Как работает электромобиль

Аккумуляторы

В Tesla S разработчики используют батареи производства Panasonic, что в Японии. В новых моделях Tesla 3 используются уже американские аккумуляторы. Произведены они в Неваде по уникальной технологии. В общем и целом конструкция двигателя автомобиля «Тесла» новейшей модели такова, что ее стоимость может быть снижена на 25% благодаря лишь снижению количества элементов.

Несмотря на то, что количество элементов в аккумуляторе снизили, в моторе Tesla 3 добавилось лошадей. Теперь их 435. И снова компания Tesla побила достижение одного из главных бензиновых конкурентов – BMW. Таким образом, Tesla 3 имеет на 4 лошадиных силы больше, чем BMW M3 с шестицилиндровым (!) двигателем.

Вероятно, единственное, в чем Tesla 3 уступает предшественнику, это разгон с места до сотни. На «трешке» «Тесла» на разгон уйдет на 2 секунды больше (не 4, а 6 секунд).

В данный момент для Tesla 3 выпущены десятки тысяч специальных инверторов. Мощность их – 320 кВт. В 2021 году планируется выпустить 50000 обновленных и усовершенствованных электромобилей Tesla.

Доступ к чертежам электромобилей Tesla

Компания Tesla выложила чертежи автомобиля «Тесла» в открытый доступ в интернет. Произошло это потому что первоначальная идея компании была в том, чтобы дать миру экологически чистый транспорт. А когда информация об устройстве автомобиля была закрыта, получилось так, что основатели пошли как бы против своей идеи. Таким образом, становится понятно, что компания действительно борется, в первую очередь за идею улучшения мира, а не за чистой прибылью.

Компания Tesla Mobil выложила во Всемирную паутину несколько сотен своих разработок. Этот шаг, надеется совет директоров компании, подтолкнет индустрию электромобилей к более бурному развитию. Ведь до создания электромобиля Tesla по факту не было никаких поставленных электромобилей на конвейер, ни вообще мало-мальски близкого к конкурентоспособному авто машин. Появлялись единичные экспериментальные модели, которые были малоскоростными, и если их кто-то и покупал, то были это просто фанаты экологически чистого транспорта.

Глава компании Tesla Илон Маск считает, что широкое распространение подробной информации о платформах автомобилей «Тесла» не навредит его бизнесу. По мнению господина Маска, компании, занимающиеся созданием «зеленых» автомобилей для этого малочисленны. А своими реальными конкурентами, да к тому же и загрязнителями окружающей среды, руководство компании называет тысячи машин с двигателем внутреннего сгорания, которые производятся ежедневно.

Стоимость Tesla

Самая популярная модель автомобиля «Тесла» — это Tesla Mobil S. Ее минимальная стоимость – 62,4 тыс. $. Максимальный порог стоимости этого авто – 87,4 тыс. $. Зарядки автомобиля «Тесла» самой дорогой модификации хватает на 425 км. И именно эта модификация с места до сотни набирает за 4,2 секунды.

Когда Tesla S только появился на рынке в широком доступе, эта машина побила сразу нескольких бензиновых соперников в плане продаж. Таким образом, еще в 2013 году Tesla S стала популярнее Mercedes-Benz S-класса и BMW 7. А в Норвегии Tesla опередил в том же году популярнейший, как правило, Volkswagen Golf.

Польза электромобиля

Иногда начинает казаться, что жизнь в постапокалиптическом мире, который описывают некоторые писатели-фантасты, это не только фантазия творческих людей, но и неизбежное будущее. Уже давно понятно, что ресурсов Земли не хватит надолго, и в первую очередь закончатся ресурсы, благодаря которым мы получаем энергию. Но проживание в мире после энергетической катастрофы хочется мало кому, и, к счастью, есть способы оттянуть момент, когда ресурсы будут исчерпаны.

Развитые страны озадачены разработкой и внедрением такого транспорта, который будет экологичным и экономичным. К таким машинам относятся уже катающиеся по миру электромобили Tesla.

