5 главных преимуществ электрических автомобилей

Почему электромоторы круче двигателей внутреннего сгорания?

Электромобили постепенно входят в повседневную автомобильную жизнь, хотим мы этого или нет. Поэтому не будем расстраиваться или наоборот эмоционально сильно превозносить возможности этого типа привода для машин, а отметим 5 реальных положительных фактов присущих электрокарам, которые действительно превосходят стандартные двигатели ДВС в машинах классической компоновки.

Преимущества электромоторов в этот пасмурный осенний день (в Москве сейчас именно такая погода) поясняет Джейсон Фенске с YouTube канала Engineering Explained в своем новом видео. Пробежимся по главным аспектам преимуществ производительности электрического автомобиля по сравнению с обычным.

Первые два плюса в копилку электромоторов.

Он заключается в том, что электромоторы производят пиковый крутящий момент с нулевых оборотов. Стоите вы такие на светофоре, загорелся зеленый сигнал, нажимаете педаль акселератора и у вас почти мгновенно начинают работать все заявленные производителем ньютон-метры. Никаких задержек или провалов. Поэтому у современных автомобилей типа Tesla такие звездные показатели ускорения.

Происходит это в том числе из-за того, что как правило, высокий крутящий момент распространяется на большой диапазон оборотов, низкой инерции электромотов и высоких максимальных оборотов электродвигателя.

В связи с последним, как правило, электромоторы агрегатируются с односкоростными коробками передач, много скоростей им ни к чему. Подробнее об этом написано здесь.

Второй положительный момент проистекающий из вышеназванных преференций- меньший вес трансмиссий в частности и автомобиля в целом, больше надежности, никаких провалов во время разгона и потерь во времени при интенсивном ускорении.

Третий плюс машин с электрической трансмиссией

Третий пункт касается реакции на открытие дроссельной заслонки. В частности, Джейсон говорит о физических ограничениях дроссельной заслонки с центральным шарниром, и тот факт, что поворот дроссельной заслонки от 5 до 15 процентов дает увеличение площади открытия в три раза, в то время как поворот пластины с 95 процентов до 100 процентов дает изменение площади открытия всего примерно на 1 процент.

В электромобилях же калибровка дросселя с предполагаемой выходной мощностью просто вопрос программного обеспечения:

В электромобиле вы можете получить именно то, о чем просите, нажав на педаль акселератора, потому что вы можете выбрать то количество мощности, сколько хотите в любом конкретном положении, по сравнению с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания, которые являются более чувствительными, когда вы находитесь в начальной части хода педали.

Четвертое преимущество

Следующий неотъемлемый плюс касается возможности использования электродвигателя для замедления автомобиля. Благодаря тому, что колеса при движении автомобиля накатом могут проворачивать мотор (и использовать его инерцию в качестве сопротивления), движение автомобиля вперед позволяет на время сделать из мотора генератор, который будет заряжать энергией аккумуляторные батареи и одновременно замедлять автомобиль, вместо того чтобы тратить полезную энергию на нагрев тормозов, уменьшая тем самым нагрузку на тормозную систему.

Нагрузка на тормоза меньше, износ меньше, что подразумевает возможность уменьшение диаметра тормозных дисков и уменьшение размеров суппортов. Мощные тормоза на таких автомобилях не нужны.

Пятый плюс электромобилей

Преимущества в компоновке аккумуляторных батарей. Аккумуляторы можно ставить куда угодно в автомобиле. Обычно их укладывают в пол машины, тем самым смещая центр тяжести вниз, но по сути аккумуляторы можно распределить по автомобилю в различные места, от капота, до багажника, еще тоньше настроив развесовку автомобиля.

Да, батареи тяжелые, но они могут быть упакованы таким образом, чтоб помочь максимально увеличить внутренний объем и минимизировать эффект этой массы, что даст лучшую управляемость.

Есть ли коробка передач в электромобиле и какая она?

Есть ли коробка передач в электромобиле? Большинство современных электрических машин выпускаются с 1-ступечнатыми редукторами. Разработчикам удалось упростить конструкцию, благодаря неспособности электрических моторов выдавать больший момент вращения, чем в ДВС. В редких исключениях производители добавляют КПП на свои транспортные средства, но это приводит к удорожанию автомобилей и усложнению их конструкции. Ниже подробно, есть ли «механика» в таких авто, а также рассмотрим особенности этого вопроса.

