Запас хода электромобиля — от чего зависит и как рассчитать

Чтобы понять, от чего зависит запас хода электромобиля, предварительно рассмотрим принцип организации его движения. Перемещение любого электрокара основано на использовании электрической энергии, которая хранится в тяговых аккумуляторах. Она расходуется для питания электрических двигателей, обеспечивающих вращение колес. Все это происходит по такому принципу:

1. Электроэнергия предварительно накапливается в литий-ионных или других типах аккумуляторов большой емкости, которые размещены в полу или под днищем машины. Батареи обеспечивают преобразование химической энергии в электричество.
2. При включении электромобиля электрический ток сначала поступает от аккумуляторов к преобразователю — контроллеру управления питанием электродвигателя.
3. Контроллер изменяет силу и напряжение энергии, поступающей на тяговые электродвигатели с учетом выбранного режима и интенсивности нажатия на педаль газа. Электромоторы могут располагаться у каждого колеса или на одной оси.
4. Вращение ротора электродвигателя приводит колеса автомобиля в движение. Крутящий момент передается с помощью редуктора — планетарной передачи, которая, по сути, заменяет традиционную коробку передач. Благодаря этому и происходит перемещение электромобиля.

Что такое запас хода электромобиля?

Запас хода электрокара — максимальное расстояние в километрах, которое он может пройти на одном полном заряде тяговой батареи. Чем больше емкость аккумулятора, а также энергоэффективность электродвигателя и всей силовой линии машины, тем больше у нее этот показатель. Он напрямую влияет на автономность и практичность использования электромобиля. Современные модели в среднем способны преодолевать 300–500 км пути при оптимальных условиях движения.

Как производители измеряют запас хода электрокаров?

Производители рассчитывают, насколько хватает электромобиля на основании стандартизованных тестов и методик. Согласно процедурам испытаний, машина разгоняется, тормозит и едет с постоянными скоростями в пределах установленного цикла в лабораторных условиях. При этом замеряется средний расход электроэнергии на определенных отрезках пути.

Зная емкость установленной батареи, инженеры рассчитывают, какое расстояние может пройти автомобиль, используя весь доступный запас энергии из аккумулятора. Полученное расстояние в километрах обозначают как максимальный пробег электромобиля на одной зарядке по данной методике испытаний.

Результаты запаса хода разных моделей сопоставимы между собой, поскольку получены в условиях стандартизованных циклов тестирования. В то же время, фактически показатели пробега в реальных условиях могут значительно отличаться.

Запас хода по циклу WLTP у электромобилей топовых мировых брендов

Факторы, влияющие на длительность пробега на одной зарядке

Запас хода электрокаров зависит от нескольких факторов:

• Тип и емкость тягового аккумулятора. Чем больше энергоемкость, тем больше электричества может накопить батарея, обеспечив тем самым большую дальность поездки.
• Эффективность и мощность электродвигателей. Чем выше КПД электромотора, тем меньше он потребляет энергии.
• Внешние условия. На запас хода электроавтомобиля также влияет температура воздуха, погода, состояние дорожного покрытия, рельеф местности, другие особенности движения.
• Аэродинамика кузова и вес автомобиля. Чем более обтекаема форма кузова и легче масса, тем меньше расходуется энергии на преодоление сопротивления воздуха и трения.
• Скорость, стиль вождения. Аккуратное передвижение на оптимальной скорости увеличивает запас хода.
• Характер поездок: городской цикл, скоростная автомагистраль или смешанный.

Таким образом, на дальность поездки влияет целый комплекс технических и эксплуатационных факторов. Усовершенствования в этих областях позволяют наращивать показатели пробега электроавтомобиля. Дальше рассмотрим основные факторы, определяющие запас хода более детально.

Какими аккумуляторами комплектуются электрокары: типы, технологии

С учетом назначения или обеспечиваемых потребителей, современные электромобили комплектуются двумя типами аккумуляторов: низковольтными и высоковольтными:

 

Учитывая повышенный риск возгорания, для защиты от коротких замыканий и перегрева тяговых батарей производители электромобилей используют комплексные технические решения. В их числе активное жидкостное или воздушное охлаждение. В первом случае через АКБ прокачивается специальный антифриз, отводящий тепло от аккумуляторных ячеек, а во втором — в конструкции корпуса аккумуляторов встроены ребра и каналы для обеспечения эффективного обдува в процессе движения.

Плюс к этому, тяговые батареи изготавливаются с применением теплостойких материалов и компонентов, рассчитанных на рабочие температуры выше +60оС. Дополнительно для обеспечения эффективной и безопасной их работы используются специальные системы терморегулирования. Вместе с датчиками, установленными в разных точках АКБ, они не только отслеживают, но и корректируют текущие параметры, предотвращая перегрев и возгорание.

