Принцип работы электрокара на примере Tesla Model: основные особенности конструкции EV-автомобилей

В продаже появились экологически чистые автомобили, но наших пользователей и соотечественников технология привлекает возможностью отказаться от дорогостоящего бензина. Насколько это реально и возможно сделать? Существует много мифов об электрокарах, еще их называют EV-автомобилями. Прежде всего, что они отличаются высокой стоимостью.

Да, это удовольствие недоступно для среднестатистического украинца, бюджетная модель Tesla Model 3 2019 года стоит 35 тыс. долларов. Еще один недостаток связан с ограниченным пробегом автомобиля на одной зарядке и все-таки недостаточной сети зарядных станций.

Нужно сказать, что проблема стоимости и длительности пробега решаема. Например, электрический Nissan Leaf стоит 15500 $ при максимально доступной скорости 160 км/ч. Запас хода составляет 180 км/ч. То есть для того, чтобы доехать из Киева до Одессы, потребуется три заправки. У Tesla Model 3 этот показатель немного лучше, примерно в два раза, но и стоимость автомобиля выше.

Так что электрокар вполне заслуживает внимания, а технология уже настолько развита, что автомобили могут приобретаться обычными покупателями. Это подразумевает, что машина не будет постоянно выходить из строя или требовать дорогостоящей технической поддержки. Тем не менее, стоит разобраться, какой принцип работы электрокара и как работает электромобиль.

В нашей статье «Как работает автомобиль» мы разбирали этот вопрос для транспортных средств с обычной конструкцией. Сейчас отметим, что отличает и как работает уже электромобиль.

Конструкция электрокара Tesla Model

Совсем недавно электрокар Tesla Model вошел в тройку самых быстрых автомобилей мира, но это не все его достоинства. Это транспортное средство одно из первых стало поддерживать 5 уровень автономного вождения и переключаться в режим полного автопилота. В базовой версии предлагается только помощь в парковке, за расширенную версию автопилота придется доплатить еще 5 тыс. долларов. Нужно отметить, что после ряда аварий автопилоту все-таки доверяют не очень сильно. Но он существенно помогает, когда нужно отвлечься или внимание водителя снижено.

Конструкция электрокара Tesla Model включает:

• асинхронный двигатель инвертор с задней компоновкой;
• литий-ионный аккумулятор, размещенный на днище автомобиля;
• синхронизированную коробку передач.

Тут стоит затронуть вопрос, почему же электрокар назван все-таки Tesla, а не Маск. Это сделано, так как в основе использован асинхронный или, вернее, индукционный асинхронный двигатель, разработанный Николой Тесла. Он имеет две основные части статор и ротор. Ротор представляет собой токопроводящие стержни на короткозамкнутых пластинах. Статор состоит из металлических колец.

Трехфазный ток создает магнитное поле, формирующее магнитный крутящий момент и четырехполюсное магнитное поле, которое вращает статор. Таким образом, электрическая энергия преобразуется в механическую работу. Принцип в корне отличается от работы ДВС.

Особенности EV-двигателя электрокара

По своим особенностям индукционный двигатель несколько слабее ДВС, что создает некоторые сложности при достижении скоростных показателей. Тем не менее, этот вопрос решается с помощью частоты переменного тока. Изменения частоты вращения можно добиться, меняя частоту тока на входе. Именно по этому принципу работает трансмиссия, которая может обеспечить улучшенную маневренность транспортного средства по сравнению с автомобилями на ДВС. За эти функции в электрокарах отвечает частотно-регулируемый привод. Скорость двигателя может изменяться от 0 до 18 тыс. оборотов в минуту.э

Слабее, но больше мощности и баланса

Трансмиссия является необходимой частью конструкции автомобиля с ДВС, так как обеспечивается работа в ограниченном диапазоне скоростей. Именно они конструкционно сопоставлены с многоступенчатой организацией трансмиссии. Индукционный двигатель EV-автомобиля наоборот может работать в любом диапазоне скоростей. Коробка передач электрокарам просто не требуется. И сам принцип организации трансмиссии в EV изменен.

Основная особенность индукционного асинхронного двигателя состоит в его исключительной надежности. Эти агрегаты более устойчивы к эксплуатационному износу и практически не выходят из строя. Но преимущества не только в этом. В ДВС конструкционно заложены проблемы балансировки мощности, она всегда неравномерна. Это связано с принципом преобразования нелинейного вращательного в линейное движение ротора.

В ДВС проблема балансировки мощности компенсируется дополнительными узлами. В индукционном двигателе можно обеспечить равномерную мощность без дополнительных затрат веса, который критичен для целей снижения потребляемой энергии. Это, в общей сложности, отражается на физических характеристиках, например.

