Устройство электромобиля. Технические отличия от обычного автомобиля » Эксплуатация электромобиля в России

24 января 2019 в 06:37

Сейчас электромобилестроение развивается огромными темпами (особенно внесла вклад в эту тему компания Tesla Motors, запустив в серийное производство свои имеющие оглушительный успех электрокары и заставив таким образом шевелиться конкурентов). Инженеры частенько балуют нас особенными схемами работы электрокаров, например, оборудуя машины двумя электродвигателями или изобретая новые гибридные силовые установки. В этой статье я опишу устройство электромобиля и то, чем средний современный электромобиль технически отличается от классических авто с ДВС. Напомню, из каких частей состоит любой автомобиль:

• двигатель, который создает механическую энергию, приводящую в конечном итоге в движение транспортное средство;
• кузов, к которому крепятся все элементы конструкции;
• шасси, основной задачей элементов которого является передача крутящего момента с двигателя на колеса;
• электрооборудование, которое пронизывает весь автомобиль: тут и стартер, и подогрев, и свет и множество других вещей, в зависимости от комплектации.

Пройдемся по каждой из них и выясним, почему электрокары такие особенные.

В электромобиле он электрический. В нем нет коленвала, поршней, камер сгорания, клапанов и много чего еще, что есть в двигателях внутреннего сгорания. За то есть статор, внутри которого благодаря электромагнитной силе вращается ротор. Подробнее об электродвигателе электромобиля можно прочесть здесь. Немаловажной особенностью электродвигателя является возможность не только производить вращательную энергию, но и создавать ток для заряда батареи, то есть работать в режиме генератора. Это основной принцип так называемой рекуперации: грубо говоря, при нажатии на педаль газа электродвигатель вращает колеса, и энергия батареи тратится, а если педаль отпустить, на движущейся машине уже колеса будут вращать вал двигателя, создавая в обмотке напряжение и генерируя ток, заряжающий батарею.

Благодаря простоте и почти полному отсутствию трущихся частей в электромоторе (кроме подшипников), в отличие от ДВС, ресурс его намного превышает ресурс классического бензинового или дизельного двигателя.

Кузов электромобиля отличается наличием отсека для аккумуляторной батареи (чаще всего располагающейся в днище автомобиля). При этом благодаря трансмиссии, занимающей в электрокаре значительно меньший объем, чем в обычном авто, водителю и пассажирам, электрической машины доступно больше пространства в салоне при тех же внешних габаритах.

Шасси состоит в свою очередь из ходовой части, механизмов управления и трансмисси. Ходовая часть электромобиля, включающая мосты, подвеску и колеса, не имеет принципиальных отличий от ходовой привычных нам авто. О рулевом управлении и тормозной системе так же сказать особо нечего, кроме того, что благодаря существенному торможению двигателем (как раз когда происходит рекуперация), тормозные колодки и диски электромобиля изнашиваются значительно меньше. Главное же отличие шасси электрического от шасси классического авто кроется в трансмиссии. Конкретно — в коробке передач. В электрокаре её нет :). Вместо нее устанавливается очень простой понижающий редуктор (в котором практически нечему ломаться), имеющий огромный ресурс по сравнению даже с механическими коробками передач, не говоря уже об автоматических коробках и вариаторах. Сцепление, соответственно, тоже отсутствует.

Электрическое оборудование электромобиля имеет значительные отличия от электрооборудования автомобиля, приводимого в движение двигателем внутреннего сгорания. Отличия эти касаются электрооборудования мотора; в салоне всё примерно одинаково. В электромобиле отсутствует стартер и нет системы зажигания рабочей смеси, за то там есть аккумуляторная батарея, инвертор (согласующий токи подаваемый от батареи в электродвигатель и генерируемый электродвигателем во время рекуперации), а также модулем, питающим батарею во время зарядки и рекуперации и двигатель через инвертор во время ускорения. Подробнее об аккумуляторной батарее для электромобиля можно прочесть тут. Еще в электромобиле отсутствует система охлаждения двигателя, но часто присутствует система контроля температуры батареи (с подогревом или охлаждением) и электрическая печка.

Посмотрите это видео, которое показывает устройство электромобиля на примере Tesla Model S.

