Как работает электромобиль

Прежде чем говорить, как работает электромобиль, сначала определимся, что это за машины, их разновидности, устройство и ключевые отличия. Все категории автомобильного транспорта, двигающегося благодаря одному или нескольким электромоторам, принято обозначать символами EV (Electric Vehicle). Учитывая определенные различия в конструкции, существует три разновидности современных машин, работающих на электротяге:

• BEV — Battery Electric Vehicle. Стандартные электромобили. Ключевая их особенность в том, что здесь отсутствуют другие источники энергии, кроме аккумуляторных батарей. Примеры таких автомобилей, которые можно купить: Zeekr 001, Lotus Eletre, Mengshi M-Hero 917 и др.
• HEV — Hybrid Electric Vehicle. Гибриды (Hybrid) отличаются тем, что в них используется комбинированная силовая установка. В ее составе есть традиционный мотор внутреннего сгорания (бензиновый или значительно реже дизельный), который работает совместно с одним или несколькими электромоторами. В зависимости от схемы, по которой организована совместная работа разнотипных агрегатов, существует семь разновидностей гибридного транспорта. Примеры последовательных гибридов - Lixiang L9, Byd Yangwang U8, Li L8 и др.
• FCEV — Fuel Cell Electric Vehicle. Машины, внутри которых установлены топливные элементы, вырабатывающие электричество. Пример такого транспорта Toyota Mirai, BMW iX5 Hydrogen, Hyundai ix35 Fuel Cell (выпускался до 2018 года) или линейка Audi h-tron.

Устройство автомобиля на водородном топливе

Устройство или принцип работы электромобиля

Простыми словами, принцип работы электромобиля основан на том, что вращение колес обеспечивает один или несколько электромоторов. Их питание осуществляется от штатной батареи, которую еще называют тяговыми. В цепочке между аккумулятором и электромоторами дополнительно смонтирован контроллер или система управления, позволяющая регулировать обороты вращения, а следовательно, и скорость движения. Есть также и редуктор и трансмиссия, с помощью которых крутящий момент от электродвигателя передается на колеса. Плюс к этому в конструкцию электрокара включено и другое оборудование, например, тепловой насос, устройство подогрева АКБ и др.

Устройство электромобиля

Как движется электрический автомобиль?

Ответ на вопрос, как работает электрический автомобиль, довольно прост. Конструктивно электрические моторы значительно проще по сравнению с бензиновыми или дизельными двигателями внутреннего сгорания. В основе их конструкции статор — неподвижная часть и ротор — подвижный элемент, смонтированный внутри. При подаче питания в обмотке статора генерируется магнитное поле. Под его действием в обмотке ротора возникают индукционные токи, которые, в свою очередь, также создают вращающие силы. В результате, ротор начинается крутиться. Таким образом, электричество аккумулятора преобразуется в механическую энергию — крутящий момент на валу электромотора.

Передний электромотор

Как регулируется скорость движения?

Обычно передача вращательного движения ротора на колеса осуществляется с помощью планетарного редуктора. Скорость движения электромобиля регулируется путем изменения напряжения, а точнее, частоты тока, поступающего на обмотки электромотора.

Чем больше энергии, тем выше темп вращения ротора, следовательно, к колесам передается больший крутящий момент, и электромобиль движется быстрее. Контроль напряжения, подаваемого к электродвигателю, как и остаточной емкости батареи и других параметров, осуществляется по показаниям, которые индицируются на панели приборов.

Задний электромотор

Как меняется направление движения?

Используемый принцип действия электромобиля позволяет двигаться не только вперед, но и назад. Причем изменение направления происходит не благодаря трансмиссии, а за счет изменения фаз питания электромотора.

В конструкции электрокара предусмотрен инвертор — преобразователь. Основная его роль заключается в преобразовании постоянного напряжения тяговой батареи в переменное, которое требуется для питания электродвигателя. Плюс к этому, инвертор позволяет менять фазы, в результате чего, ротор будет вращаться в обратную сторону. Благодаря такому решению, электрическая машина способна двигаться назад с такой же скоростью, как и вперед.