Сравнение двигателей EV и ДВС с одинаковыми характеристиками мощности:

• EV-двигатель имеет вес 31,8 кг и мощность 270 кВт, что составляет 8,5 кВт/кг;
• ДВС-двигатель весит 180 кг и имеет мощность 140 кВт, что составляет 0,8 кВт/кг.

Иными словами, в перерасчете EV-двигатель оказывается стабильнее и выгоднее ДВС не только в отношении топлива. Нужно отметить, что с повышением актуальности электрокаров стоимость электроэнергии будет расти. Так что доступность электричества нельзя включать в список выгод EV-платформ для потребителей.

Аккумулятор электрокара

Для подачи постоянного тока на двигатель он должен быть преобразован в переменный, или DC Pover нужно перевести в AC Power. Для этих целей электрокар использует инвертер, который преобразует и управляет частотой тока. Соответственно, изменяет и скорость. Изменять выходную мощность можно через амплитуду тока. В результате инвертер выполняет очень важную работу, регулирует скорость автомобиля, что в классическом автомобиле делает система рулевого управления и трансмиссия.

Аккумуляторная батарея у электрокара Tesla Model очень проста, она представляет собой набор обычных батареек. Именно ими мы пользуемся в быту. Элементы объединены в блоки, а те подключены параллельно. Аккумуляторам требуется гликолевый хладагент, система охлаждения является проприетарной разработкой Илона Маска и представляет собой пластины между элементами. Использование множества мелких аккумуляторов позволяет обеспечить более равномерную температуру и своевременное охлаждение батареи. Такое решение помогает избежать перегрева и увеличить срок службы аккумуляторов. Аккумуляторная батарея Tesla Model объединяет 16 блоков и 7000 аккумуляторов.

Гликоль в аккумуляторах охлаждается радиатором в передней части автомобиля (радиаторная решетка). В процессе движения автомобиля тепло уходит естественным образом, как при работе вентилятора.

Низкая установка батареи дает возможность снизить центр тяжести и улучшить прижимную силу автомобиля. Аккумуляторная батарея играет еще роль несущего элемента кузова и обеспечивает структурную жесткость платформе.

Трансмиссия

Отсутствие коробки передач в электрокарах не подразумевает полное отсутствие трансмиссии. В Tesla Model используется простая односкоростная коробка передач, вернее это простой редуктор. Такое решение возможно за счет доступного диапазона мощности. Передача работы с двигателя на трансмиссию происходит с помощью дополнительного вала. При снижении мощности повышается крутящий момент, в этом процессе участвует дифференциал. Причем используется простой свободный дифференциал, это сделано для того, чтобы передавать повышенный крутящий момент.

Классическая проблема недостаточного тягового усилия на свободном дифференциале решается с помощью торможения и селективного отключения источника тока. В ДВС такое невозможно из-за задержки, электродвигатель очень оперативно реагирует на подобные изменения. Конструкция задней трансмиссии, как видно, очень проста, при этом надежна. В результате обеспечивается эффективный и своевременный контроль тяги.

Конструкционные характеристики дополняются контролем с помощью датчиков и электронным управлением. Tesla эффективную и легко регулируемую механическую систему дополняет высокочувствительным программно-аппаратным обеспечением, отслеживая параметры двигателя.

Автономия, автономия и еще раз автономия

Простота конструкции дает больше возможностей по внедрению автономного вождения. Такой подход, в целом, помогает экономить кинетическую энергию и сделать расход электрозаряда меньшим. Что, соответственно, увеличивает запас хода транспортного средства на одной зарядке.

Кроме более эффективного решения и экономии на мощности в Tesla Model установлена система рекуперации энергии при торможении. В момент остановки автомобиля двигатель работает как электрогенератор и подзаряжает аккумуляторы. Впрочем, такая система не является проприетарным ноу-хау, она имеется в продаже у Magneti Marelli и используется в гиперкарах Koenigsegg.

Управление одной педалью

При такой организации управлять транспортным средством можно только нажатием одной педали. Педаль тормоза в Tesla Model используется только для полной остановки. Такой автомобиль оказывается намного более безопасным, чем машина с ДВС. В передней части, в традиционном моторном отсеке, остается много места для хранения вещей.

Итак, выделим достоинства электрокаров:

• высокая мощность;
• улучшенные параметры безопасности;
• бесшумность;
• отличная маневренность;
• отсутствие негативного влияния на природную среду.

Недостатки:

• время подзарядки 1 час. Чтобы доехать из Киева до Одессы потребуется одна подзарядка, а время в дороге увеличится на 1 час.
• довольно дорого стоит.
• имеет небольшой запас хода.

Тем не менее, простая и экономичная конструкция ставит Tesla Model и другие электрокары на первые позиции среди топовых автомобилей современности.

Если вы захотите попробовать собрать себе собственный аналог Tesla Model, за запчастями и консультацией обращайтесь в «Элит-авто». Мы всегда подберем самое выгодное решение.