О том, какие бывают электромобили и гибриды, я написал в Часто Задаваемых Вопросах. Гибридами они называются за то, что имеют и электродвигатель, и двигатель внутреннего сгорания в своей силовой установке. Соответственно, механизмы их значительно сложнее, так как включают в себя системы, необходимые для передачи крутящего момента и работы обоих моторов.

Об электромобилях

Электрический автомобиль или электромобиль — это транспортное средство, которое приводится в движение одним или несколькими электрическими двигателями. При этом питание электромотора осуществляется от аккумуляторной батареи.

Трансмиссия

Это устройство, которое передает крутящий момент от электрического двигателя к колесам автомобиля. Сюда входит коробка передач, механизмы поворота и так далее

Электронная система управления

Система управления контролирует процессы зарядки, мощности, распределения крутящего момента и целый ряд иных параметров

Бортовое зарядное устройство

БЗС предназначенно для возможности зарядки автомобиля от обычной электрической сети или быстрозарядных станций.

Корпус, сиденья и другие элементы

Такие же как и у обычных автомобилей

Электрический двигатель

Существует большое количество разных разработок электрических моторов, которые отличаются между собой по множеству параметров. Иногда эти отличия весьма разительны.
Есть разделение по принципу работы:
По типу тока – переменный, постоянный или гибридный. Они, в свою очередь, могут разделяться на такие типы:
-синхронный;
-асинхронный;
-коллекторный и безколлекторный.
-мотор-колесо (встроенный непосредственно в ступицу колеса).

Каждый из этих приводов имеет свои особенности, которые определяют область применения.

Но все они обладают следующими преимуществами перед ДВС:
— Экологичность,
— Экономичность,
— Максимальный крутящий момент при любых скоростях.
— Высокое КПД, у электродвигателя он составляет 90% против 25% у ДВС.
— Простота агрегата, легкость в обслуживании и ремонте.
— Функционирование в режиме генератора.
— Низкий уровень шума.
— Долговечность

Аккумулятор

Это источник энергии, благодаря которому приводится в движение двигатель. Именно от него зависит, какое расстояние сможет проехать автомобиль. Сегодня аккумулятора выпускаются в следующих исполнениях:
1) никель-кадмиевые;
2) натрий никель-хлоридные;
3) литий-ионные;
4) свинцово-кислотные

Электромобиль под капотом вместо ДВС имеет электрическую установку, которая получает энергию от аккумуляторов. Это своего рода «топливный бак». Для равномерной подачи электрического тока в сеть, расположенную между батареей и двигателем используется блок управления. При помощи переменных резисторов контроллер получает информацию об объеме требуемой энергии. При остановке автомобиля устройство прекращает свое действие, при нажатии на акселератор электроэнергия вновь подается на электродвигатель. Чтобы повысить безопасность, в педали акселератора имеется два потенциометра. Они отправляют импульсы на контроллер, и на их основании производит регулировку выдаваемой мощности от движка. Входные датчики также направляют сигналы в блок управления о положении селектора переключения передач, педали тормоза, заряда аккумулятора и так далее. Двигатель же работает по принципу электромагнитной индукции. Так он преобразует электрическую энергию в механическую, направляя вращающий момент на колеса автомобиля. В результате это заставляет двигаться машину с необходимой скоростью

ПРЕИМУЩЕСТВА ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ

Экологичность

Электромобиль не загрязняет воздух, которым мы дышим, так как не сжигает топлива и не имеет выхлопных газов, не выделят СО2 в атмосферу и не создает парниковый эффект. В связи с отсутствием ДВС, у него не протекает масло и несгоревшее топливо

1

Энергонезависимость

В нашей стране практически нет месторождений нефти и газа, поэтому мы полностью зависим от импорта и того и другого. При этом нефть и природный газ не возобновляемые ресурсы, то есть рано или поздно закончатся.

А электричество мы вырабатываем сами, при чем экологичным и возобновляемым способом — посредством гидроэлектростанций. Гидроэнергетический потенциал Кыргызстана использован только на 10%, то есть у нас еще огромный резерв по выработке электроэнергии. А кроме этого, есть еще солнце и ветер, силу которых тоже можно преобразовать в электроэнергию.