Схему двигателя автомобиля «Тесла» продумал еще сам Никола Тесла в первой половине прошлого века. Этот уникальный ученый настолько опередил свое время, что давно продумал за нас проблему исчерпания земных ресурсов, о которой в 30-х годах XX века еще очень мало задумывались.

Однако движущей силой по представлению Николы Тесла в электромобиле должен быть не электрический ток, который берется откуда-то извне, а некий эфир, о котором Тесла часто рассуждал. Именно эфир должен был по задумке электрофизика отправлять в двигатель колебания.

Могут ли электрические модели выйти из строя?

Эти более экологически чистые автомобили также имеют то преимущество, что они меньше ломаются. Логично, так как в них меньше компонентов!

Тем не менее, эти автомобили могут испытывать перебои в подаче электроэнергии. Действительно, что касается бензиновых или дизельных автомобилей, если вы не ожидаете достаточного количества «топлива», имеющегося в вашем «баке», ваш автомобиль не сможет двигаться вперед!

Ваш полностью электрический автомобиль отправит вам предупреждающее сообщение, когда уровень заряда батареи станет особенно низким. Знайте, что у вас осталось от 5 до 10% энергии! Предупреждения появляются на приборной панели или на центральном экране.

Будьте уверены, вы (не обязательно) окажетесь на краю безлюдной дороги. Эти чистые автомобили могут перевозить вас от 20 до 50 км — самое время подойти к точке зарядки.

После этого расстояния ваша машина снижает мощность двигателя, и вы должны почувствовать постепенное замедление. Если вы продолжите движение, вы увидите другие предупреждения. Затем включается режим «Черепаха», когда ваш автомобиль действительно «запыхался». Ваша максимальная скорость не будет превышать десяти километров, и если вы (действительно) не хотите оказаться на краю безлюдной дороги, вам обязательно придется припарковаться или зарядить аккумулятор.

Плюсы и минусы электрокаров

Многих людей, которые колеблются в выборе транспортного средства для личного использования, волнует вопрос: какие существуют плюсы и минусы электромобилей и стоит ли сейчас рассматривать их как серьезный вариант для покупки.

Плюсы электромобилей выглядят следующим образом:

• Самое существенное – минимальные расходы на заправку. Благо, электричество в нашей стране имеет достаточно низкую стоимость и полная зарядка для того, чтобы проехать 100 км, будет стоить около 15-20 рублей. В то же время с бензином ситуация будет более печальной (см. Самый дорогой и самый дешевый бензин в регионах России);
• Простота сервисного обслуживания. Не нужно покупать и менять никаких свечей зажигания, масла, фильтров, других расходных материалов. Нет необходимости регулярно посещать сервис и тратиться на него;
• Тихая работа мотора также многими относится в плюсы. Работающего агрегата практически не слышно во время езды, достаточно вспомнить движение на новеньком троллейбусе;
• Отсутствие опасных выхлопных газов, которые отравляют городской воздух;
• Покупка на перспективу. По всей видимости в ближайшие годы или десятилетие человечество массово пересядет на электрические машины. Покупая ее сейчас, Вы становитесь во главе этого процесса.

Что касается негативных моментов, то они также есть и выглядят так:

• Небольшой выбор авто и дороговизна. Цена, которую просят за средненькую Теслу, вполне сопоставима со стоимостью хорошего Мерседеса последних лет выпуска. Поэтому многие предпочитают второй вариант;
• Ограниченное количество необходимых заправок. Даже в столице страны ее очень мало мест, где можно зарядить машину. Поэтому придется тщательно следить, чтобы заряда хватало на запланированные дневные расстояния;
• Минус электрокаров еще и в том, что батареи на них стоят очень дорого, поэтому их нужно беречь. Также в салоне нельзя будет полноценно использовать всю электронику, к примеру, кондиционер, так как это будет быстро поглощать имеющийся заряд АКБ.

Это главное, что стоит учитывать человеку, выбирающему транспортное средство.

