Какой мощности двигатель у электромобиля
Перейти к содержимому

Какой мощности двигатель у электромобиля

  • автор:

Мощность электромобиля

Мощность электромобиля

При рассмотрении характеристик экологичного транспорта многих покупателей интересует мощность электромобиля. Однако, в отличие от традиционных машин, у «электричек» есть свои нюансы в плане определения и измерения этого параметра. Сразу может быть указано два значения: максимальное (пиковое) и 30-минутное. Так, например для электромобиля Zeekr 001 эти показатели составляют, соответственно 544 и 218 л.с. Почему так происходит?

В этой статье на примере китайских моделей электрокаров разберемся в этом вопросе более детально. Узнаем, как перевести киловатты в лошадиные силы, что означают эти показатели и какой из них более важен. Рассмотрим, какие факторы влияют на реальную мощность электрического автомобиля в процессе эксплуатации. Такая информация поможет определиться с заявленными характеристиками предлагаемых моделей, чтобы сделать правильный выбор при покупке.

30 минутная мощность электромобиля

Мощность и крутящий момент — в чем разница?

Мощность и крутящий момент — два ключевых параметра, которые характеризуют возможности любого автомобиля. Давайте разберемся, что они означают.

  • Мощность — это мера того, насколько быстро двигатель может выполнять работу, и измеряется в лошадиных силах (л.с.) или киловаттах (кВт). Она представляет собой произведение крутящего момента на скорость вращения коленвала и важна для определения максимальной скорости автомобиля и его способности ускоряться на высоких скоростях. Автомобили с высокой мощностью лучше подходят для быстрого ускорения и поддержания высокой скорости.
  • Крутящий момент отвечает за начальное ускорение и способность автомобиля преодолевать сопротивление. Измеряется в ньютон-метрах, чем больше эта характеристика, тем легче машина преодолевает подъемы и передает большую отдачу на колеса при низких оборотах двигателя.

Эти два параметра взаимосвязаны. При увеличении крутящего момента при той же скорости вращения увеличивается и мощность. Однако автомобили с одинаковой производительностью могут иметь разный крутящий момент и наоборот, что определяется характеристиками двигателя и трансмиссии.

Мощность электрического автомобиля — почему возникает путаница с определением?

При покупке часто возникает вопрос, какая мощность электромобиля является реальной. Ведь, в технических характеристиках указывается сразу два значения: максимальное и так называемое 30-минутное. Первое число, как правило, существенно выше второго.

Однако, на деле максимальная мощность электрокара является лишь кратковременной величиной, которую электродвигатель может выдать на непродолжительный промежуток. В то же время, 30-минутный показатель демонстрирует, какой уровень производительности способен поддерживать электромотор длительное время, не менее получаса. Это более скромное, но реальное значение. Для покупателя электромобиля или гибрида в России этот параметр важен не только для понимания реальных возможностей автомобиля. Именно 30-минутная максимальная мощность, установленная по итогам испытаний на стенде в лаборатории по рекомендованной производителем методике, указывается в ЭПТС электромобиля или гибрида и именно по ней рассчитывается транспортный налог (в некоторых регионах нашей страны он распространяется и на электротранспорт).

Мощность электрического автомобиля

Сравнение максимальной и 30-минутной мощности электромобиля

Разница между двумя показателями зачастую разительная. 30-минутная мощность электроавтомобиля еще называется номинальной и демонстрирует реальный потенциал. У большинства электромобилей наблюдается существенный разрыв между максимальной (пиковой) и длительной производительностью. Причем, первая цифра может быть завышена в рекламных целях или демонстрировать предельные возможности мотора в экстремальных режимах. В свою очередь, 30-минутный показатель, как правило, скромнее. Он демонстрирует, какой уровень мощности способен выдавать электрокар продолжительное время, не менее получаса. Это более реалистичная характеристика, позволяющая оценить динамические качества машины.

В среднем по рынку соотношение между двумя показателями составляет 60–75%. То есть, 30-минутная мощность электромобиля на 25–40% меньше заявленного максимума. Этот разрыв важно учитывать покупателям, ориентируясь в большей степени на второе значение.

Двигатель электромобиля — устройство, типы

Двигатель электромобиля — устройство, типы

Синхронный, асинхронный, на постоянных магнитах, индукционный, с обмоткой возбуждения, однофазный, трехфазный, шаговый, коллекторный, бесщеточный. Все это — различные типы электромоторов. Объясняем, как устроен двигатель электромобиля.

Начнем с небольшого экскурса в историю:

  • 1821: британский ученый Майкл Фарадей публикует трактат «О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма», в котором описано непрерывное вращение намагниченной стрелки вокруг одного из магнитных полюсов;
  • 1831: Фарадей открывает электромагнитную индукцию — возникновение электрического тока в замкнутом контуре при изменении проходящего через него магнитного потока;
  • 1825: британец Уильям Стерджен изготавливает первый электромагнит;
  • 1833: Стерджен демонстрирует в Лондоне первый реально работающий электродвигатель на постоянном токе;
  • 1834: русский и немецкий физик Мориц Якоби изобретает электродвигатель с вращающимся рабочим валом;
  • 1839: Якоби успешно испытывает на Неве моторную лодку с электромотором;
  • 1885: итальянец Галилео Феррарис изобретает первый двухфазный асинхронный электродвигатель;
  • 1887: Никола Тесла независимо от Феррариса изобретает и патентует двухфазный асинхронный электродвигатель с явно выраженными полюсами статора (сосредоточенными обмотками);
  • 1889-1891: россиянин Михаил Осипович Доливо-Добровольский, прочитав доклад Феррариса о вращающемся магнитном поле, усовершенствовал двигатель Теслы с помощью ротора в виде «беличьей клетки». В отличие от Теслы, Доливо-Добровольский считал оптимальной трех-, а не двухфазную передачу электроэнергии. И в итоге именно она нашла широкое применение в промышленности.