Таким образом пересев на электромобили, мы перестаем полностью зависеть от импорта углеводородов

2

Экономичность

Одним из основных элементов электромобиля является электродвигатель, который служит для создания необходимого для движения крутящего момента. В сравнении с ДВС электродвигатель имеет высокую эффективность и меньшие потери энергии. КПД электродвигателя составляет 90% против 25% у ДВС.

В среднем расход на 100 км. у автомобилей следующий:

— авто с бензиновым двигателем потребляет на 100 км. 10 л бензина * 50 с = 500 с

— авто с дизельным двигателем потребляет на 100 км. 8 л дизтоплива * 47 с =376 с

— наиболее массовый электромобиль Nissan Leaf потребляет на 100 км:

20 кВт * 0.77 с =15.4 сом если заряжаться дома

и 20 кВт * 2,56 с =51.2 сом если заряжаться на работе или других общественных местах относящихся к промпотребителям.

Либо при смешанном режиме зарядки 50% дома/50% вне дома – 33.3 сом

Конструкция электромобиля намного проще чем авто с ДВС, в связи с этим обслуживание электромобиля намного дешевле.

В электромобиле двигатель электрический, поэтому там нет:

коленвала, поршней, камер сгорания, клапанов и нагара, масла и масляного фильтра, воздушного фильтра и свечей зажигания, нет дросселя, ремня или цепи ГРМ, турбины, выхлопной трубы, катализатора, регулировки фаз газораспределения и много чего еще, что есть в двигателях внутреннего сгорания, а также нет коробки передач, карданного вала и тд.

Современные электромоторы лишены токопроводящих щеток и трущихся деталей, поэтому очень надежны.

Председатель производственного совета BMW Манфред Шох разъясняет ситуацию на очень впечатляющем примере: «Восьмицилиндровый двигатель внутреннего сгорания состоит

из 1200 деталей, которые нужно соединить между собой, а у электромотора их всего 17». Аналогичным образом дела обстоят и с трансмиссией, содержащей меньше деталей, и с полностью отсутствующей у электрокаров системой отвода выхлопных газов – а где деталей меньше, там меньше и вероятность поломок

КО ВСЕМУ ЭТОМУ В КЫРГЫЗСТАНЕ НУЛЕВАЯ ПОШЛИНА НА ВВОЗ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ

3

Безопасность

Электромобили проходят те же краш-тесты, что и авто с ДВС. В Европе это испытания EuroNCAP, в США — тесты Страхового института дорожной безопасности (IIHS). Так же, как и авто с ДВС, различные модели электрокаров показывают разные результаты. Однако в основном их уровень безопасности достаточно высок.

Для примера: результаты первого в Северной Америке краш-теста электромобилей от 2011 Chevrolet Volt и Nissan Leaf получили наивысшую оценку безопасности после фронтального и бокового столкновений, при ударе сзади и в испытании, имитирующем переворот. 2013 году их успех повторила Tesla Model S: Национальная администрация безопасности дорожного движения США (NHTSA) присудила этому авто высочайшие 5 звезд во всех категориях тестирования. Тогда же Euro NCAP испытала среди других и электромобиль BMW i3, и тот набрал за защиту взрослых пассажиров и детей 86% и 81% соответственно.

Конструкция электромобиля способствует большей безопасности при столкновении. Литий-ионные батареи расположены под днищем автомобиля, в пределах колесной базы. Поэтому, по сравнению с авто с ДВС, центр тяжести электрокара расположен ниже. А соответственно, электромобилю гораздо труднее перевернуться в случае столкновения. Конструкторы традиционных авто намеренно «колдуют» с чертежами, чтобы снизить центр тяжести.

В электромобиле нет большого бака с топливом, поэтому отсутствует возможность возгорания при утечке топлива.

Электродвигатели диаметром около 30 сантиметров не превращается в «смертельное железное ядро», которое дробит кости людей при столкновении и сплющивании кузова.

Нет выхлопа и от него нельзя задохнуться.

Не нуждается в вентиляции в таких местах как гараж, подземная парковка или тоннель.