Есть ли коробка передач в электромобиле

Многие автовладельцы, планирующие покупку «зеленого» транспорта, интересуются — есть ли коробка передач в электромобилях. Отметим, что впервые электрические машины появились еще в конце 19 века, но после создания ДВС о таком транспорте постепенно забыли. С появлением экологических проблем тему подобной техники пришлось развивать снова.

Мало кто знает, но первый электромобиль появился еще в 1899-м. Они весил около 1000 кг и разгонялся до 100 км/ч. При этом двигатель имел мощность около 70 лошадиных сил, чем не могли похвастаться даже многие бензиновые / дизельные «коллеги».

Ключевым отличием между электромобилями и обычным транспортом ДВС стал не только двигатель, но и особенности трансмиссии. В машинах, работающих на обычном топливе, есть коробка передач со множеством ступеней. Чем их больше, тем выше скоростные показатели транспортного средства.

Что касается электрокаров, в них нет классической «механики», а для движения такому транспорту достаточно одной скорости. Но есть ли этому объяснение? Причина в том, что максимальный момент вращения в электрическом моторе можно получить уже на 0-ых оборотах. Кроме того, электрокару не нужно разделение мотора и коробки передач на холостых или при остановке, ведь ХХ у электрического двигателя не предусмотрен.

Двигатели в электромобилях имеют более широкий диапазон оборотов. При этом мощность не растрачивается, а расходуется с максимальном КПД. Вот почему коробка передач на электромобиле не нужна.

Таким образом, электродвигателям достаточно только одной скорости, и это происходит по двум причинам:

1. Электрический мотор даже на небольших оборотах отличается высоким моментом вращения.
2. Электродвигатель эффективен во всем диапазоне работы.

Дополнительно рассмотрим, есть ли коробка передач в электромобилях Тесла. Как и в других машинах с электрическим мотором, здесь предусмотрена 1-ступенчатая КПП, которая передает вращение от мотора к колесам.

Принцип действия прост:

• Вращающийся вал мотора приводит в движение шестеренки.
• Шестерни крутятся и передают вращение на колеса.

Обратный ход достигается за счет замены направления фаз на асинхронном моторе, что приводит к вращению в другую сторону.

Правда ли, что коробка передач не нужна в электрокаре

В большинстве моделей электромобилей коробка передач не устанавливается. Она не нужна, ведь при нажатии на педаль газа создается максимальный момент вращения. Иными словами, его достаточно при наличии любых оборотов. С учетом этого факта в сцеплении для электромобиля нет необходимости, ведь мотор работает с учетом получаемой мощности. Но есть ли возможность поставить КПП на электрокар? Для создания эффекта переключения некоторые производители идут на установку «механики» (об этом ниже).

Конструктивно коробка передач на электромобилях замещается одноступенчатым редуктором. Но при эксплуатации в условиях бездорожья 1-ступенчатые КПП не справляются с поставленной задачей. Вот почему в смешанном режиме желательно выбирать КПП с 3-мя или 4-мяступенями. Их наличие оптимизирует момент вращения и повышает запас хода на одном заряде аккумулятора.

Одним из примеров электромобиля с механической КПП является автомобиль Мустанг Литиум. Его мощность составляет 900 «лошадей», а для удобства управления предусмотрена 6-ступенчатая «механика».

В этот же период немецкая компания ZF выпустила 2-ступенчатую коробку передач для своего автомобиля. Такой шаг разработчики объяснили необходимостью более точного управления моментом вращения. КПП программируется таким образом, что переключение не следующую скорость происходит при достижении 70 км/час. При желании можно изменить программу и запланировать переключение коробки передач на другой скорости.

Преимущества КПП на электрокарах:

1. Создание ощущения управления обычным автомобилем с коробкой передач.
2. Улучшенная проходимость.
3. Увеличение запаса хода.

• Повышение веса автомобиля.
• Усложнение конструкции, из-за того, что в авто есть дополнительный узел.
• Увеличение стоимости из-за наличия «механики».

Теперь вы знаете, есть ли коробка передач в электромобиле, нужна ли она, и в каких машинах она все-таки установлена. Если подводить итог, электрический двигатель не нуждается в «механике», но некоторые производители идут на ее установку для покрытия прихотей своих покупателей. В комментариях расскажите, о каких еще электрокары с коробками передач вы знаете. Поделитесь мнением, есть ли смысл в установке такого узла на машина с электрическим агрегатом.