Виды электродвигателей для электрокаров

Разбираясь, как работает электрокар, вполне резонно узнать, какие электромоторы используются для комплектации такого транспорта. В современных моделях применяются электрические двигатели переменного тока как асинхронного, так и синхронного типа.

Первые отличаются тем, что магнитные поля, которые создаются в обмотках статора и ротора вращаются с определенным отставанием. Поле ротора при увеличении напряжения (разгоне) отстает, а при торможении, наоборот, обгоняет поле статора. Такой эффект называется скольжением. Эффективность асинхронных двигателей достигает 90%. Такие моторы отличаются повышенной прочностью, надежностью и долговечностью. Плюс к этому, у них небольшие пусковые моменты и простая регулировка. Электродвигатели этого типа обычно устанавливаются на переднеприводных сборках.

Характерная особенность синхронных электромоторов в том, что скорости вращения магнитных полей статора и ротора совпадают. Такое достигается благодаря особым технологиям, в числе которых чаще используется установка в роторе постоянных магнитов и другого оборудования, что усложняет конструкцию. Для запуска такого электромотора требуется плавная подача тока с постепенным увеличением частоты вплоть до номинальной величины. Поэтому, также нужно использовать дополнительное устройство. Стоимость синхронных моторов выше по сравнению с асинхронными агрегатами, так как для изготовления постоянных магнитов нужны редкоземельные металлы. В то же время, эффективность таких агрегатов выше — до 95%.

Электромотор

Аккумуляторы для электрокаров

Рассматривая принцип работы электрических автомобилей, обязательно следует уделить внимание ключевым и наиболее дорогим их компонентам — источникам питания. Аккумуляторы обеспечивают функционал как электродвигателей, так и многочисленного оборудования. В зависимости от решаемых задач они делятся на два типа: низкого напряжения, входящие в состав бортовой сети, и высокого напряжения, которые еще называют тяговыми.

В первом случае подразумеваются свинцово-кислотные АКБ, которые используются в электромобилях для питания освещения, мультимедиа, систем индикации, электроники и других низковольтных потребителей. Вторая группа источников применяется для обеспечения работы автомобильных кондиционеров и тяговых электромоторов. Они могут быть натрий-серными, никелевыми, литиевыми или другого типа.

Виды аккумуляторов для электромобилей

Классический аккумулятор электромобиля представляет собой модуль из нескольких блоков, внутри которых смонтированы активные элементы. Наряду с блочными батареями, многие производители используют источники питания, компоненты которых размещаются не в моноблоке, а внутри шасси.

Большинство электромобилей, как и гибридов, комплектуется тяговыми литий-ионными батареями (Li-ion), впервые поступившими на мировой рынок в 1991 году. Срок службы таких источников 15–20 лет, что в 3 раза превышает ресурс низковольтных АКБ свинцово-кислотного типа. Существует несколько их разновидностей, как и других типов, которые рассмотрим ниже.

• Никель-марганец-кобальтовые (NMC)
  Это наиболее распространенный тип тяговых батарей, которые заложены в основе принципа работы электроавтомобиля. Широкая их популярность обусловлена высокой плотностью энергии в пределах 250 Вт·ч/кг при довольно компактных размерах. Ключевой недостаток таких АКБ в относительно коротком сроке службы, ограниченном 1–2 тысячами циклов «разрядка-зарядка». Еще один из важных минусов — низкая термостабильность, как следствие, высокая вероятность возгорания.
• Никель-кобальт-алюминиевые (NCA)
  Очередная разновидность литий-ионных аккумуляторов для электромобилей, отличается тем, что вместо марганца здесь используется алюминий, отличающийся более стабильной структурой. Благодаря этому, уменьшен объем кобальта. Однако, существенных изменений в характеристиках это не принесло. Преимущества и недостатки NCA, идентичны описанным выше АКБ серии NMC.
  