Современные электромобили мировых производителей имеют несколько степеней защиты от проникновения влаги в ключевые соединения своей системы и не ударяют током водителей и окружающих даже если они по крышу погружены в воду. Они проходят жесткие испытания и сертификацию прежде чем поступают продажу

4

Комфорт и простота эксплуатации.

Менее шумная силовая установка.

Электромотор + инвертор + редуктор значительно тише, чем ДВС + трансмиссия.

Силовая установка не создаёт вибраций.

Отклик на педаль ускорения.В EV он мгновенный. Т.е. он не просто молниеносно быстрый, а именно мгновенный. Задержки нет. Это невозможно объяснить или понять, пока сам не прокатишься.

Ровный график разгона.

Одноступенчатая трансмиссия и высокий крутящий момент.

Нет необходимости заводить и глушить двигатель.

На самом деле это очень комфортно. Никогда не нужно думать заглушить ли двигатель на парковке, светофоре стоянке или нет. Не нужна специальная система Start Stop.

Нет необходимости проводить обкатку

Новый EV не нуждается в щадящем режиме работы первое время.

Нет необходимости прогревать двигатель

Холодный электромотор можно использовать на экстремальных режимах без повышенного износа.Нет проблем со стартом при низких температурах.

Как и нет самого понятия старт. Для многих жителей северных регионов — это спасение. Можно будет забыть про «унёс аккумулятор домой», «отбуксировал на автомойку, чтобы прогреть», «нужна паяльная лампа», «вызываю службу прогрева», «выкрутить и подогреть свечи», «не глушить всю ночь», «заводить каждые несколько часов, чтобы не встала колом» и т.д.

Нет проблем на высокогорье.

ДВС теряет свою мощность с уменьшением кислорода. «Задыхается».

Нет проблем с качеством топлива и недоливом.

Электричество не имеет октанового числа. Нет не качественного электричества. Нельзя обмануть недолив пару кВт.Нет необходимости в инфраструктуре заправочных станций

Большинство владельцев EV заряжают их на собственных «АЗС» — т.е. от домашней электросети. Зарядки по пути могут быть в самых разных местах — чаще всего просто на парковках и не требуют много места

5

Это не самый полный перечень преимуществ электромобилей

Конечно же электромобили имеют и свои минус, но они все решаемые и временные.
Запас хода.
Запас хода большинства электромобилей на полной «зарядке» пока еще меньше запаса хода авто с ДВС на полном баке.

Но прогресс не стоит на месте и емкость аккумуляторов увеличивается, а вес уменьшается, также развиваются новые способы хранения энергии и скоро по запасу хода электромобиль сравняется, а в перспективе обойдет авто с ДВС.

-Нехватка инфраструктуры зарядных станций.
-Пока еще не везде можно зарядить электромобиль.

Но это только вопрос времени, причем не далекого. Зарядные станции не требуют таких огромных вложений и специальных территорий большой площади как традиционные АЗС.

Зарядные станции можно ставить практически везде и за короткое время они и будут стоят практически везде.

Медленная заправка/зарядка по сравнению с традиционными АЗС.
Пока еще полная зарядка электромобиля занимает от 40 мин до 8 часов в зависимости от модели авто и типа зарядной станции.

Но опять же прогресс не стоит на месте и уже появились скоростные зарядные станции способные полностью зарядить электромобиль за 20 минут и это не предел. И их широкое распространение вопрос нескольких лет.

Основные компоненты электромобилей | Детали электромобилей

Основные компоненты электромобилей

Электромобили состоят из электродвигателя, который питается от аккумуляторной батареи. Главное преимущество электромобилей в том, что они не выбрасывают вредных веществ и экологичны. Они также не потребляют ископаемое топливо, поэтому используют устойчивую форму энергии для питания автомобиля. Основными компонентами электромобилей являются:

1. Тяговый аккумулятор
2. DC-DC Converter
3. Электродвигатель
4. Power Inverter
5. Зарядный порт
6. Встроенный зарядное устройство
7. Контроллер
8. Вспомогательные батареи
9. Термическая система (охлаждение)
10. Трансмиссия

Image wirdits: AFDC.Erergy. 1. Тяговый аккумулятор

Тяговый аккумулятор также известен как аккумулятор для электромобиля (EVB). Он приводит в действие электродвигатели электромобиля. Аккумулятор действует как система хранения электроэнергии. Он хранит энергию в виде постоянного тока. Диапазон будет выше с увеличением кВт батареи. Срок службы и работа аккумулятора зависят от его конструкции. Срок службы тяговой аккумуляторной батареи оценивается в 200 000 миль.