Двигатель электрокара — принцип работы

Электродвигатель состоит из подвижной (ротор) и неподвижной (статор) частей. Когда на мотор подается напряжение, ротор начинает вращаться внутри статора. Это происходит под действием магнитного поля, возникающего вокруг ротора. Для создания магнитного поля в современных электродвигателях используются постоянные магниты из редкоземельных материалов, катушки индуктивности или электромагниты. Внутри любого электромотора можно увидеть обмотку из медной проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эта так называемая обмотка возбуждения и есть электромагнит.

Для того, чтобы вращение ротора не прекращалось, необходимо с постоянной частотой менять направленность электромагнитного поля. В зависимости от того, каким способом это достигается, выделяют разные виды электрических двигателей.

Устройство электродвигателя Volkswagen

Устройство электродвигателя Volkswagen MEB APP550

Двигатель постоянного тока для электромобиля

Принцип работы — смена направления тока, проходящего через ротор. За это отвечает так называемый щеточно-коллекторный узел — токопроводящее кольцо на валу двигателя. Кольцо все время трется о контакты (щетки), весь узел постепенно изнашивается под действием силы трения, поэтому ресурс такого двигателя ограничен.

Электромотор переменного тока

Принцип работы — вращение электромагнитного поля. Достигается благодаря подаче переменного трехфазного тока (либо однофазного с использованием конденсатора, обеспечивающего подачу реактивной нагрузки) на статорные обмотки. Генерируемые обмотками магнитные потоки в совокупности образуют вращающееся магнитное поле.

Таким образом, ключевое отличие электродвигателя постоянного тока от электродвигателя переменного тока в том, что у первого напряжение подается на ротор, а у второго — на статор. В электромобилях используются трехфазные двигатели переменного тока.

Устройство двигателя электромобиля

Электродвигатель электромобиля является частью блока электропривода (EDU), расположенного на передней и/или задней оси в зависимости от типа привода (моно- или полного). Каждый блок оснащен также коробкой передач, в роли которой выступает обычно планетарный редуктор, и дифференциалом, непосредственно связанным с электродвигателем.

Электромотор подсоединяется к инвертору. Это устройство, которое преобразует постоянный ток батареи электромобиля в переменный ток для электромотора и наоборот (в режиме рекуперации). Инвертор также управляет работой электродвигателя в ответ на входные сигналы педалей ускорения и тормоза, регулируя трехфазный переменный ток, который подается на обмотки статора. Помимо этого инвертор меняет фазы для изменения направления вращения ротора при необходимости движения задним ходом.

Для эффективной работы электродвигателя и даже просто для того, чтобы электродвигатель не останавливался, необходимо очень точное управление синхронизацией вращения ротора и магнитного поля статора. В зависимости от того, как осуществляется синхронизация, выделяются синхронные и асинхронные (они же — индукционные) электродвигатели.

Типы двигателей электромобилей

Асинхронные и синхронные электродвигатели

Разница между в ними в том, что у синхронного двигателя ротор и магнитное поле вращаются синхронно, с одинаковой частотой, а у асинхронного магнитное поле обгоняет ротор. Почти все современные электромобили используют синхронные двигатели на постоянных магнитах. Электромоторы асинхронного типа можно найти на электромобилях Tesla. Иногда в одном автомобиле сочетаются электродвигатели двух типов, как, например, у Audi Q4 e-tron или Nio ET5.

Двигатель с осевым магнитным потоком

Двигатель с осевым магнитным потоком (англ. — axial flux motor) — перспективная разновидность синхронного электродвигателя на постоянных магнитах. Из-за плоской и круглой формы его еще в шутку называют двигатель-блинчик (pancake engine). У такого мотора ротор не вставлен в статор, а наложен на него. Магнитное поле в аксиальном двигателе параллельно оси вращения ротора, а не перпендикулярно, как у традиционного (радиального) двигателя.

Объем двигателя электромобиля

Двигатель с осевым магнитным потоком

Преимущества аксиального мотора — малые размеры и масса в сочетании с высоким крутящим моментом. Соотношение массы самого двигателя и крутящего момента с осевым магнитным потоком в четыре раза лучше, чем у радиального. Сочетание небольших массы и размеров с высокой производительностью делает аксиальные электромоторы особенно подходящими для электрических суперкаров.

Аксиальными электродвигателями сейчас заинтересованы в Mercedes-Benz Group. Концерн недавно приобрел британскую компанию YASA Limited, известную своими разработками в области двигателей с осевым потоком, и использовал ее аксиальные моторы на концепт-каре Vision One-Eleven.

Шведский производитель гиперкаров Koeniggsegg пошел еще дальше и совместил преимущества аксиального и радиального двигателей в «раксиальном» агрегате Quark. Этот электромотор сделан из аэрокосмических сталей и углеволокна и весит менее 30 кг, при этом развивает 340 л.с. и 600 Нм крутящего момента. Сочетание двух таких двигателей дает уже 680 л.с. Они объединены в единый компактный узел с инвертором David (тоже собственной разработки Koeniggsegg). В конце 2024 года шведская компания планирует начать производство гиперкара Gemera с гибридной силовой установкой, собранной из еще более мощного «раксиального» электромотора Dark Matter и бензинового V8 совокупной отдачей 2300 л.с.