Устройство тяговой батареи электромобиля

Виды аккумуляторных батарей с учетом используемой технологии

В зависимости от технологии изготовления, в электромобилях чаще используется два основных типа аккумуляторов: литий-ионные и никель-металл-гидридные. Также в последнее время популярность среди производителей электрокаров набирают литий-железо-фосфатные батареи.

Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion)

Наиболее компактные батареи обладают высокой плотностью энергии и не имеют эффекта памяти. Преимущества: малый вес на единицу емкости, низкий саморазряд, высокий КПД и большой ресурс зарядки-разрядки — более 1000 циклов. Недостатки: высокая стоимость, повышенные требования к электронной системе контроля режимов заряда и разряда, низкая термостабильность.

Никель-металл-гидридные аккумуляторы (NiMH)

Менее подвержены опасности возгорания и взрыва, поэтому часто используются на гибридных автомобилях. Плюсы: повышенная безопасность, невысокая стоимость, небольшой саморазряд, длительный срок службы. Минусы: относительно невысокая плотность энергии и большие габариты, присутствует эффект памяти.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LFP)

По сути, он является подвидом литий-ионного аккумулятора. Отличается более низкой стоимостью, низкой токсичностью, повышенной безопасностью, длительным сроком службы, но при этом заметно сниженной максимальной емкостью. Множество китайских брендов постепенно внедряют в базовые модификации своих моделей именно такие батареи, стараясь оптимизировать производство.

Помимо литий-ионных и никель-металл-гидридных, в электромобилях могут использоваться и другие виды аккумуляторов. В их числе:

• Свинцово-кислотные (Pb-acid). Традиционные свинцовые аккумуляторы относительно дешевые и надежные. Их недостаток в том, что они имеют большой вес и низкую удельную мощность. Поэтому чаще всего это обычные бортовые аккумуляторы на 12 Вольт.
• Никель-кадмиевые (Ni-Cd). Обладают длительным ресурсом, выдерживают глубокие разряды. Однако подвержены «эффекту памяти». Используются редко из-за токсичности кадмия.
• Литий-полимерные (Li-po). Также, как и литий-железо-фосфатные — это еще одна разновидность литий-ионного аккумулятора. Они отличаются гибким дизайном и малым весом. Перспективное решение. Для массового применения не используются из-за высокой себестоимости.
• Литий-титанатные (LTO). Отличаются повышенной безопасностью и долгим сроком службы. Пока не получили широкого распространения.

Как влияет на пробег тип и емкость аккумуляторов?

Каждый тип аккумуляторов имеет свои преимущества и недостатки по емкости, массе, стоимости, ресурсу и другим параметрам. Выбор зависит от концепции и ценовой категории транспорта. В любом случае, то, насколько хватает заряда электромобиля, напрямую зависит от типа и емкости используемых в нем тяговых батарей. Именно эти параметры определяют количество запасаемой электроэнергии на единицу массы или объема АКБ. Чем выше удельная емкость, тем меньшим по габаритам и весу может быть аккумулятор при фиксированном запасе электричества.

Литий-ионные батареи имеют самую высокую на сегодня удельную емкость. Поэтому их использование по сравнению с другими типами позволяет увеличить пробег электроавтомобиля при идентичном весе и размерах. При прочих равных условиях, чем выше емкость тяговой батареи в киловатт-часах, тем большее количество энергии она может аккумулировать и отдать на привод электродвигателей, соответственно тем выше дальность поездки на одной зарядке.

В настоящее время запас хода китайских электромобилей в среднем составляет 300–400 км при оптимальных условиях поездок. Такие показатели обеспечиваются использованием литий-ионных аккумуляторов емкостью 40–60 кВт*ч. Например, один из популярных электрокаров NIO ES6 оснащается батареей в 84 кВт*ч, что дает пробег в 416 км по циклу NEDC. Более дорогие и современные модели оснащаются батареями по 100 кВт*ч и выше, что позволяет преодолевать более 500 км.

Примечательно, что с ростом емкости аккумуляторов и оптимизацией расхода энергии запас хода китайских электромобилей постоянно увеличивается. К 2025 году ожидается, что лучшие модели смогут проехать на одном заряде уже 800–1000 км, хотя уже сейчас некоторые производители гибридных моделей заявляют запасы хода в 1200–1300 км. Такие показатели позволят им сравняться и даже превзойти автомобили с традиционными бензиновыми или дизельными двигателями.