Изображение предоставлено: microtexindia.com

2. Преобразователь постоянного тока

Изображение предоставлено: indiamart.com

Блок тяговой батареи обеспечивает постоянное напряжение. Но к разным компонентам автомобиля предъявляются разные требования. Преобразователь постоянного тока распределяет выходную мощность, поступающую от батареи, до необходимого уровня. Он также обеспечивает напряжение, необходимое для зарядки вспомогательной батареи.

3. Электродвигатель

Тяговый электродвигатель является основным компонентом электромобиля. Двигатель преобразует электрическую энергию в кинетическую энергию. Эта энергия вращает колеса. Электродвигатель является основным компонентом, который отличает электромобиль от обычных автомобилей. Важной особенностью электродвигателя является механизм рекуперативного торможения. Этот механизм замедляет транспортное средство, преобразовывая его кинетическую энергию в другую форму и сохраняя ее для будущего использования. Есть в основном два типа двигателей постоянного тока и двигателей переменного тока.

Изображение предоставлено: evwest.com

Статья по теме

Подробное описание работы электродвигателя

4.

Инвертор мощности

Преобразует питание постоянного тока от батарей в питание переменного тока. Он также преобразует переменный ток, генерируемый во время рекуперативного торможения, в постоянный ток. Это в дальнейшем используется для подзарядки аккумуляторов. Инвертор может изменять скорость

5. Порт зарядки

Порт зарядки подключает электромобиль к внешнему источнику питания. Он заряжает аккумуляторную батарею. Порт зарядки иногда располагается в передней или задней части автомобиля

6. Встроенное зарядное устройство

Встроенное зарядное устройство используется для преобразования питания переменного тока, поступающего от зарядного порта, в питание постоянного тока. Бортовое зарядное устройство расположено и установлено внутри автомобиля. Он отслеживает различные характеристики батареи и контролирует ток, протекающий внутри аккумуляторной батареи.

Изображение предоставлено: borgwarner.com

7.Контроллер

Контроллер силовой электроники определяет работу электромобиля. Он выполняет регулирование электрической энергии от батарей к электродвигателям. Педаль, устанавливаемая водителем, определяет скорость автомобиля и частоту изменения напряжения, подаваемого на двигатель. Он также контролирует создаваемый крутящий момент.

8. Вспомогательные аккумуляторы

Вспомогательные аккумуляторы являются источником электроэнергии для аксессуаров электромобилей. При отсутствии основного аккумулятора автомобиль будут продолжать заряжать вспомогательные аккумуляторы. Он предотвращает влияние падения напряжения, возникающего при запуске двигателя, на электрическую систему.

Изображение предоставлено: leab.eu

9. Тепловая система (охлаждение)

Система терморегулирования отвечает за поддержание рабочей температуры основных компонентов электромобиля, таких как электродвигатель, контроллер и т. д. Во время зарядки она работает как хорошо, чтобы получить максимальную производительность. Он использует комбинацию термоэлектрического охлаждения, принудительного воздушного охлаждения и жидкостного охлаждения.

10. Трансмиссия

Используется для передачи механической мощности от электродвигателя к колесам через коробку передач. Преимущество электромобилей в том, что они не требуют многоступенчатой ​​трансмиссии. Эффективность передачи должна быть высокой, чтобы избежать потери мощности.

Изображение предоставлено: motorhills.com

Yocan также смотрите видео

Компоненты системы BEV — EV Resource

Давайте подробнее рассмотрим внутреннюю работу аккумуляторных электромобилей

Что такое BEV?

27.10.19
Автор: Zack Hurst

Давайте подробнее рассмотрим внутреннюю работу электромобилей с полным аккумулятором

Если бы вы разобрали традиционный автомобиль с двигателем внутреннего сгорания и разобрали аккумуляторный электромобиль, вы заметите, что, несмотря на то, что они служат одним и тем же целям, они сильно различаются по своему подходу к транспортировке.