Электрический автомобиль

Электрический автомобиль, хотим мы этого или нет, является безусловным и неотвратимым будущим автомобилестроения, при этом будущим ближайшим. Многие производители по всему миру вкладывают значительные средства в разработку электромобилей, чему способствует неуклонный рост цен на нефтепродукты, необходимость снижения вредных выбросов от автомобиля, а также разработки устройств хранения энергии, технологий энергопотребления.

В настоящее время крупнейшими рынками электрических автомобилей являются США, Япония, Китай и ряд европейских стран (Франция, Нидерланды, Норвегия, Германия, Великобритания). Из производителей электрокаров выделяются компании Nissan (Leaf), Mitsubishi (I MiEV), Toyota (RAV4EV), Honda (FitEV), Ford (Focus Electric), Tesla (Roadster и Model S), Renault (Fluence Z.E. и ZOE), BMW (Active C), Volvo (C30 Electric). Наша страна пока находится в стороне и от производства и от потребления электромобилей, за исключением разработок отдельных энтузиастов (известная Lada Ellada не в счет, она построена на импортных комплектующих).

Под термином «электрический автомобиль» или «электромобиль» понимается транспортное средство, которое приводится в движение одним или несколькими электрическими двигателями. При этом питание электромотора может осуществляться от аккумуляторной батареи, солнечной батареи или топливных элементов. Наибольшее распространение получила конструкция электромобиля с питанием от аккумуляторной батареи.

Аккумуляторная батарея требует регулярной зарядки, которая может осуществляться от внешних источников тока, путем рекуперации энергии торможения, а также от генератора на борту электромобиля. Генератор приводится от двигателя внутреннего сгорания, но такая схема, по сути, электромобилем уже не является, а относится к одной из разновидностей гибридного автомобиля.

Работа по созданию электрических автомобилей ведется в двух направлениях — разработка новых моделей и адаптация серийных автомобилей. Последнее направление более предпочтительное, т.к. менее затратное.
Выпускаемые электромобили в зависимости от предназначения можно разделить на три группы:
— городские электромобили (максимальная скорость до 100 км/ч);
— шоссейные электромобили (максимальная скорость свыше 100 км/ч);
— спортивные электромобили (максимальная скорость свыше 200 км/ч).

Устройство электрического автомобиля
В отличие от автомобиля с двигателем внутреннего сгорания электромобиль имеет более простую конструкцию, включающую минимальное количество движущихся частей, а значит более надежную.
Основными конструктивными элементами электрического автомобиля являются: аккумуляторная батарея, электродвигатель, трансмиссия, бортовое зарядное устройство, инвертор, преобразователь постоянного тока, электронная система управления.

Тяговая аккумуляторная батарея обеспечивает питание электродвигателя. На электромобиле, в основном, используются литий-ионная аккумуляторная батарея, которая состоит из ряда соединенных последовательно модулей. На выходе аккумуляторной батареи снимается напряжение постоянного тока порядка 300В. Емкость батареи должна соответствовать мощности электродвигателя.

Одним из основных элементов электромобиля является электродвигатель, который служит для создания необходимого для движения крутящего момента. В качестве тягового электродвигателя используют трехфазные синхронные (асинхронные) электрические машины переменного тока мощностью от 15 до 200 и более кВт. В сравнении с ДВС электродвигатель имеет высокую эффективность и меньшие потери энергии. КПД электродвигателя составляет 90% против 25% у ДВС.

Основными преимуществами электродвигателя являются:
— реализация максимального крутящего момента во всем диапазоне скоростей;
— возможность работы в двух направлениях без дополнительных устройств;
— простота конструкции, воздушное охлаждение;
— возможность работы в режиме генератора.

В ряде конструкций электромобилей используется несколько электродвигателей, которые приводят отдельные колеса, что значительно повышают тяговую мощность транспортного средства. Электродвигатель может быть помещен непосредственно в колесо автомобиля, сокращая до минимума трансмиссию. Но такая схема электромобиля увеличивает неподрессоренные массы и ухудшает управляемость.

Трансмиссия электромобиля достаточно проста и на большинстве моделей представлена одноступенчатым зубчатым редуктором. Бортовое зарядное устройство позволяет заряжать аккумуляторную батарею от бытовой электрической сети. Инвертор преобразует высокое напряжение постоянного тока аккумуляторной батареи в трехфазное напряжение переменного тока, необходимое для питания электродвигателя.