Самый алюминиевый Jaguar

Конструкция этого электрокара на 94% состоит из алюминия. Центр тяжести очень низкий — треть массы находится на высоте оси. Развесовка по осям как у спорткара — 50:50. Причем это не те «50 на 50», что у машин с ДВС. Ведь у электромобиля нет «гири» в виде ДВС за передней осью. Центр тяжести у I-Pace не «гуляет» при динамичной езде. Получается, самый тяжелый элемент модели находится под водителем, и это обеспечивает идеальную управляемость. Полный привод работает без каких-либо ограничений. Здесь нет раздаточной коробки, нет карданного вала и каждый мост «сам себе хозяин». Просто рай для любителей трек-дней.

Имеется у I-Pace и система Torque Vectoring By Braking, знакомая по другим моделям Jaguar. Она «прикусывает» внутренние колеса в поворотах, чтобы машина быстрее совершила маневр. Если вы уже ездили на других электромобилях, то «ай-пейс» вряд ли вас удивит. Но если это первый EV в вашей жизни, то готовьтесь к приятным сюрпризам. Доступная с первых секунд полка крутящего момента буквально телепортирует электрокар из одной точки в другую. До сотни машина разгоняется за 4,8 секунды, но поражает другое — эластичность. Цифру 80 на спидометре I-Pace изменит на 120 быстрее многих бензиновых спорткаров.

Первые электромобили и первые рекорды

Имя первого изобретателя электромобиля точно никто не знает, но известно, что шотландец Роберт Андерсон, американец Томас Девенпорт и англичанин Роберт Девидсон приблизительно в один и тот же период времени представили миру свои электрические конструкции. Эти безлошадиные электрические экипажи отличались огромным весом, малой скоростью передвижения, не превышающей и 4 км/час, и неособенной практичностью. Главная проблема заключалась в отсутствии подзаряжаемых аккумуляторов, которые бы отличались сравнительно небольшими размерами, позволяющими заряжать электромобили. История их развития продолжилась после того, как в 1865 году французом Гастоном Планте был представлен прообраз современного аккумулятора. Позднее (1878 г.) его усовершенствовал Камилл Фор. Подобные аккумуляторы стали наиболее распространёнными и до сих пор используются в транспортных средствах для запуска двигателей.

В США в 1888 году изобрели трёхколёсный электромобиль с 10 свинцово-кислотными аккумуляторами, весящими примерно 40 кг. Конструкция могла развивать скорость до 8 миль в час при мощности двигателя в 0,5 л. с. Пожалуй, её можно было назвать, скорее, трёхколёсным электровелосипедом.

В 1889 году инженер Ипполит Романов создал первый русский электромобиль на две персоны. Он имел передний привод, причём пассажиры также располагались впереди экипажа, в то время как водитель сидел сзади и возвышался над ними на высоком сиденье. Отсек с аккумуляторами находился позади салона, а сами они были легче аналогов, благодаря чему вес автомобиля удалось снизить до 720 кг.

Для сравнения – популярный в те годы «Жанто» (Франция) весил ровно вдвое больше. Он мог разогнаться до 35 км/ч, однако, проехать мог примерно с километр. Каждый двигатель при 1800 оборотах давал мощность 6 л. с.

Чуть позднее, в 1890 году американец У. Моррисон представил публике 6-местный фургон, который мог разгоняться до 23 км/ч.

Первым, кто решился опробовать электрические самодвижущиеся повозки, стал граф Гастон де Шаслу-Лоба – французский автогонщик. Он же и установил первый скоростной рекорд, зарегистрированный официально в 1898 году. Тогда его автомобиль разогнался до невероятных 63 километров в час.

Через 4 месяца этот рекорд был улучшен другой маркой электромобиля «Le Jamais Contende», причём он сразу же перевалил за знаковые 100 км/ч и составил 105 км/ч. Это удалось бельгийцу Камилю Женатци, который управлял экипажем собственной конструкции с обтекающими контурами. Чтобы поставить рекорд, инженер поставил в машину два электромотора, дававшие в сумме 67 л. с.

Новый вид транспорта быстро приглянулся бизнесменам, поэтому уже в 1898 году по улицам Берлина, Лондона, Парижа и Нью-Йорка уже бегали электрические таксомоторы. Их заряжали в специальных комнатах.