Какой двигатель в электромобиле

«Раксиальный» электродвигатель Koeniggsegg Quark с редуктором и инвертором

Примеры электромоторов разных типов на серийных электромобилях и гибридах:

Сравнительное устройство аксиального и радиального электродвигателей

  • Гибридный внедорожник BYD Yangwang U8, электрическая (BEV) версия внедорожника Mengshi M-Hero 917 — четыре синхронных двигателя на постоянных магнитах;
  • Электролифтбек Zeekr 001 — два или четыре (топовый Zeekr 001 FR) синхронных мотора на постоянных магнитах;
  • Электрокроссовер Jaguar I-Pace — два синхронных двигателя на постоянных магнитах;
  • Гибридные кроссоверы Lixiang L9, L8, Li L7 — два синхронных двигателя на постоянных магнитах;
  • Электроседан Nio ET5 — cинхронный спереди, асинхронный сзади;
  • Электрокроссовер Renault Megane E-Tech EV40 — cинхронный двигатель с обмоткой возбуждения;
  • Электрокроссовер Audi Q4 e-tron — асинхронный двигатель спереди, синхронный сзади;
  • Электролифтбек Tesla Model S — трехфазный асинхронный двигатель индукционного типа;
  • Гибридный гиперкар Koeniggsegg Gemera — аксиальный двигатель;
  • Концептуальный электровнедорожник Jeep Wrangler Magneto — аксиальный двигатель.

Сравнительное устройство аксиального (слева) и радиального (справа) электродвигателей

Как работает двигатель электромобиля

Крутящий момент электродвигателя создается, когда магнитное поле ротора отстает от вращающегося магнитного поля статора. Постоянные магниты ротора пытаются «догнать» поле статора и тем самым приводят ротор (а значит и электромобиль) в движение. Когда электрокар едет накатом или тормозит, электродвигатель превращается в генератор. Магнитное поле ротора проходит через обмотки статора, индуцируя электричество. Так работает рекуперация — преобразование кинетической энергии от вращения колес в электрическую для восполнения заряда батареи электромобиля.

Преимущества электрического двигателя

По ряду характеристик двигатель электромобиля существенно опережает ДВС.

  • обладает высоким КПД;
  • позволяет ездить, не пользуясь тормозами;
  • обеспечивает стабильно высокий крутящий момент;
  • занимает мало места и мало весит;
  • удобен в плане проектирования и дизайна;
  • работает без шума и вибрации;
  • обладает большим ресурсом и не нуждается в частом обслуживании;
  • не так опасен при аварии.

Поговорим о преимуществах электродвигателя подробнее.

Эффективность

Коэффициент полезного действия электрического двигателя гораздо выше, чем у ДВС. Электромотор конвертирует в движение 80–90% энергии, в то время как самые энергоэффективные бензиновые или дизельные моторы – максимум 30–40%. Остальное рассеивается в виде тепла. При этом электродвигатель позволяет компенсировать часть потраченной энергии за счет рекуперации — при движении накатом или в процессе торможения кинетическая энергия от вращения колес преобразуется в электрическую энергию, которая восполняет заряд батареи электромобиля.

Возможность езды «в одну педаль»

Помимо подзарядки, рекуперация позволяет ездить на электромобиле «в одну педаль» — при отпускании педали газа обратный электромагнитный импульс противодействует вращению ротора электромотора и автомобиль замедляется даже без нажатия педали тормоза. Это удобно в условиях плотного городского трафика и продлевает срок службы тормозных колодок.

Динамика

Электромотор работает на более высоких оборотах, чем бензиновый или дизельный двигатель (16000–25000 об/мин). При этом у электрического постоянно высокий крутящий момент, который доступен сразу же. Это обеспечивает мгновенный отклик на нажатие педали акселератора и быстрый разгон. Поэтому обычные городские электромобили разгоняются также быстро, как дорогие и мощные спорткары с ДВС — в пределах 4–5 секунд от 0 до 100 км/ч. Постоянно высокий крутящий момент также полезен в условиях бездорожья — и на электрокаре, в отличие от машины с ДВС, не нужна понижающая передача для усиления тяги.

Калькулятор параметров электромобиля

Итак, выполняя намеченные планы, мы можем продолжить тестирование предварительной версии калькулятора электромобилей. Часть возможностей можно применять для расчета параметров автомобиля. На данный момент вы сможете потестировать предварительную версию калькулятора. Для получения возможности проводить вычисления в вашем браузере должна быть включена поддержка JavaScript. При введении дробных величин используйте дробную точку как разделитель.

  • 12.12.12 — уточнен расчет пиковой мощности электродвигателя
  • 21.04.17 — добавлены электромоторы Golden Motor

Калькулятор параметров электромобиля v0.81

Параметры шасси для расчетов Полная масса автомобиля с нагрузкой, m (кг) Коэффициент сопротивления воздуха для кузова шасси, C x (Н*с 2 /м 4 ) Лобовая площадь кузова шасси, S (м 2 ) Радиус ведущего колеса, r (м) Передаточное число коробки передач, u кп Передаточное число главной передачи, u гп Коэффициент трения качения, ƒ Угол уклона дороги, α (°) Требуемая скорость, ν (км/ч) Время разгона до скорости ν, t (сек) Рассчитать параметры двигателя Параметры двигателя Частота вращения вала двигателя, n (об/мин) Номинальный крутящий момент, Н*м Пиковый крутящий момент, Н*м Номинальная мощность, Вт Пиковая мощность, Вт Перевод л.с. в КВт Л.с. ↓Перевести л.с. в КВт ↑Перевести КВт в л.с. КВт Расчет крутящего момента электродвигателя Мощность (Вт) Частота вращения (об/мин) Рассчитать крутящий момент Крутящий момент (Н*м)
Подбор реального электромотора(ов) Количество (шт.) Подсказка о подходящих конфигурациях движка Параметры контроллера электродвигателя КПД (%) Подбор аккумулятора для батареи Номинальное напряжение, U (В) Емкость при 20 часовом разряде, C (А*ч) Внутреннее сопротивление, r (Ом) Экспонента Пекерта Емкость Пекерта Глубина разряда DoD, φ (%) Количество рабочих циклов Масса (кг) Стоимость (USD) Пересчитать

Copyright © Дмитрий Спицын, 2007-2017.