Сначала давайте начнем с нескольких вещей, которых вы не найдете в электромобиле.

• Бензин и газовый баллон. Электромобилям с полным аккумулятором не требуется бензин для вождения. В недавнем исследовании Ford Motor Co., опубликованном в статье Medium, они показали, что 42% американцев считают, что для работы электромобилей требуется бензин. Они не делают.
• Двигатель. Да, верно, поскольку электромобили не используют бензин или дизель, им не нужен двигатель, чтобы его сжигать. Традиционные двигатели внутреннего сгорания состоят из тысяч деталей и сотен движущихся компонентов, которые в конечном итоге изнашиваются и требуют замены. Сильные взрывы, которые происходят в этих двигателях, превращают энергию, запасенную в бензине, в движущую силу. Бум.
  • Поскольку нет двигателя внутреннего сгорания, вам также не нужны вспомогательные системы и компоненты, которые помогают, вот список некоторых избранных:
    • Воздушный фильтр
    • Свечи зажигания
    • Катушки зажигания
    • Ремень ГРМ
    • Масляный фильтр или моторное масло
    • Генератор
    • Стартер
• Сложная трансмиссия. У большинства электромобилей вообще нет нескольких передач. Есть несколько избранных, например, Porsche Taycan, которые имеют более одной передачи.
• Системы впуска или выпуска воздуха. Если вы когда-нибудь посмотрите на заднюю часть электромобиля, то заметите, что у него нет выхлопной трубы. Это потому, что, опять же, у него нет двигателя внутреннего сгорания и, следовательно, нет необходимости включать эти системы. Это одна из причин того, что электромобили со временем становятся менее дорогими, очень низкие затраты на техническое обслуживание или ремонт!

  Изображение предоставлено TopSpeed, щелкните фото для видео Audi eTron на YouTube

  Теперь о том, какие компоненты обеспечивают работу электромобиля

  Для работы электромобиля требуется 6 основных компонентов:

  • Блок аккумуляторов. Это энергетический резервуар, который содержит энергию, которую автомобиль будет использовать для движения, обогрева и охлаждения, а также всех других источников света и аксессуаров. Как правило, в батареях используется электричество постоянного тока, которое перед использованием в электродвигателе необходимо преобразовать в переменный или переменный ток. Иногда вы найдете двигатели постоянного тока, но они не распространены в серийных электромобилях. Зарядка постоянным током происходит быстрее, потому что она заряжает батареи напрямую.
  • Инвертор мощности. Когда у электромобиля есть двигатели переменного тока, энергия от батареи должна быть преобразована, чтобы ее можно было использовать. Инвертор также работает, когда автомобиль использует рекуперативное торможение, преобразуя переменный ток, генерируемый электродвигателями, в постоянный ток, который сохраняется в аккумуляторе.
  • Электродвигатель. Компонент электромобиля, который преобразует электрическую энергию аккумулятора во вращение , которое можно использовать для движения автомобиля. Существует много типов электродвигателей, и хотя базовая технология не изменилась за последние 100 лет или около того, конструкция и эффективность двигателей значительно улучшились.
  • Бортовое зарядное устройство. Большинство электромобилей имеют встроенное в автомобиль зарядное устройство для зарядки уровня 1 или уровня 2. Это зарядка переменным током, а не быстрая зарядка постоянным током. Зарядное устройство предназначено для ограничения общего количества энергии, подаваемой на аккумулятор, чтобы избежать повреждения аккумулятора или электрической цепи, к которой подключено зарядное устройство.
  • Система управления батареями. BMS управляет потоком электрического тока в аккумуляторе и из него, чтобы защитить аккумулятор и продлить срок его службы. У каждого электромобиля будет BMS, разработанная специально для автомобильного аккумулятора. Таким образом, модификация батареи или добавление батареи могут оказаться довольно сложными, если BMS также не модифицируется для компенсации.
  • Зарядный порт. Подобно порту доступа к бензобаку в автомобиле с двигателем внутреннего сгорания, порт зарядки — это место, где энергия поступает в автомобиль.