Недостатки мотор-колеса

Казалось бы, устройство практически идеальное — бери и ставь на поток, но, не так всё просто! Имеет место несколько не решённых на данный момент проблем. Основной из них является большое количество механизмов, которые нужно как-то разместить внутри обода. Высокооборотистые электрические двигатели, требуют наличия понижающего редуктора. Он должен обладать скромными габаритами и быть герметичным. Естественно, механизм добавит некоторое количество веса к общей массе мотор-колеса.

Солидная неподрессоренная масса, то есть, слишком тяжёлые колёса, могут негативно повлиять на комфорт и безопасность. К этому можно смело добавлять повышенный износ элементов подвески и передачу на кузов повышенного уровня вибраций. Оптимальная масса мотор-колеса без учёта резины, для среднеразмерного транспортного средства, должна варьироваться в пределах 10-30 килограмм. Вся проблема в том, что разработчикам весьма затруднительно войти в эти жёсткие ограничения.

Устройство тягового электродвигателя автомобиля

Устройство электродвигателя автомобиля зависит, от многих факторов.  Электродвигатели для электромобилей могут быть как постоянного, так и переменного тока. В последнее время на машину такого типа ставят только двигатель переменного тока (синхронный или асинхронный).  Первые электромоторы для автомобилей были, конечно, постоянного тока. Это и логично, потому как аккумулятор выдает постоянный ток, и двигатель электрический также постоянного тока. Их применяют и сейчас, но уже гораздо реже. Однако, все не так просто, как кажется на первый взгляд. Электродвигатели переменного тока гораздо экономичнее и надежнее. Выглядеть они могут точно так же как и электродвигатели постоянного тока. Разные типы электродвигателей имеют различную маркировку. AC – говорит о том, что этот двигатель переменного тока, DC – постоянного.

Принцип работы любого электродвигателя состоит во взаимодействии магнитных полей. Еще Фарадей на заре электричества заметил, что если проводник, по которому течет ток, поместить в постоянное магнитное поле, то этот проводник стремится вырваться из этого поля отклоняясь в ту или иную сторону в зависимости от направления движения тока. Если этих проводников много, и магнитное поле сильное, то и работа такого двигателя постоянного тока  будет соответствующей.

В каждом электродвигателе есть ротор (его иногда называют якорь) и статор (его еще называют индуктором). Ротором является вращающееся часть, статором – не вращающееся (стационарная). И ротор и статор имеют обмотки состоящие из отдельных проводников. Для подачи электрического тока на вращающуюся часть двигателя существует коллектор (набор медных пластин собранных в цилиндр). От статора на коллектор ток передается при помощи специальных щеток. Взаимодействие магнитных полей заставляет ротор совершать вращение.

Электродвигатели переменного тока работают несколько по-другому. Статор создает магнитное поле, которое само вращается. Оно (поле) может увлекать за собой стальные предметы, то есть заставлять вращаться ротор. По этой причине на роторе обмотка не нужна. Но в этом случае скорость вращения ротора будет отставать от скорости вращения магнитного поля статора. Такие электродвигатели нарываются асинхронными.

Для того, чтобы точно знать с какой частотой вращается ротор и регулировать эту частоту, необходимо на роторе разместить электрическую обмотку.  Такие электродвигатели называются синхронными. Но вновь появляется слабое звено электродвигателя – коллектор. Щетки изнашиваются и их нужно менять. Асинхронные двигатели в обслуживании не нуждаются.

На рисунке представлено два вида синхронных двигателей (с явными и неявными полюсами). Повторимся, что асинхронный двигатель отличается лишь тем, что на якоре нет обмотки.

При работе каждый электродвигатель нагревается. По этой причине тема охлаждения электрических машин очень важна. Система охлаждения может быть автономная и принудительная. На электродвигателях большегрузных автомобилей, например БелАЗ, охлаждение принудительное (воздух для охлаждения подается специальным вентилятором). У машин малого класса и легковых, на самом двигателе есть крыльчатка, которая продувает воздух через двигатель, тем самым охлаждая его.