• Литий-железо-фосфатные (LFP)
  Такие батареи отличаются небольшими расходами на производство и чаще используются в основе принципа работы электрокаров ниже среднего ценового диапазона. Срок их службы ограничен 2 тысячами циклов зарядки. Эти аккумуляторы более устойчивы к перегреву, но плотность энергии у них ниже по сравнению с предыдущими источниками. Поэтому, запас хода ниже, а также из-за повышенной чувствительности к холоду, зарядка электромобиля при низкой температуре занимает больше времени.
• Никель-металл-гидридные (NiMH или Ni–MH)
  Батареи этого типа чаще используются для организации принципа работы электрокаров гибридного типа. По сравнению с другими источниками, такие АКБ наиболее емкие и экологичные. Поэтому, их применяют также для комплектации бытовой техники и медицинского оборудования. Помимо низкой токсичности и большого ресурса, в числе их достоинств отсутствие эффекта памяти в сочетании с относительно низкими расходами на производство. В то же время, по сравнению с предыдущими вариантами у таких батарей низкая энергоемкость, больше вес и размеры, а также более длительный период зарядки.

   

Рекуперация

Рассматривая принцип работы электромобиля, кратко и понятно, следует упомянуть о рекуперации (в переводе с латинского — «обратное получение» или «восстановление»). Это особая технология, позволяющая возвращать часть энергии, расходуемой из аккумулятора, обратно в батарею для повторного применения. Это происходит при торможении или замедлении хода, когда тяговый электромотор не задействуются по основному предназначению.

В электрокарах, оснащенных функцией восстановления энергии, при торможении или замедлении тяговый электродвигатель переключается в режим генератора. В итоге, он начинает генерировать электричество, которое поступает на подзарядку аккумулятора. Режим рекуперации включается автоматически при прекращении разгона или при легком нажатии на педаль основного торможения. В то же время, эта схема не обеспечивает экстренного торможения, а только замедляет машину. Если нужно срочно остановиться, следует использовать стандартные механизмы торможения.

Как работает электромобиль гибридного типа?

Чтобы полностью уяснить принцип работы электромашин, важно также знать, чем отличаются гибриды от классических электрокаров, и какие есть их виды. Как упоминалось в начале статьи, характерная особенность гибридных сборок в том, что такие машины комплектуются двумя типа силовых агрегатов: ДВС и электромоторами. В зависимости от того, по какой схеме они подключены к колесам, существует три вида гибридов: последовательные, параллельные и параллельно-последовательные.

Устройство гибридной силовой установки

Последовательный гибрид

Здесь традиционный мотор (ДВС) не подключен к колесам. Бензиновый или дизельный агрегат используется только для выработки электроэнергии, играя роль привода генератора. Движение машины обеспечивает один или несколько электродвигателей, вращающих колеса. Преимущество такой схемы в максимально комфортной работе ДВС в сочетании с максимальным крутящим моментом и другими привилегиями, которые дает электропривод. Недостаток — двойное преобразование энергии, что сопровождается дополнительными потерями.

Параллельный гибрид

Суть ее в том, что ДВС подключен к колесам и используется в качестве основной движущей силы. Электромотор тоже подключен к колесам, но играет роль дополнительного привода. Он задействуется, когда нужно обеспечить максимальный крутящий момент, например, для интенсивного разгона или при движении под горку. Недостаток такого решения в том, что автомобиль не способен постоянно передвигаться только на электротяге.

Последовательно-параллельный гибрид

Эта схема позволяет использовать преимущества двух предыдущих вариантов, сведя к минимуму их недостатки.

 
 

Здесь ДВС используется в качестве как основной движущей силы, так и привода для генератора. Электромоторы также способны обеспечить полноценное движение автомобиля, питаясь от тяговой батареи или генератора, который вращается и вырабатывает электричество благодаря классическому ДВС.

Заключение

Посетите сайт компании «НЕО КАРС», чтобы не только узнать больше информации, как работает электроавтомобиль, но и стать владельцем престижного транспорта на выгодных условиях. У нас большой выбор новых премиальных электрокаров из Китая различных классов. В нашем салоне вы можете купить электромобили и гибриды с длительной гарантией и расширенным списком услуг по техподдержке. Наши мастера проводят русификацию интерфейса, устанавливают дополнительное оборудование, аксессуары и опции, проводят гарантийное и постгарантийное обслуживание, а также ремонт разной сложности.