Как влияет на пробег эффективность и мощность электродвигателей

Рассматривая, насколько хватает зарядки электромобиля, обязательно следует учитывать эффективность (КПД и функционал), а также мощность электродвигателей. Эти показатели, как и наличие режима рекуперации, напрямую влияют на запас хода электрокара. Чем выше КПД электромотора, тем меньше потерь электроэнергии на выработку механической энергии, которая используется для вращения колес. Современные модели электродвигателей обеспечивают эффективность порядка 95%, в то время как КПД бензиновых агрегатов не превышает 30–40%.

Более эффективный электродвигатель экономичнее расходует заряд аккумулятора для получения требуемой мощности. Следовательно, его использование позволяет увеличить запас хода. Плюс к этому, оптимальный по эффективности агрегат минимизирует потери, связанные с режимом холостого хода, перегрузкой или недогрузкой. Это также положительно влияет на то, насколько километров электромобиль больше сможет пройти на одной зарядке.

Наряду с оптимальной мощностью и эффективностью, наличие рекуперативного торможения позволяет также увеличить запас хода электрокара. Суть этого режима заключается в том, что при замедлении машины кинетическая энергия движения частично преобразуется обратно в электрическую и используется для подзарядки аккумулятора. Этот процесс осуществляется путем автоматического перевода тяговых электродвигателей в генераторный режим при снижении скорости, замедлении или торможении (легком нажатии на педаль тормоза).

По данным испытаний рекуперация позволяет увеличить средний пробег электромобилей на 10–25% в городском цикле в зависимости от интенсивности разгонов и торможений. Таким образом, возврат энергии, выделяемой при замедлении, обратно в батарею является важным резервом экономии заряда и увеличения автономности электротранспорта от одной зарядки. В итоге, рекуперация повышает общий КПД использования накопленной в аккумуляторах энергии.

Как влияют на запас хода внешние условия?

На сколько км хватает электромобиля, во многом зависит от того, в каких условиях он движется: погода, качество покрытия, рельеф местности.

Погода и температура воздуха

Погодные условия и температура окружающего воздуха способны изменять запас хода в довольно широком диапазоне. Это обусловлено такими факторами:

• При низких температурах емкость литий-ионных и других аккумуляторов снижается. Поэтому, в мороз, например, до –20 °С пробег может уменьшиться на 30-40% по сравнению с оптимальными +20 °С.
• Холодная погода увеличивает сопротивление качению шин и потери на трение, что снижает общую эффективность электропривода.
• В жаркую погоду возрастает нагрузка на систему охлаждения батарей, что также влечет дополнительные затраты энергии.
• В дождь и снег ухудшается сцепление шин с дорогой. Приходится расходовать больше энергии на разгон и движение.
• Сильный встречный ветер приводит к увеличению лобового сопротивления, что ведет к большему расходу энергии.

Учитывая сказанное выше, отправляясь в дорогу на электрокаре, следует учитывать, что запас хода, указанный в техдокументации, в зависимости от погодных условий может измениться на 30–50%.

Схема рекуперативного торможения электромобиля Volkswagen

Дорожное покрытие

Качество дорожного покрытия также непосредственно влияет на то, на сколько километров хватает электромобиля. При движении по неровной или грунтовой дороге увеличиваются потери на преодоление сопротивления движению, что повышает расход заряда батареи. Качественный асфальт и бетон обеспечивают хорошее качение и наиболее эффективный режим передвижения электромобиля. Здесь пробег будет максимальным.

Запас хода снижается при пробуксовке колес на грязи, льду или снегу, а также при движении по рыхлому песку. Зимой электромобиль на шипованной резине по сравнению с всесезонными шинами может проехать на 5–15% км больше. Это достигается благодаря лучшему сцеплению с обледенелым дорожным полотном. И наоборот — по чистому асфальту на шипованной резине электромобиль будет передвигаться с чуть повышенным расходом. Таким образом, состояние трассы или профиль дороги оказывают существенное влияние на энергопотребление и остаточный пробег электромобиля.

Рельеф местности

По сравнению с горизонтальным участком на подъеме дополнительно требуется энергия на преодоление силы тяжести, создаваемой за счет уклона. Поэтому, поездка в горку негативно сказывается на общем пробеге. В то же время, на спуске можно восполнить часть потерь энергии благодаря торможению мотором — рекуперации, когда электродвигатель работе в режиме генератора. Сегодня подавляющее большинство электромобилей оснащены механизмом рекуперации.

На извилистой горной трассе имеют место частые повороты, наборы высоты и спуски. Здесь расход энергии получается повышенным. Поэтому, на сколько километров хватает электромобиля, заранее определить довольно сложно. Наименьшее потребление энергии обеспечивается при движении по равнинной местности на горизонтальном участке или на ровном шоссе. Здесь весь запас батарей расходуется только на преодоление сопротивления качению и встречного потока воздуха.

