Как работает электромобиль? Ключевые компоненты, сравнение

Электромобили (электрокары) – это растущая отрасль. Хотя они по-прежнему составляют лишь около 2% рынка новых автомобилей в США, продажи в Европе и Китае неуклонно растут. С учетом текущих темпов роста в сочетании с государственной политикой, согласно прогнозам, количество электромобилей в мире увеличится с 8 миллионов в 2019 году до 50 миллионов к 2025 году и почти до 140 миллионов к 2030 году. Многие (но не все) крупные производители автомобилей активно пытались адаптироваться к этой полностью электрической тенденции. (1, 2, 3, 4, 5)

Если вы находитесь на рынке или хотя бы хотите купить электромобиль, полезно знать, как он работает, чтобы вы могли принять обоснованное решение о выборе подходящего.

Ключевые компоненты электромобиля

Разработчики электромобилей упорно трудились, чтобы воспроизвести внешний вид автомобилей с бензиновым двигателем. Некоторые модели даже имеют имитацию решетки радиатора на передней части автомобиля, хотя они полностью нефункциональны. На рынке есть несколько трехколесных или футуристических электромобилей, но большая часть того, что водители сразу видят как внутри, так и снаружи электромобиля – корпус на шасси, четыре колеса, окна, сиденья, рулевое колесо, бардачок – если не присматриваться.

Под капотом

Откройте капот, и различия очевидны. Нет ни двигателя, ни радиатора, ни карбюратора, ни свечей зажигания. В зависимости от модели электромобили могут иметь всего 30–40 движущихся частей, в то время как автомобиль с бензиновым двигателем может иметь 2000 и более, что значительно снижает затраты на ремонт электромобиля. Там, где обычно находится двигатель, у некоторых электромобилей есть передний багажник, подходящий для пары сумок с продуктами. Все это пустое пространство добавляет безопасности электромобилю, давая ему большую зону деформации, которая лучше поглощает силу лобового столкновения.

Под автомобилем

Загляните под заднюю часть автомобиля, и вы не увидите выхлопной трубы. Поскольку нет двигателя внутреннего сгорания, нет необходимости в выхлопной системе или глушителе для уменьшения грохота двигателя. Новых водителей электромобилей удивляет, насколько мало вибрации или шума издает их автомобиль; когда автомобиль останавливается на перекрестке, только огни на панелях управления сообщают, что он все еще работает.

Благодаря нулевым выбросам из выхлопной трубы электромобили помогают сократить одну из основных причин изменения климата: парниковые газы от транспортного сектора, на долю которых в 2018 году приходилось 28% общих выбросов парниковых газов. Во многих частях мира уголь по-прежнему является ведущим источником производства электроэнергии, поэтому, в зависимости от источника электроэнергии, электромобили не могут быть полностью свободными от выбросов. Однако даже если электричество в батарее электромобиля было создано за счет сжигания угля, электромобили по-прежнему производят гораздо меньше выбросов, чем автомобили, работающие на бензине или газе. И поскольку электросеть все больше и больше полагается на источники с низким или нулевым уровнем выбросов, эта разница будет только увеличиваться. (6, 7, 8)

Аккумулятор

Под автомобилем вы заметите большую электрическую батарею, в которой накапливается энергия, необходимая для работы автомобиля. Батарея на самом деле представляет собой набор из множества литий-ионных аккумуляторных модулей меньшего размера, которые сами состоят из отдельных аккумуляторных ячеек (размером с батарею AAA) и соединены в электрические цепи с электронным управлением для обеспечения максимальной мощности наиболее эффективным способом. Аккумуляторные технологии стремительно развиваются, появляются новые химические составы и различные производственные процессы, направленные на увеличение плотности энергии аккумулятора при одновременном снижении стоимости самой дорогой части автомобиля.

Одной из опасностей всех литий-ионных аккумуляторов является «тепловой разгон», ведущий к взрывному возгоранию, поэтому аккумуляторный блок охлаждается с помощью системы терморегулирования и защитного кожуха. Пожары в электромобилях привлекают внимание средств массовой информации из-за опасений по поводу новых технологий; между тем, только в США ежедневно происходит около 166 пожаров в бензиновых автомобилях. Автомобили с аккумуляторным питанием имеют гораздо меньший риск загореться, чем автомобили, которые по определению работают на горючих жидкостях. (9)

Что такое инвертор?

Инвертор – это небольшой, но жизненно важный компонент электромобиля, который преобразует электричество постоянного тока, хранящееся в аккумуляторе, в переменный ток, который запускает двигатель. В электромобиле он расположен между аккумулятором и двигателем.

Двигатель

Двигатель электромобиля следует тому же принципу, который используется с 19 века: преобразование электричества в механическую энергию. Это происходит, когда электричество передается от аккумулятора к неподвижной части двигателя (статор), которая создает магнитное поле, которое вращает вращающуюся часть (ротор). Вращающийся ротор – это то, что создает механическую энергию, которая вращает колеса автомобиля с помощью одной передачи. Чем больше электричества, тем быстрее вращается ротор, и поскольку в электромобилях нет переключения между передачами, ускорение и замедление подразумевают плавный переход между скоростями.

В то время как автомобиль с бензиновым двигателем может иметь только один двигатель внутреннего сгорания, электромобиль может иметь несколько двигателей, которые могут работать независимо. В двухмоторном транспортном средстве один двигатель предназначен для езды по городу, а другой двигатель (часто называемый асинхронным) предназначен для более высоких скоростей. Полный привод является обычным явлением в электромобилях, потому что каждое колесо может иметь свой собственный двигатель, увеличивая маневренность и тягу, и даже может позволить шинам вращаться в разных направлениях.