Преобразователь постоянного тока обеспечивает зарядку дополнительной двенадцативольтовой аккумуляторной батареи, которая используется для питания различных потребителей электроэнергии (электроусилитель рулевого управления, электрический отопитель салона, кондиционер, система освещения, стеклоочистители, аудиосистема и др.)

Электронная система управления выполняет в электрическом автомобиле несколько функций, направленных на обеспечение безопасности, энергосбережение и комфорт пассажиров:

— управление высоким напряжением;
— регулирование тяги;
— обеспечение оптимального режима движения;
— управление плавным ускорением;
— оценка заряда аккумуляторной батареи;
— управление рекуперативным торможением;
— контроль использования энергии.

Конструктивно система объединяет ряд входных датчиков, блок управления и исполнительные устройства различных систем электромобиля. Входные датчики оценивают положение педали газа, педали тормоза, селектора переключения передач, давление в тормозной системе, степень заряда аккумуляторной батареи. На основании сигналов датчиков блок управления обеспечивает оптимальное для конкретных условий движение электромобиля. Основные параметры работы электромобиля (потребление энергии, восстановление энергии, остаточный заряд аккумуляторной батареи) визуально отображаются на панели приборов.Эксплуатация электромобиля
Несмотря на внешнее сходство и аналогичные органы управления, эксплуатация электромобиля существенным образом отличается от эксплуатации автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Именно эксплуатационные проблемы сдерживают массовое использование электромобиля, среди которых:

— высокая стоимость;
— ограниченная автономность;
— значительное время заряда аккумуляторов.

Высокую стоимость автомобиля во многом определяет цена аккумуляторной батареи. Несмотря на отличные эксплуатационные характеристики, литий-ионная аккумуляторная батарея очень дорогая в производстве и помимо этого имеет ограниченный ресурс (5-7 лет). Это заставляет разрабатывать новые источники тока (топливные элементы), способы хранения энергии (суперконденсаторы, маховики), совершенствовать конструкцию тяговых аккумуляторных батарей (литий-полимерные аккумуляторы).

Текущие расходы на содержание электрического автомобиля значительно ниже (в 3-4 раза) расходов на содержание автомобиля с ДВС и зависят, в основном, от стоимости электроэнергии. Эксплуатация электромобиля экономически выгодна в странах, где производство электроэнергии в меньшей степени зависит от ископаемого топлива.

Одна из самых серьезных проблем эксплуатации электромобиля его невысокая степень автономности. Величина пробега электромобиля без подзарядки зависит от многих факторов: емкости аккумуляторной батареи, характера и условий движения, стиля вождения, степени использования вспомогательных систем. В настоящее время средняя дальность использования электромобиля составляет порядка 150 км при скорости движения 70 км/ч. При движении с большей скоростью, пробег резко уменьшается, например, при скорости 130 км/ч (нормальная шоссейная скорость) он составляет уже 70 км. Именно поэтому электромобиль в большинстве своем позиционируется как транспортное средство для городских поездок.

Современные технологии позволяют увеличить степень автономности электромобиля до 300 и более км, среди которых следует отметить систему рекуперативного торможения (возвращает до 30% затрачиваемой энергии), аккумуляторы повышенной емкости, электронная оптимизация процессов движения.

Неотъемлемым атрибутом эксплуатации электромобиля является необходимость периодической зарядки аккумуляторной батареи, которая занимает много времени. Решение данной проблемы реализуется по нескольким направлениям:

— нормальная зарядка аккумуляторной батареи (осуществляется от бытовой электрической сети мощностью 3-3,5 кВт, предполагает установку на электромобиле специального зарядного устройства, продолжительность до полной зарядки батареи составляет 8 часов);
— ускоренная зарядка аккумуляторной батареи (производится на специальных станциях мощностью до 50 кВт, — — продолжительность зарядки до 80% емкости батареи составляет 30 минут);
— замена разряженной аккумуляторной батареи на заряженную батарею (выполняется автоматически на специальных обменных станциях).

Реализация указанных направлений требует развития инфраструктуры (зарядных и обменных станций, мест парковки), стандартизации технических решений, разработки правил для поставщиков услуг.

Источник https://1gai.ru/publ/519448-5-glavnyh-preimuschestv-elektricheskih-avtomobiley.html

Источник https://avtodigitals.ru/est-li-korobka-peredach-v-elektromobile/

Источник https://www.drive2.ru/b/1441480/