Как устроен и работает электромобиль?

Электромобили — как они работают? Как они устроены? Аккумуляторы электромобилей тяжелые? Дорогие? Сложна ли коробка передач в электромобиле? Мы написали для Вас краткое введение в тему, преимущества электромобилей и их недостатки.

Как работает электромобиль

Внешне электромобиль практически не отличается от обычного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Вы можете узнать это в основном по тому факту, что он не имеет выхлопной трубы и немного иначе издает звуки.

Принципиальные отличия начинаются с шасси. У электромобиля нет двигателя внутреннего сгорания, коробки передач и выхлопной системы. Вместо этого у электромобиля есть большие батареи и маленький электродвигатель. Насколько маленький? Примерно размером с арбуз.

Аккумуляторы для электромобилей

Самыми большими, дорогими и тяжелыми в электромобиле являются аккумуляторные батареи. Это сложный аналог классического топливного бака, в котором накапливается энергия, вырабатываемая непосредственно на электростанции.

Трудно представить себе более простой транспорт: он запускается на турбине электростанции и идет по кабелю прямо к утюгу, компьютеру или электромобилю.

Насколько велики батареи у электромобиля? Они занимают все шасси. Каждые 15 киловатт-часов емкости батареи составляют около 100 килограммов, включая корпус и охлаждающее / нагревательное оборудование.

В каких единицах измеряется емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора измеряется в единицах энергии, то есть в киловатт-часах (кВтч). Их не следует путать с единицами измерения мощности ватт (кВт).

Среднее домашнее хозяйство потребляет около 15 киловатт-часов энергии в день. Примерно столько же энергии потребляет экономичный двигатель электромобиля на 100 километров.

Как преобразовать киловатт-часы (кВтч) энергии электромобиля в литры топлива?

Сколько весит батарея электромобиля.

Аккумуляторы — один из самых тяжелых компонентов электромобиля. Они весят от 150 до  500 килограммов (полтонны!). Например, батареи Tesla Model 3 емкостью чуть более 80 киловатт-часов весят 480 килограммов. А ведь Tesla — это лидер в оптимизации веса!

Какие емкости у аккумуляторов в электромобилях?

Автомобили, произведенные в 2018 году, оснащены аккумуляторами емкостью от 30 (Hyundai Ioniq Electric) до примерно 60 киловатт-часов (Opel Ampera E, Hyundai Kona 2018) и от 75 до 100 киловатт-часов (Tesla, Jaguar I-Pace, Audi e- tron Quattro). В целом: чем больше аккумулятор, тем больше запас хода у электромобиля, каждые 20 киловатт-часов емкости аккумулятора должно хватить, чтобы проехать не менее 100 километров.

Двигатель в электромобиле: до 20 000 оборотов в минуту!

Двигатель электромобиля представляет собой простую конструкцию, известную уже более 100 лет. Ее создал выдающийся инженер-электротехник и изобретатель сербского происхождения Никола Тесла. Электродвигатель состоит из нескольких десятков деталей. Для сравнения двигатель внутреннего сгорания обычного автомобиля — из нескольких тысяч!

Принцип работы электродвигателя очень прост: На него подается напряжение, которое приводит его в движение (вращение). Чем выше напряжение, тем выше частота вращения.

Двигатель Tesla с редуктором заключен в серебряную трубку. Трансмиссия заключена в корпус, благодаря которому обороты двигателя передаются на карданный вал и колеса.

Средний бензиновый автомобиль имеет шкалу тахометра от 0 до 7000 об / мин, средний дизельный автомобиль имеет скорость 5000 об / мин. Красное поле, указывающее на опасность выхода двигателя из строя, начинается раньше, при 4,5-6 тысячах оборотов.

Между тем двигатели в электромобилях развивают даже несколько тысяч оборотов в минуту.

В то же время у них отличный КПД, потому что они обычно преобразуют более 90 процентов подаваемой энергии в движение — в двигателях внутреннего сгорания КПД в 40 процентов — это большой успех, который достигается только при идеальном техническом состоянии.

Насколько эффективен электродвигатель

Коробка передач электромобиля: всего 1 передача (!)

Самым интересным элементом современных электромобилей являются коробки передач, которых… не существует. Да-да, у электромобилей обычно только одна передача (плюс, конечно , задний ход , который получается при подаче напряжения на обратном направлении). Мотор соединен с колесами с помощью очень простой передачи, которая снижает скорость мотора в диапазоне 8-10: 1. Итак, 8-10 оборотов вала двигателя — это 1 полный оборот колес. Такая трансмиссия обычно состоит из трех шестерен, которые постоянно находятся в зацеплении друг с другом:

Почему у электромобилей только одна передача? Похоже, производители не хотели увеличивать вес машин и усложнять себе жизнь. Электродвигатели с самого начала создают очень высокий крутящий момент, для чего требуются толстые и прочные шестерни. При этом вал электродвигателя может вращаться даже со скоростью 300 оборотов в секунду (!).

Все эти особенности означают, что коробка передач в электродвигателе должна быть чрезвычайно прочной, и в то же время она должна переключать передачи за сотые доли секунды, что значительно увеличивает стоимость электромобиля.

Коробки передач в электромобилях — существуют ли они?

Фактически, они уже есть. Фотография, которую вы видите выше, на самом деле представляет собой поперечный разрез прототипа двухступенчатой ​​коробки передач для электромобиля.

В автомобиле Rimac Concept One используются двухступенчатые коробки передач (так что у него уже есть коробка передач!). Также появляются первые прототипы трехступенчатой ​​трансмиссии.

Такие коробки передач для электромобиля важны, потому что, с одной стороны, они позволяют автомобилю быстро разгоняться, а с другой стороны, при движении по шоссе они позволяют двигателю вращаться медленнее (= меньшее потребление энергии), т.е. они эффективно увеличивают запас хода автомобиля.

Два мотора вместо двухскоростных коробок передач

Сегодня Tesla решила проблему отсутствия коробок передач по-своему: автомобили с двумя двигателями имеют разные трансмиссии и, зачастую, два разных двигателя спереди и сзади.

Задняя ось может быть более прочной и иметь более высокое передаточное число (например, 9: 1), чтобы лучше использовать крутящий момент и дать автомобилю мгновенное ускорение. Передний, в свою очередь, может быть слабее (= потреблять меньше энергии) и иметь более низкое передаточное число (например, 7,5: 1), чтобы снизить потребление энергии на больших расстояниях.