  • просмотров: 351770

калькулятор электромобилей

Опубликовано Гость в пн, 27/09/2010 — 13:18.

Подставил приус и результаты расчёта мощности при 96 км/ч не совпали с вот этим: http://www.hybrids.ru/GrahamPriusFiles/FramePage5.htm

Точность моделирования в калькуляторе электромобилей

Опубликовано dasp в пн, 27/09/2010 — 15:06.

Гость, ставить ссылку, хоть и по теме, в такой манере совсем не вежливо — ваш комментарий больше похож на спам.

Точность расчетов калькулятора электромобилей неоднократно проверялась на реальных электромобилях — калькулятор дает достаточно близкие к реальности цифры. По вашей ссылке нет реальных цифр, которые можно подставить в калькулятор.

Большинство несовпадений в расчетах возникают из-за неправильно введенных исходных данных — приведите свои исходные данные и тот результат, который должен быть — попробуем разобраться, в чем заключается ваша ошибка при использовании калькулятора.

калькулятор выдает неверный расчет

Опубликовано Любитель в чт, 06/12/2012 — 16:20.

например для NissanLeaf который весит 1600 кг, и с водителем и пассажиром разгоняется до 100 за 9.5 сек, калькулятор рассчитывает необходимую мощность в 3-и раза превышающую имеющуюся, т.е. у Leaf двигатель и контроллер имеют пиковую мощность 60 КВТ, а ваш калькулятор выдает необходимую 180 КВТ — ровно в 3-и раза больше )))

Re: калькулятор выдает неверный расчет

Опубликовано dasp в сб, 08/12/2012 — 21:01.

Вы неправильно вводите передаточное число трансмиссии — естественно из-за этого расчет будет неверным.

Вы уже далеко не в первой десятке опровергателей точности расчетов — корректно введенные данные калькулятор обсчитывает корректно.

ой не делайте мне смешно, как говорят у нас в Одессе )))

Опубликовано Любитель в вс, 09/12/2012 — 08:41.

как передаточное число может влиять на соотношение мощности и ускорения ))) хоть 1:10 хоть 10:1 ставь меняется не необходимая мощность, а необходимый крутящий момент — а это разные разницы )) вы видимо с физикой не совсем еще знакомы ))

я вам чисто теоретически обосновать могу ))

Опубликовано Любитель в вс, 09/12/2012 — 09:35.

a=(100км/час) 27,7 м/c/9.5=2.92 m/ss
F=1600кг*2.92м/сс=4672н,
S=(2.92*9.5*9.5)/2=131.77m,
A=131.77*4672=615,63 Кдж,
N=615.63/9.5=64.8 КВТ ))))

Ваш калькулятор выдает в любых комбинациях ~180 КВТ ))), т.е. следуя вашей логике, и вашему калькулятору теоретически необходимая мощность в ~60 КВТ является лишь третью от фактически необходимой, а ~120КВТ (65%) теряется где-то на просторах вселенной ))) только в гаражах на коленке, когда сваривают старый самовар такие допуски прокатывают ))) пересматривайте ваши расчеты — калькулятор неверный.

Re: я вам чисто теоретически обосновать могу ))

Опубликовано dasp в пн, 10/12/2012 — 10:46.

Ваш расчет неверен, поскольку выдает среднюю мощность, развиваемую электродвигателем в момент разгона. Функция мощности по времени не линейна. Нужно решить дифференциальное уравнение, чтобы получить правильный ответ — ваши формулы туфта для этого случая.

Прочитайте теоретический базис калькулятора электромобилей и опять сходите в школу, чтобы обновить знания физики и алгебры.

Опять очередной троль на мой калькулятор — калькулятор считает верно, нечего множить пустые комментарии.

Nissan Leaf ТТХ: Снаряженная масса 1521кг Передаточное число трансмиссии 7.94 Номинальная мощность электродвигателя 80КВт. Крутящий момент 280Н*м. Радиус колеса 32см. Разгон до 97км/ч за 9.9 сек.

Для скорости 97км/ч, передаточного числа трансмиссии 7.94 и радиуса колеса 32см требуется частота вращения электромотора 6585об/мин.

Калькулятор считает пиковый крутящий момент в 272Н*м, что идентично заявленным производителем параметрам.

Пиковая мощность у электродвигателя Nissan Leaf должен быть 187КВт, на мощности 80КВт двигатель никак не может дать крутящего момента в 280Н*м при 6585об/мин.

Смешно читать

Опубликовано Любитель в вт, 11/12/2012 — 15:37.

Так как вы даже не знакомы с Leaf, 1-я версия продаваемая в США в 2010 имела двигатель мощностью 60 КВТ и контроллер той же мощности, поэтому никакую "пиковую" и "кратковременно" он выдать не мог, тупо энергии бы для этого не хватило, тем более там стоит ограничитель пиковой нагрузки для предохранения контроллера и батарей, он и не давал развивать более 60 квт, однако при заявленных паспортных 10 секундах, до 100-и он реально разгоняется за 9.5 секунд ))) при 60 квт, реально можно посмотреть на панели напряжение и ток. так что не гоните чушь про дифференциальные уравнения в которых у вас теряется 2-е средних мощности необходимых для ускорения ))) я уже молчу о том, что радиус колеса R16 — не 32, а 40.64 см., обороты при 100 км/час =5200 -1мин, и момент у двигателя на 5200 отнюдь не 280нм, а гораздо (в 2-а раза) меньше макс.кр.момент достигается при 0~2730 об-1мин ))), зависимость нелинейная, поэтому и разгон тухнет при повышении оборотов )))
2-я версия модифицирована и получила новый двигатель 80КВТ, контроллер, но разгон даже ухудшился до 11.9 сек при том, что средний заявленный пробег увеличился с 160км на 1-й версии, до 220 на 2-й, причем именно из-за ограниченя максимального тока разряда контроллером ))

Re: Смешно читать

Опубликовано dasp в ср, 12/12/2012 — 14:43.