Влияние аэродинамики и веса электроавтомобиля

Аэродинамические свойства кузова электромобиля оказывают заметное влияние на его пробег. Чем лучше обтекаемость, тем меньшее сопротивление воздуха испытывает машина на ходу и, соответственно, в процессе движения тратит меньше энергии из батареи. Основными факторами, определяющими с точки зрения аэродинамики запас хода, являются:

• Формат: каплевидная форма считается наиболее обтекаемой, а прямоугольная (кирпичеобразная) является наименее аэродинамичной.
• Плавные обводы и округления поверхности, вместо острых граней.
• Клиновидный передний обтекатель и наклонное ветровое стекло.
• Отсутствие лишних выступов, элементов, влияющих на обтекание.
• Минимальный дорожный просвет. Большой клиренс (дорожный просвет) существенно повышают лобовое сопротивление.

Результаты испытаний в аэродинамической трубе показывают, что улучшение обтекаемости кузова электромобиля позволяет сократить воздушное сопротивление на 15–25%. В результате, за счет лучшей аэродинамики можно увеличить запас хода на 10–15%. Это также касается и перевозки различных предметов или грузов на рейлингах или багажнике, смонтированном на крыше электрокара.

Вес электромобиля оказывает прямое влияние на его энергопотребление и запас хода. Эта зависимость обусловлена такими моментами:

• Чем больше масса машины, тем больше нужно энергии, чтобы преодолеть инерцию покоя и привести автомобиль в движение.
• При увеличении веса возрастают потери энергии на преодоление сил сопротивления качению — трения в подшипниках, деформации шин.
• Большая масса задействует тяговый привод на пределе его возможностей, что снижает общий КПД и увеличивает потребление энергии.
• Дополнительный вес сокращает полезную нагрузку электромобиля и количество перевозимых пассажиров или грузов.

Экран контроля заряда и рекуперации электромобиля Mercedes-Benz EQS

Как влияет на пробег электрокара буксировка прицепа?

Интересный вопрос для владельцев электромашин, сколько хватает зарядки, если буксировать прицеп. Транспортировка электрокаром другой техники существенно влияет на его запас хода, так как в этом случае ухудшается не только общая аэродинамика, но и вес. Все это значительно повышает как сопротивление встречному воздуху, так и сопротивление качению, что приводит к росту энергопотребления. Особенно это заметно при движении на подъем. Как показывает практика, запас хода электромобиля при транспортировке прицепа может сокращаться в 1,5–2 раза по сравнению с обычными поездками.

Как влияет на запас хода скорость движения?

Во многом, насколько хватает электрокара, зависит от скорости движения. Зависимость пробега от темпа передвижения обусловлена следующими факторами:

• При более высокой скорости возрастает сопротивление воздуха. Для его преодоления требуется дополнительная мощность электродвигателя для поддержания заданного темпа перемещения.
• Увеличиваются потери энергии на шинах из-за большей деформации и более быстрого вращения колес.
• При разгоне до более высоких скоростей тратится больше энергии из батареи. Плюс к этому, торможение также становится менее эффективным.

Оптимальным скоростным режимом для наибольшего километража на одной зарядке считается 40–60 км/ч. Для примера, при передвижении с темпом более 100 км/ч пробег сокращается почти в 2 раза, если сравнивать с крейсерскими условиями.

Стиль вождения

Манера езды или стиль вождения водителя существенно влияет на величину запаса хода электромобиля. Частые и интенсивные ускорения приводят к повышенному расходу электроэнергии. В свою очередь, плавное и предусмотрительное управление позволяет оптимизировать энергопотребление, в том числе и благодаря инерции. Поддержание постоянной скорости также является более экономичным, чем частые и резкие ускорения или замедления.

Езда на высоких скоростях лишь увеличивает сопротивление качению и сопротивление воздуха, давая прирост расхода энергии. В общей сложности плавный стиль вождения в среднем скоростном диапазоне и отказ от резких разгонов может обеспечить 15–25% экономии заряда батареи и прибавки к запасу хода электромобиля.

Характер поездок

Рассчитывая, насколько хватает зарядки электрокара, важно учитывать, что разный характер эксплуатации — в городе, за городом или смешанный также оказывает влияние на величину запаса хода. Езда с частыми остановками на светофорах, многократными стартами и маневрами характеризуется повышенным расходом энергии. В этом случае пробег может сокращаться на 20–30%.