Читайте также: Есть ли коробка передач в электромобиле?

Электрические и бензиновые автомобили: что лучше?

Если большая часть физических различий между электрическими и бензиновыми автомобилями находится под капотом или вне поля зрения, то же самое можно сказать о различиях в управлении, заправке и техническом обслуживании различных типов транспортных средств.

Ускорение

Вождение электромобиля почти такое же, как вождение автомобиля, работающего на бензине, с некоторыми отличиями, которые водители сразу заметят и к которым относительно быстро адаптируются. Электромобили известны своим быстрым ускорением, и мгновенное движение вперед – это, пожалуй, первое, что новички узнают в электромобиле. Крутящий момент является силой, вызывающей вращение – в данном случае двигателя автомобиля, выраженная в оборотах в минуту (об/мин). Поскольку бензиновые двигатели запускаются на низких оборотах, которые увеличиваются за счет постепенного переключения передач, в достижении максимального крутящего момента наблюдается задержка.

Однако в электромобиле максимальный крутящий момент достигается сразу после нажатия на акселератор (а не на «педаль газа»), при котором автомобиль двигается вперед, а водитель снова упирается в свое сиденье. Некоторые электромобили имеют самое высокое ускорение от 0 до 60 в своем классе транспортных средств, что особенно полезно при выезде на шоссе, обгонах более медленных транспортных средств и предотвращении аварий.

Торможение

В автомобиле, работающем на бензине, генератор переменного тока получает энергию от вращающихся колес для зарядки относительно меньшего аккумулятора автомобиля. Когда водитель начинает торможение в электромобиле, «рекуперативное торможение» извлекает энергию из импульса транспортного средства для выработки электричества и отправки ее обратно в аккумулятор, увеличивая запас хода транспортного средства. Вождение в режиме рекуперативного торможения означает, что каждый раз, когда вы убираете ногу с педали акселератора, автомобиль замедляется быстрее, чем в газовом автомобиле. Хотя автомобиль не останавливается полностью, рекуперативное торможение позволяет «вести автомобиль с одной педалью», когда педаль тормоза нажимается реже, что снижает износ тормозов.

Управление

Благодаря большому и тяжелому аккумулятору, расположенному вдоль большей части его базы, электромобиль имеет более низкий центр тяжести, чем большинство бензиновых автомобилей, что улучшает управляемость на поворотах и в условиях скользкой дороги. Это также снижает частоту опрокидывания, повышая безопасность автомобиля.

Заправка

Самое принципиальное отличие электромобиля от бензинового – это, конечно, источник энергии. Вместо бензобака на электромобиле будет порт для зарядки (или порты, поскольку существует несколько способов зарядки электромобиля). Даже самый быстро заряжающийся электромобиль заряжается дольше, чем заправляется бензобак. Однако 80% зарядки электромобиля происходит дома, за ночь, так же, как и телефон, поэтому скорость зарядки более актуальна для дальних поездок и для людей, которые не могут заряжать дома. Напротив, если предположить, что типичный потребитель заправляет свой бензобак три раза в месяц и каждый раз проводит на заправочной станции по пять минут, в общей сложности он тратит три часа в год на заправку в любую погоду – ни одна из которых не может быть сделана, пока он спит. Водитель электромобиля обычно тратит не более нескольких секунд на подключение. (10)

Электроэнергия может легко поступать в электромобиль и выходить из него, в отличие от бензина, и одна из новых технологий – это возможность подключения автомобиля к сети (V2G) или от автомобиля к дому (V2H). Теоретически аккумуляторы электромобилей можно использовать для питания домашнего хозяйства во время отключения электроэнергии или для подачи электроэнергии в сеть, чтобы повысить ее эффективность и стабильность и заработать деньги владельцу электромобиля. Однако не все электромобили оснащены этой возможностью, и некоторые производители электромобилей запрещают ее и аннулируют гарантию владельца электромобиля, если она используется, поскольку частая разрядка литий-ионной батареи сокращает ее ожидаемый срок службы.

Тюнинг и ремонт

Поскольку основная функция электромобиля – это перемещение электронов, он больше похож на компьютер на колесах, чем на механическое устройство (двигатель) на колесах. Как и производители цифровых устройств, некоторые производители электромобилей рассылают по беспроводной сети обновления программного обеспечения, чтобы повысить эффективность или добавить новые функции в свои автомобили. Это не только продлевает срок службы автомобиля и снижает его эксплуатационные расходы; со временем это также может увеличить стоимость перепродажи автомобиля. Для электромобиля с небольшим количеством движущихся частей «электронные настройки» могут быть более частыми, чем посещения ремонтной мастерской. Согласно исследованию Consumer Reports, «водители электромобилей и подключаемых гибридов платят вдвое меньше за ремонт и техническое обслуживание своих автомобилей. Потребители, приобретающие электромобиль, могут рассчитывать сэкономить в среднем 4600 долларов на расходах на ремонт и техническое обслуживание в течение всего срока службы автомобиля по сравнению с автомобилем с бензиновым двигателем. (11)

Электромобили могут быть не для всех, и к ним относятся с большим скептицизмом. Примерно то же самое было сказано об автомобилях в начале двадцатого века, когда бензин и Модель T произвели революцию в транспорте: «Я не верю, что внедрение автомобилей когда-либо повлияет на езду на лошадях,» – сказал член британского парламента Скотт Монтегю в 1903 году. Электромобили уже подрывают автомобильную промышленность. Следующее десятилетие определит, пойдут ли автомобили с бензиновым двигателем путем лошади.

Treehugger