Понял вашу логику. Изменил алгоритм расчета пиковой мощности, прошлый правильно высчитывал пиковый крутящий момент, но подставлял данные частоты вращения электродвигателя не в момент достижения этого пикового крутящего момента, а для достижения указанной скорости.

Спасибо за критику.

извините я неправильно указал мощность двигателя

Опубликовано Любитель в пт, 14/12/2012 — 07:09.

у nissan leaf электродвигатель и у 1-й и у 2-й версии был 80 квт, у 2-й версии двигатель новый, но инновации в небольших технологических доработках, мощность у него такая же

Спасибо вам за конструктивный диалог,

Опубликовано Любитель в пн, 17/12/2012 — 07:19.

Истина родилась в споре, однако расстраивает то, что с 2010 года никто из российских самодельщиков не заметил этого

тажке выглядят расчеты для троллейбуса

Опубликовано Любитель в чт, 06/12/2012 — 16:28.

тролейбус ПТ-6231, макс масса 18 тонн, разгон до 60 км/час за 15 сек, мощность электродвигателя 180 КВТ, ваш калькулятор выдает необходимую мощность в 460 КВТ, так же гораздо большую чем в реальности ))

Re: тажке выглядят расчеты для троллейбуса

Опубликовано dasp в пн, 10/12/2012 — 11:39.

ТТХ: ПТ-6231: Электродвигатель ТАД-3 номинальной мощностью 180 кВт и регулируемой частотой вращения 0-4000об/мин.

Где вы видите в ТТХ пиковую мощность? Обычно тяговые электродвигатели рассчинаны на кратковременные перегрузки в 2,5-3 раза выше номинальной мощности в течение до 1 минуты.

где вы видите пиковую ??

Опубликовано Любитель в вт, 11/12/2012 — 15:47.

не выдавайте желаемое за действительное, контроллер на 500КВТ в 3 раза дороже контроллера на 200 КВТ (и гораздо дороже самого электродвигателя :)) ), никто вам туда запас по перегрузке не будет закладывать ))), кроме того где вы видите в ТТХ — пиковую мощность если уж о том разговор зашел ))) я понимаю кто-то электромобиль сделал с двигателем от погрузчика на 3.6 КВТ с пиковой в 15 Квт, но найденный контроллер позволял, батарея тоже — он его и перегружал кратковременно, но не путайте кустаршину с точно рассчитанным серийным троллейбусом или лучшим электромобилем в мире (Leaf) )))

Двигатель электромобиля, гибридного авто

Электродвигатель

Электродвигатель (тяговый электромотор, двигатель на электротяге) – мотор, который устанавливается на электротранспорт и гибридные автомобили. У электромобилей электродвигатель – единственный двигатель. У гибридных автомобилей электродвигатель работает в тандеме с двигателем внутреннего сгорания. В зависимости от выбранного режима работы и схемы автомобиля включается электромотор, бензиновый двигатель или два двигателя одновременно.

По планам многих автоконцернов – именно за тяговым двигателем для электромобиля – будущее. Так известно, что в плане развития известного гиганта Bentley Motors значится, что к 2030-му году компания полностью трансформируется в производителя электроавтомобилей. На электродвигатели ставки также делают такие известные на весь мир компании, как Nissan, Volvo, Aston Martin.

Тенденции таковы, что в массовом производстве сейчас больше представлены легковые электромобили и городской электротранспорт (согласно планам, в ряде таких стран как, к примеру, Франция и Норвегия в 2025-2030-м гг. автобусы в городах будут полностью заменены на электротранспорт).

Но чувствуется интерес и к установке электромоторов на грузовой транспорт. Особенно электродвигатели интересны производителям городских развозных фургонов, терминальных тягачей и коммунальных грузовиков.

На весь мир уже хорошо известен седельный тягач капотного типа Tesla Semi, в коммунальном хозяйстве США активно не первый год используют мусоровозы PETERBILT на электротяге, в Евросоюзе возрастает интерес к седельному тягачу с электродвигателем Emoss Mobile Systems B.V. и Renault Trucks –развозному автомобилю для продуктов.

На постсоветском пространстве свой коммерческий электротранспорт пока только начинает появляться, но уже активно говорят про грузовик МАЗ-4381Е0 (на грузовике установлен асинхронный тяговый электродвигатель мощностью 70 кВт (95 л.с.), ориентированный на транспортировку грузов в черте города, и электрогрузовик Moskva опытно-конструкторского бюро Drive Electro (главное назначение — доставка товаров в магазины). Не за горами время, когда этот коммерческий транспорт с электромоторами будет активно востребован автопарками, логистическими центрами, предприятиями.

Также, безусловно, давно, как данность мы принимаем, что на электродвигателе работают трамваи, троллейбусы, погрузчики на складах и локомотивы. Трёхфазный асинхронный двигатель помогает двигаться на давно полюбившихся поездах «Ласточка» и «Сапсан».

Принцип работы

Принцип работы двигателя электромобиля основан на преобразовании электроэнергии в механическую энергию вращения. Главные участники преобразования энергии – статор и ротор.