При движении по скоростной автомагистрали с относительно постоянным темпом обеспечивается оптимальное энергопотребление, что благоприятно сказывается на продлении запаса хода. Смешанный цикл, включающий городские и загородные поездки, по расходу энергии находится между этими двумя режимами. По нему обычно и указывается средний номинальный пробег.

   

Как правильно рассчитать запас хода электромобиля: рекомендации

Рассчитать сколько может проехать электрокар, довольно просто, если известны ключевые параметры вашей модели и условия ее эксплуатации (режим поездки). Алгоритм определения запаса хода такой:

• Берем данные по емкости и напряжению тяговых аккумуляторов, указанные в техдокументации. Например, 60 кВт*ч и 400В.
• Определяем потребление энергии электрокаром на 100 км пробега в конкретном цикле: городском, загородном или смешанном. Это значение берется также из техдокументации. При желании его можно определить и опытным путем в процессе тестовой поездки. Например, 18 кВт*ч/100км.
• Затем делим емкость аккумулятора в кВт*ч на средний расход энергии в кВт*ч на 100 км. В нашем случае, получится 60кВт*ч/18кВт*ч/100км = 333 км.
• Для объективности учитываем поправку на текущую температуру, рельеф и стиль вождения. Умножаем 333 км на полученный коэффициент, например, 0,85. В итоге будет 283 км реального пробега на данном электрокаре в конкретных условиях.

В любом случае, рассчитывая пробег, всегда нужно делать определенный резерв электричества, как минимум 15–20%. Такой подход позволит постоянно иметь небольшой запас энергии, чтобы после выработки расчетного объема добраться до ближайшего общественного терминала или другого источника напряжения.

Как обеспечить максимальный пробег электрокара: рекомендации

Если желаете обеспечить максимально возможный запас хода электромобиля, при покупке выбирайте модель с батареей большей емкости (кВт*ч). Чем выше этот параметр при прочих одинаковых условиях, тем больше запас хода. Также лучше отдавать предпочтение сборкам, которые укомплектованы более экономичными и оптимизированными электромоторами. Благодаря высокой эффективности (КПД), они более рационально расходуют бортовой запас энергии.

Для увеличения пробега электромобиля на одной зарядке в процессе повседневной эксплуатации придерживайтесь следующих правил:

• Соблюдайте умеренный скоростной режим 60–90 км/ч. Помните, резкий разгон, как и высокий темп передвижения, значительно увеличивает расход электроэнергии.
• Избегайте частых интенсивных ускорений и резких торможений. Это перерасход тока и дополнительная нагрузка на двигатель и трансмиссию. Лучше ехать плавно, предугадывая дорожную обстановку.
• По возможности используйте режим рекуперативного торможения. Таким образом, часть энергии будет возвращаться в аккумулятор при замедлении.
• Раз в месяц проводите полную зарядку батареи от 0 до 100%. Такая процедура будет положительно сказываться как на емкости, так и ресурсе батареи.
• Не используйте без крайней необходимости салонный отопитель во время движения. Работа кондиционера сильно увеличивает расход электротока.
• Перед поездками старайтесь прогревать или охлаждать салон электромобиля при подключении к зарядной станции или в другом режиме, не требующем расхода заряда тяговой батареи.

Придерживаясь несложных правил, перечисленных выше, можно сэкономить до 15–20% расчетной дальности поездки. Полезно также постоянно анализировать статистику и контролировать средний расход энергии в различных условиях.

Как выбрать электромобиль с оптимальным запасом хода

Лучший способ выгодно купить электромобиль с оптимальным запасом хода — обращение к профессионалам. В каталоге «НЕО КАРС» большой выбор электрокаров и гибридов премиальных производителей, которые реализуются с гарантией. В нашем автосалоне вы можете купить Zeekr 001, Byd Yangwang U8, Lixiang L8, Lotus Eletre, Dongfeng M-Hero 917, Li L9, и др. Персональный менеджер не только предложит машину для конкретных условий эксплуатации, но и предоставит рекомендации, как обеспечить максимально возможный запас хода электромобиля, а также как продлить срок службы тяговой батареи, других узлов и систем. Электрические автомобили становятся все более популярным выбором для многих автовладельцев. Однако, одним из основных факторов, вызывающих опасения при переходе на электрокары, является определенная ограниченность поездок на одном заряде по сравнению с традиционными сборками, укомплектованными двигателями внутреннего сгорания. Запас электромобиля в плане пройденного расстояния напрямую зависит от емкости аккумулятора, эффективности электромоторов и других потребителей. В то же время, на продолжительность поездок влияют не только технические характеристики конкретной модели, но и стиль вождения, условия движения, погодные условия и другие факторы.