Электрический двигатель в автомобиле

Электрический двигатель в автомобиле

Не так далеко время, когда все автомобили станут электрическими. На изучение этого направления, ведущие автомобилестроительные компании вкладывают огромные средства. Развитие абсолютно безопасного для окружающей среды транспорта обуславливается еще и тем, что стоимость нефтепродуктов в последние десятилетия неуклонно возрастает.

На сегодняшний день, крупные производители электрических автомобилей сосредоточены на территории ряда европейских стран: Германии, Великобритании, Норвегия, Франция, не отстают автоконцерны Америки и Японии.

Ведущими компаниями являются Nissan (Leaf), Toyota (RAV4EV), Mitsubishi (I MiEV), Ford (Focus Electric), Honda (FitEV), Tesla (Roadster и Model S), BMW (Active C), Renault (Fluence Z.E. и ZOE), Volvo (C30 Electric). В нашей стране это направление практически не изучается.

Электромобиль представляет собой транспортное средство, приводящееся в движение от одного или нескольких электрических двигателей, которые работают от энергии аккумуляторной батареи, топливных элементов или солнечных батареи.

 Для того, чтобы аккумуляторная батарея снабжала электромобиль энергией, требуется ее регулярная зарядка. Часть тока для работы авто может вырабатываться путем рекупации энергии в процессе торможения и с помощью генератора. Последний вариант присущ гибридным автомобилям, где генератор подсоединен к ДВС.

Двигатель электромобиля

Проекты по разработке электромобилей делятся на две категории:

Разработка, создание новых моделей,

Переоснащение уже существующих автомобилей.

В зависимости от условий работы, электромобили подразделяются на три вида:

  • Для движения в городских условиях (максимальная скорость составляет менее 100км\ч);
  • Для движения в условиях трассы (развиваемая скорость более 100км\ч);
  • Спортивные электромобили (развивают скорость более 200 км\ч).

Принцип работы электромобиля

Электромобиль в отличие от традиционных автомобилей, оснащенных ДВС, обладает примитивной конструкцией. В нем, количество движущихся частей сведено к минимуму, что гарантирует более высокую надежность.

К основным частям электромобиля относятся: аккумулятор, трансмиссия, электродвигатель, преобразователь постоянного тока, система управления и инвертор.

Чаще всего в электромобилях применяются литий-ионные аккумуляторные батареи, соединенные между собой в единую систему. Суммарное напряжение группы аккумуляторов составляет около 300 вольт, а ее емкость сопоставима с мощностью установленного электромотора.

Nissan Leaf

Электродвигатель создает тяговое усилие и приводит авто в движение.  В его роли выступают трехфазные синхронные (асинхронные) двигатели, работающие на переменном токе. Их мощность может быть различной и составляет от 20 до 200 кВт.

Если сравнить с традиционными ДВС, электрические моторы имеют более высокий коэффициент полезного действия — 90% против 25%.

К основным достоинствам электродвигателей относят:

  • Возможность осуществления высоких показателей крутящего момента на всем промежутке скоростей;
  • Работа в двух направлениях без использования дополнительных систем;
  • Воздушное охлаждение и наличие примитивной конструкции;
  • Работа в режиме двигателя и генератора.

Некоторые конструкции подразумевают установку в электромобиль сразу нескольких электродвигателей, которые отвечают за приведение в действие каждого из колес. Такая схема позволяет достичь максимальной тяговой мощности. В ряде случаев электродвигатель устанавливается в колесо авто, тем самым количество элементов трансмиссии становится минимальным. Данная схема имеет ряд недостатков, включая наличие неподрессоренных масс и плохая управляемость.

Современные электромобили оснащены очень простой по исполнению трансмиссией. Она состоит только из зубчатого одноступенчатого редуктора. Зарядное устройство аккумуляторной батареи работает от традиционной электросети, которая есть в каждом доме. Установленный инвертор преобразует постоянное напряжение батареи в трехфазный ток, который служит источником энергии для работы электродвигателя.

От преобразователя обеспечивается зарядка и дополнительной 12-волтовой батареи, служащей источником питания для системы освещения, аудиосистемы, кондиционера и ручного управления (усилителя руля).

Система управления отвечает за процессы энергосбережения, комфортабельность езды и безопасность.

В перечень процессов, за которые отвечает система управления входят:

  • Регулировка высоким напряжением;
  • Управление тягой;
  • Выбор наилучшей скорости движения;
  • Плавное ускорение;
  • Индикатор уровня заряда АКБ;
  • Контроль рекуперативным торможением.
Получая данные от установленных датчиков, система проводит анализ ситуации и устанавливает наиболее оптимальный режим движения.

Эксплуатационные качества электромобиля

Внешне, электромобиль очень похож на традиционный автомобиль с ДВС, тем не менее, его эксплуатация существенно отличается. Ряд характерных для электромобилей проблем, препятствуют массовому распространению этого вида транспорта.

Mitsubishi I MiEV

К ним относятся:

  • Высокая стоимость;
  • Ограниченное время автономной работы;
  • Для зарядки батареи требуется значительное количество времени.

Дороговизна электромобилей обусловлена в первую очередь высокой стоимостью АКБ. Эксплуатационные характеристики литий-йонной батареи ограничиваются сроком в 5-7 лет. Эта проблема заставляет конструкторов разрабатывать новые способы сохранения энергии, например, маховики и суперконденсаторы, литий-полимерные АКБ.

Эксплуатационные расходы на обслуживание и зарядку электромобиля в четыре раза ниже, чем обслуживание автомобиля с двигателем внутреннего сгорания.  Распространение электромобилей в большей степени актуально в странах, где выработка электричества незначительно зависит от наличия полезных ископаемых.

Одной из главных проблем повседневного внедрения электромобилей, является его относительно малая автономность. Так, расстояние, которое электромобиль может пройти от заряда батареи, напрямую зависит от ее емкости, манеры вождения, дорожных условий.

Сегодня, среднее расстояние, которое электромобиль способен пройти без подзарядки, составляет 150 км, при скорости в 70 км/ч.

При резком увеличении скорости движения, расстояние, которое проходит электромобиль без подзарядки существенно снижается. Так, при скорости 130 км/ч, расстояние не превышает 70 км. По этой причине, электромобиль представляется как средство, предназначенное для передвижения в городских условиях. Новейшие технологии позволяют возвращать до 30% затрачиваемой электромобилем энергии за счет рекуперативного торможения.

Toyota RAV4EV

Эксплуатацию современного электромобиля нельзя представить без периодической замены АКБ. Эта процедура требует достаточно много времени, поэтому ведутся работы в нескольких направлениях.

Полная зарядка АКБ от бытовой электросети с мощностью тока 3-3,5 кВт, длится до 8 часов.

Экспресс-зарядка до 80% от емкости АКБ занимает менее часа. Но для этого требуется ток высокой мощности – до 50 КВт. Поэтому такой способ зарядки возможен только на зарядных станциях.

Также рассматривается вариант обменных станций, на которых разряженные батареи будут заменяться заряженными. Каждое из вышеперечисленных направлений напрямую зависит от повсеместного развития инфраструктуры и внедрения сложных и дорогостоящих технических решений.

Цель нашего техцентра - создать альтернативу официальным дилерам и предложить требовательным клиентам неизменно высокое качество ремонтных работ.