Как работает традиционный электромотор?

Мотор.jpg

  1. Магнитное поле статора действует на обмотку ротора.
  2. Возникает вращающий момент.
  3. Ротор начинает двигаться.

Наглядная схема двигателя электромобиля в системе электропривода представлена ниже:

Схема.jpg

Важная особенность классического электрокара – отсутствие дифференциала, коробки передач, передаточных устройств с шестеренками. Энергия от электромотора поступает прямо на колеса.

Без коробки передач – и большинство «гибридов» с электродвигателем и ДВС. Исключение – «гибриды» с параллельной схемой передачи на колёса крутящего момента. К ней мы ещё вернёмся в этой статье в разделе, посвящённом гибридным автомобилям.

Принцип работы любого электродвигателя базируется на процессах взаимного притяжения и отталкивания полюсов магнитов на роторе и статоре. Движение осуществляется под действием самого магнитного поля и инерции.

Электрокар.jpg

Устройство

Как устроен двигатель электромобиля?

При описании принципа работы электродвигателя, уже было упомянуто, что главные компоненты двигателя электромобиля– ротор и статор.

  1. Ротор – это вращающийся компонент двигателя.
  2. Статор находится в неподвижном состоянии. Он ответственен за создание неподвижного магнитного поля.

Ротор

Классический ротор автомобиля состоит из сердечника, обмотки и вала. У некоторых электродвигателей в состав ротора также входит коллектор.

  • Сердечник – это металлический стержень, на периферии которого располагается обмотка. Непосредственно через сердечник происходит замыкание магнитной цепи электродвигателя. Сердечник изготавливается из стальных пластин круглой формы. По структуре похож на слоёный пирог. При производстве сердечников используют изолированные листы стали с присадками кремния. В этом случае обеспечены увеличение КПД электродвигателя, наименьшие удельные потери в металле на единицу массы, снижение величины размагничивающих вихревых токов Фуко, которые возникают из-за перемагничивания сердечника. На поверхности сердечника есть продольные пазы. Через них прокладывается обмотка.
  • Вал – металлический стержень, который непосредственно передаёт вращающий момент. Также изготавливается из электротехнической стали. Служит основой для насаживания сердечника. На концах вала есть резьба, выемки под шестерёнки, подшипники качения, шкивы.
  • Коллектор – блок, крепящийся на валу. Представляет собой систему медных пластин. Изолирован от вала. Служит выпрямителем переменного тока, переключателем-автоматом направления тока (в зависимости от вида электродвигателя).

Статор (индуктор)

Статор состоит из станины, сердечника и обмотки:

  • Станина статора – корпус статора. Как правило, корпус бывает алюминиевым или чугунным. Алюминиевые станины популярны у электродвигателей легковых авто, чугунные – у спецтехники, которая вынуждена работать в условиях высокой вибрации. Станина служит базой крепления основных и добавочных полюсов.
  • Сердечник статора – цилиндр из профилированных стальных листов. Фиксируется винтами внутри станины. Снабжён пазами для обмотки.
  • Обмотка. Создаёт магнитный поток. При пересечении проводников ротора наводит в них электродвижущую силу.

Виды

Электродвигатели классифицируют по типу питания привода, конструкции щеточно-коллекторного узла, количеству фаз для запитывания:

  • По типу питания привода. Устройства делятся на моторы переменного и постоянного тока. Двигатели постоянного тока способны обеспечить более точную и плавную регулировку оборотов, высокий КПД. Двигатели переменного тока выручают, когда важна высокая перегрузочная способность. Это удачный вариант для подъёмно-транспортных машин. Впрочем, существуют и универсальные моторы, которые функционируют от переменного и постоянного тока.
  • По конструкции щеточно-коллекторного узла. Выпускаются бесколлекторные и коллекторные моторы. Бесколлекторный мотор работает за счёт движения ротора с постоянным магнитом. У конструкции нет щеточно-коллекторного узла. Решение обеспечивает достойный крутящий момент, широкий диапазон скоростей и высокий КПД. Важные преимущества бесколлекторного мотора – надёжность, способность к самосинхронизации, возможность подпитываться при переменном напряжении. Ресурс бесколлекторного мотора ограничен исключительно ресурсом подшипников. У коллекторных моторов присутствует щелочно-коллекторный узел. Удобство решения связано с тем, что он может использоваться и в качестве переключателя тока в обмотках, и как извещатель положения ротора, нет необходимости в контролле. Проблема коллекторных моделей – в том, что они зависимы от постоянных магнитов, которые, как известно, со временем, к огромному сожалению, теряют свои свойства.
  • По количеству фаз для запитывания. В зависимости от того, как запитывается обмотка, электродвигатели бывают однофазными и трёхфазными. В автомобилестроении широкое распространение получили трёхфазные решения, это связано с рядом технических характеристик (мощность, перегрузочная способность, частота вращения на холостом ходу).

Асинхронные и синхронные двигатели

Синхронные моторы – двигатели переменного тока, у которых частота вращения ротора идентична частоте вращения магнитного поля (измерение производится в воздушном зазоре). В автомобилестроении синхронные моторы встретить можно нечасто (хотя в мире техники – это, в целом, очень популярное решение – особенно в климатотехнике, насосных системах).

Но есть производители авто, которые при производстве электрокаров предпочитают устанавливать на свои машины именно синхронные двигатели. Яркий пример – концерн Renault. Синхронными двигателями на электромагнитах он оснастил электрокар Renault Zoe. На электромагниты подаётся постоянный ток. Полярность магнитов ротора стабильна. Полярность магнитов статора при этом изменяется и обеспечивает бесперебойное вращение.

