослеживается развитие инфраструктуры, а именно, тех самых зарядных и обменных станций и мест парковки.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Источник http://autoleek.ru/dvigatel/jelektricheskij-dvigatel/ustrojstvo-jelektromobilja.html

Источник http://autodont.ru/dvigatel/elektrodvigatel

Источник http://auto.today/bok/3084-elektromotor-dlya-elektromobilya-kak-on-ustroen.html