Особенности устройства электромобиля

Отличия между автомобилем с ДВС и электрокаром достаточно существенные: схема последнего значительно проще, уменьшено количество движущихся деталей. По этой причине электромобили часто называют безопасными средствами передвижения.

Любой электрокар состоит из таких комплектующих:

• двигатель (электрический);
• батарея питания (её ёмкость может существенно отличаться, она напрямую зависит от мощности двигателя);
• инвертор;
• система электроники для управления авто;
• трансмиссия упрощённого вида;
• преобразователь.

Питание двигателя происходит за счёт аккумулятора. В современных электрокарах преимущественно используются литий-ионные батареи. Они состоят из пары модулей с последовательным соединением. За счёт этого в конце получается напряжение величиной 300 В. Более новые модели могут иметь напряжение 700 В. В основном, это гоночные автомобили, например, Lola-Drayson.

Важно! Чтобы авто работало без сбоев, необходимо правильно подбирать батарею для электрокара, учитывая при этом мощность самого двигателя (в современных моделях электромобилей она варьируется от 15 до 200 кВт). При этом крайне важно, что КПД электромобиля достигает 95%, в то время как у авто с привычным двигателем КПД на уровне 25%

Электромобиль имеет упрощённую трансмиссию. При этом преимущественное количество моделей электрокаров имеет редуктор одноступенчатого типа. Заряжать автомобиль можно даже от обычной бытовой электросети, что становится возможным благодаря строению зарядного устройства.

Также электрокар имеет дополнительный аккумулятор на 12 В, основная цель которого — обеспечение работы таких опций машины:

• системы освещения;
• климат-контроля, а также системы обогрева;
• аудиосистемы;
• электроники.

Электрокары имеют встроенную систему контроля и управления процессами, которая отвечает за напряжение и расходуемую энергию авто, за оценку заряда, выбор режима движения и т. д. В этой системе успешно объединены основные датчики, отображающие состояние систем авто (положение педалей тормоза и газа, уровень давления в тормозной системе).

Анализ этих показателей помогает просто выбрать оптимальный режим для передвижения в текущих условиях. Сама панель приборов электрокара практически не отличается от аналогичной конструкции в авто с ДВС. Разница между средствами передвижения заключается главным образом не в оформлении авто, а в функционале, скорости хода, стоимости и мощности транспорта.

Каковы преимущества использования электромобилей?

Электромобили обеспечивают значительные экологические и экономические преимущества. В целом можно сказать, что электромобили удешевляют топливо на одну пятую по сравнению с бензиновыми. Более длительный срок службы электромобилей, требующих сервисного ремонта, также снижает затраты пользователей на техническое обслуживание. Самая важная статья затрат электромобилей возникает, когда аккумулятор, используемый в транспортных средствах, необходимо заменить по истечении срока его службы.

Для защиты окружающей среды очень важно, чтобы электромобили не вырабатывали энергию из ископаемого топлива и не использовали выхлопную систему. Выбросы углерода, производимые бензиновыми автомобилями, являются одними из основных факторов, вызывающих глобальное потепление

С другой стороны, попытки обеспечить запасы ископаемого топлива приводят к разрушению природы. Прогнозируется, что повсеместное использование электромобилей значительно снизит уровень выбросов углерода в атмосферу. Благодаря экологически чистому дизайну электромобили производятся с использованием передового технологического оборудования и обеспечивают бесшумную работу. Таким образом, он играет важную роль в предотвращении шумового загрязнения.

Особенно с 2015 года можно увидеть, что крупные автомобильные компании в мире сосредоточили свои усилия на электромобилях. Хотя продажи электромобилей в Турции по-прежнему низкие, предполагается, что в ближайшем будущем рынок станет более активным.

Что такое электромобиль и как он работает

Двигатель электрокара состоит из статора и ротора. Под влиянием магнитного поля, которое возникает в статоре, приводится в движение ротор, где проходит индукционный ток. После этого электрическая энергия, попадая на обмотку самого мотора, видоизменяется в энергию вращения.

В последнее время сфера применения электрических двигателей значительно расширилась. Интересно, что использовать их можно как самостоятельно, так и вместе с ДВС (двигателями внутреннего сгорания). Авто, в котором соединены обе эти технологии (электро и ДВС), называют гибридным.

Стоит отметить, что существует значительное различие между электрическими двигателями, используемыми на производствах, и теми, которые устанавливают непосредственно в электрокарах. В последнем случае они имеют значительно большую мощность. По новым разработкам учёные разделяют понятия электрокаров и других электрических устройств всё больше.

Знаете ли вы? В начале 2018 года на дорогах мира насчитывалось уже более миллиона электрокаров. Со временем их количество будет только увеличиваться.

Кроме того, к основным показателям электромобиля относят не только тип двигателя, но и мощность, крутящий момент, показатели напряжения, вращения и тока. Именно эти факторы определяют порядок обслуживания транспортного средства. Существуют различные виды двигателей для электрокаров, согласно чему их делят на группы.

Видео: Как работает электромобиль?

В зависимости от типа тока устройства могут быть:

• постоянного тока;
• переменного тока (синхронные или асинхронные);
• универсальные (могут переключаться с одной фазы на другую).

Двигатели также можно классифицировать в зависимости от количества фаз: они могут быть одно-, двух- и трёхфазными. Неплохим примером трёхфазного образца называют Chevrolet Volt, который является универсальным «гибридом». Вторая модель — i-MiEV, чисто электрический вариант, также трёхфазный

Нередко при классификации электромобилей обращают внимание на щёточно-коллекторный узел.
Ознакомьтесь подробнее: как устроены двигатели для электромобиля и принцип их работы

В зависимости от этого показателя авто может быть:

• бесколлекторным (замкнутая круговая система, в которую входят инвентор, извещатель и преобразователь);
• коллекторным (система с током постоянной частоты, где узел является одновременно и извещателем, и переключателем тока).

Чаще всего в современных электрокарах используются моторы коллекторного типа, хотя не исключено внедрение бесколлекторного варианта. Примером последнего является известное авто «Sunrace» от корпорации GM. Двигатель весит всего 3,6 кг, а его коэффициент полезного действия достигает 92%.

Не стоит забывать про систему «мотор-колесо», которая также нередко устанавливается на современных электромобилях. Главной особенностью электрокаров является наличие функции возобновления энергии торможения. Одним из популярных примеров авто, где установлена такая система, является спортивная машина Volage.

Наибольшую популярность в современном мире имеют модели автомобилей с питанием от аккумулятора. Заряжать батарею необходимо регулярно, при этом в качестве источников зарядки могут выступать: генератор, внешние источники и даже рекуперация энергии торможения. При этом вариант генератора доступен только для гибридных авто.

Знаете ли вы? В феврале 2018 года удалось впервые за всю мировую историю запустить электрокар в открытый космос. Это была ракета Falcon Heavy, на борту которой находился электрокар Tesla.

Актуальные электродвижки

Интересными вариантами сегодня являются электродвигатели которые могут заменяться на обычные, внутреннего сгорания. Конечно, цена таких машин является очень высокой. Но именно их можно назвать теми, у которых давняя проблема недостающего запаса хода успешно была решена.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что уже в недалеком будущем электродвигатели неизбежно займут свое достойное место в производстве автотранспортных средств. Перед многими отечественными автолюбителями сегодня стоит желанная цель создать электродвигатель для автомобиля своими руками. Оказывается, это не такая уж и недостижимая мечта. За основу может быть взята любая машина, и даже «Ока».

Исчерпание углеводородного топлива, ухудшение экологической обстановки и ряд других причин рано или поздно заставят производителей разработать модели электромобилей, которые станут доступны для широких слоев населения. А пока остается только ждать или собственноручно разрабатывать варианты экологически чистой техники.Если же вы все-таки предпочитаете самостоятельно искать решения, а не дожидаться их со стороны, то вам понадобятся знания о том, какие двигатели для электромобиля уже изобрели, чем они отличаются и какой из них наиболее перспективный.