Преимущество синхронных двигателей на электромагнитах у авто – максимальная оптимизация рекуперации энергии торможения. И главный «конёк» авто с таким типом электродвигателя – полная безопасность при буксировке.

Гораздо более популярный вариант – асинхронные двигатели. Это двигатели переменного тока, у которых потенциал напряжения – магнитного поля не совпадает с частотой вращения ротора. Типичным 3-фазным асинхронным двигателем оснащены, например, хорошо известные автомобили Tesla S и Tesla Х.

Иногда асинхронные моторы называют индукционными, так как в роторе в соответствие с законом Ленца у них индуцируется электромагнитная сила.

Двигатель-колесо

Обособленно среди электромоторов стоит двигатель-колесо. Особенность двигателя- колеса – ориентир крутящего момента и силы напряжения на конкретное колесо.

Такие решения можно встретить в плагин-гибридных автомобилях («гибридах» с параллельной схемой, при описании устройства гибридных авто ниже по тексту мы остановимся на них подробнее). Работает двигатель-колесо в паре с ДВС.

У первых плагин-гибридных автомобилей с двигателем-колесом агрегат был монтирован в ступицу колеса, а работа осуществлялась исключительно в паре с внутренним зубчатым редуктором.

Некоторые же современные модели моторов, монтируемые внутри колёс, вполне могут работать без зубчатого редуктора. Это увеличивает управляемость, позволяет избежать увеличения удельного веса шасси, уменьшить риски, повышает КПД.

двигатель колесо.jpg

Преимущества и недостатки электродвигателей

Преимуществ у электродвигателей существенно больше, нежели недостатков. Более того, за счёт усовершенствования и конструктивных особенностей самих электроприводов, и инфраструктуры, связанной с зарядкой, многие вещи, которые вчера ещё казались критичными, сегодня теряют свою актуальность.

Преимущества

выбросы.jpg

  • Не требуется «раскачка». Крутящий момент достигает максимума непосредственно при включении. Именно по этой причине электрический двигатель электромобиля не требует наличия стартеров и сцеплений – неотъемлемых спутников ДВС.
  • Удобство. Для включения заднего хода (то есть коррекции со стороны вращения мотора) достаточно поменять полярность, сложная коробка передач не требуется.
  • Высокий КПД. У машин с электродвигателями он достигает 95 %.
  • Независимость. На любой отметке скорости достигается максимальный показатель крутящего момента.
  • У мотора – малый вес. Производители могут себе легко позволить создавать компактные автомобили.
  • Есть все возможности для рекуперации энергии торможения. Если у авто с ДВС кинетическая энергия просто уходит в колодки (и стирает их), то у электромобиля в режиме рекуперации мотор может функционировать как генератор. В режиме генерации электроэнергия просто трансформируется в другую форму и быстро накапливается в АКБ. Особенно решение эффективно для транспортных средств с длинным тормозным путем. На объём генерируемой и накопленной энергии существенно влияет маршрут (рельеф, в частности наличие холмистых участков на дороге и уклон дороги).
  • Снижение расходов на эксплуатацию машины. Зарядку можно производить от электросети. Это существенно дешевле, нежели использование дизеля, бензина. Выгода очевидна даже по сравнению с бензиновыми авто эконом-класса.
  • Малый уровень шума.
  • В большинстве случаев для мотора не требуется принудительное охлаждение.
  • Экологичность. Использование транспорта с электродвигателем снижает количество выхлопных газов в воздухе.

Недостатки

Долгое время считалось, что самый большой минус использования электродвигателя – его зависимость от аккумуляторов, которые быстро выходят из строя. Теперь это неактуально. Современные батареи электрокаров, представленных в массовом выпуске, гарантируют пробег автомобиля 150-200 тыс. км. Потерял актуальность и тот фактор, что машины с электродвигателем существенно уступают бензиновым по мощности. Электротяга современных электромоторов уже не уступает ДВС.

Поэтому недостатки электродвигателей сейчас правильно свести не к недостаткам конструкции, а к плохо развитой инфраструктуре для того, чтобы подзаряжать электромобили. Если в США, Скандинавии подзарядить электрокар легко, то до недавнего момента даже в Западной и Центральной Европе с инфраструктурой для подзарядки таких машин были проблемы.

В России, Беларуси, Украине, Казахстане, пока, увы, с инфраструктурой ситуация ещё хуже. Хотя, например, в России число заправок для электрокаров с 2018 по 2020 год возросло в 3 раза, но полотно покрытия площадками для зарядки очень неоднородное. В Москве – более плотное, в регионах – слабое. Даже разрыв с такими городами-гигантами как Санкт-Петербург и Челябинск — колоссальный.

Устройство электромобиля

Рассматривая электродвигатель, важно остановиться на устройстве электромобиля в целом, изучение электродвигателя не самого по себе, а как части системы электропривода, где электродвигатель – один из его базовых компонентов, его «сердце». Но «организм», функционирует только тогда, когда в порядке все другие «органы» – части электропривода:

  • Аккумуляторная батарея.
  • Бортовое зарядное устройство. Его функция – обеспечение возможности заряжать аккумуляторную батарею от бытовой электрической сети.
  • Трансмиссия. Распространены трансмиссия с одноступенчатым зубчатым редуктором (чаще всего встречающийся и наиболее простой вариант) и бесступенчатая трансмиссия с гидротрансформатором (для старта с места), плавно изменяющие отношение скоростей вращения и вращающих моментов мотора и ведущих колес транспортного средства во всём рабочем диапазоне скоростей и тяговых усилий.
  • Инвертор. Назначение инвертора – трансформирование высокого напряжения постоянного тока аккумулятора в трехфазное напряжение переменного тока.
  • Преобразователь постоянного тока. Функция – зарядка дополнительной батареи, которая используется для системы освещения, кондиционирования, аудиосистемы.
  • Электронная система управления (блок управления). Отвечает за управление функциями, связанными с энергосбережением, безопасностью комфортом. В её «подчинении» – оценка заряда АКБ, оптимизация режимов движения, регулирование тяги, контроль за использованной энергией и за напряжением, управлением ускорением и рекуперативным торможением.

тяговые батареи

Аккумуляторная батарея

Аккумуляторная батарея (аккумулятор) – один из наиболее дорогих компонентов системы. По своей значимости играет такую же роль, как бензобак для ДВС. Электромобиль движется за счёт электричества, полученного от электросети во время зарядки и хранящегося в АКБ.

При этом важно помнить, что у большинства электромобилей устанавливаются одновременно два аккумулятора: один тяговой – он питает именно мотор и стартерный (как и в машинах с ДВС, он помогает системе освещения, системе подогрева). Эти аккумуляторы разные не только по назначению, но и техническим характеристикам.
Тяговый аккумулятор электрического двигателя электромобиля предназначен для питания мотора, запуска двигателя. У него нет высокого пускового тока, но он заточен на длительную работу, выдерживает большое количество циклов заряда-разряда.

Типичная тяговая АКБ – моноблочная секционная конструкция. Тяговая АКБ состоит из толстых электронных пластин – пористых сепараторов и электролитного вещества.
Самые распространенные аккумуляторы – литий-ионные. У них – наиболее высокая энергетическая плотность, не требуется обслуживание, достаточно низкий саморазряд.

Устройство и особенности гибридных систем

Свои особенности – у гибридных систем. В гибридных системах электродвигатель может рассматриваться и как «партнёр» ДВС, и как допэлемент, помогающий добиться экономии топлива и при этом повышения мощности.

Гибридная система.jpg

Устройство «гибрида» отличается в зависимости от реализованной схемы передачи на колёса крутящего момента.

гибрид.jpg

  • Параллельная. Аккумуляторы передают энергию электромотору, бак – топливо для ДВС. Оба агрегата равноправны и способны создать условия для перемещения авто. Но работает такая схема только при наличии коробки передач. Параллельная схема успешно реализована у автомобиля Honda Civic. Нередко гибриды с параллельной схемой выделяют в отдельную группу и называют плагин-гибридными.

последовательная схема.jpg

  • Последовательная. Любое действие начинается с включения ДВС. Он же отвечает за последующие действия: поворот генератора для запуска электромотора, зарядку аккумуляторов.

Комбинированные схемы.jpg

  • Последовательно-параллельная. Через планетарный редуктор соединены ДВС, электродвигатель и генератор. В зависимости от условий движения может использоваться тяга электродвигателя или ДВС. Режим выбирается программно системой управления транспортного средства. Среди хорошо известных последовательно-параллельных «гибридов» – Toyota Prius, Lexus-RX 400h.

Классический гибридный автомобиль использует интегрированный в трансмиссию электрический мотор-генератор.

При этом для получения электрической тяги у гибридных систем задействованы четыре базовых компонента:

гибридное авто.png

  • Мотор-генератор. Является обратимой силовой установкой. Может работать в двух режимах: непосредственно тягового мотора и генератора для зарядки высоковольтной аккумуляторной батареи. При работе в режиме мотора возможно создание крутящего момента и мощности, которых хватит для старта и движения автомобиля с выключенным ДВС, при работе устройства в режиме генератора продуцируется высоковольтная электроэнергия.
  • Высоковольтные силовые кабели. Изолированные электрические кабели большого сечения. Важны для переноса энергии между компонентами высоковольтных электроцепей.
  • Высоковольтные аккумуляторные батареи. Включенные в последовательную цепь аккумуляторные элементы. Позволяют накопить в батарее большой объём электроэнергии.
  • Высоковольтный силовой модуль управления для управления потоком электроэнергии для движения транспортного средства на электрической тяге.

Гибридные авто открывают новые эксплуатационные возможности, с одной стороны можно быть максимально экологичным, радоваться комфортной езде и сэкономить на топливе, а с другой стороны, при разряде аккумулятора владелец авто не попадёт впросак, если невозможно подзарядить мотор: в работу вступит ДВС.

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях напрямую связаны с тем, насколько активно будет развиваться инфраструктура. Там, где она не обеспечена, использование электрокаров действительно ограничено. Ведь без подзарядки у многих авто – малая дальность пробега.

Впрочем, даже последняя проблема активно решаемая. Немецкие и японские разработчики (компании DBM Energy, Lekker Energie, Japan Electric Vehicle Club) сумели доказать миру: потенциал у электродвигателей, аккумуляторов без подзарядки может достигать 500 -1000 тысяч километров пробега. Правда, пока что 1 000 тысяч км пробега без подзарядки возможны только в теории, а 500-600 уже на практике.

На данный момент доступность такого транспорта – на уровне инженерно-конструкторской работы, экспериментальных выпусков, но есть перспективы что их подхватят автогиганты, и не за горизонтом – серийное производство.

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях очень тесно связаны и с политикой отдельных государств. Например, в Норвегии обладатели электромобилей освобождены от уплаты ежегодного налога на транспорт, пользования платными дорогами, паромными переправами и даже большинством парковок. С учётом того, что налоги и тарифы в Скандинавии одни из самых высоких, мотивация приобрести именно авто с электродвигателем, а не ДВС – очень высокая.

Внизу представлены фото, отражающие продукт "Сенсис Инжиниринг, предназначенный для аудита и аттестации. Продукт реализован на базе LMS Moodle. image (253).png
image (249).png
image (248).png

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *