Электромобиль

Двигатели с постоянными магнитами

Двигатели с постоянными магнитами (английский PMMS) создают крутящий момент благодаря взаимодействию токов статора с постоянными магнитами внутри или снаружи ротора. Электродвигатели с поверхностным расположением магнитов являются маломощными и используются в IT оборудовании, офисной технике, автомобильном транспорте. Электродвигатели со встроенными магнитами (IPM) распространены в мощных машинах, используемых в промышленности.

Двигатели с постоянными магнитами (ПМ) могут использовать концентрированные (с коротким шагом) обмотки, если пульсации вращающего момента не являются критичными, но распределенные обмотки являются нормой в ПМ.

Поскольку PMMS не имеют механических коммутаторов, то преобразователи играют важную роль в процессе контроля тока обмотки.

В отличии от других видов бесщеточных электродвигателей, PMMS не требуют тока возбуждения, необходимого для поддерживания магнитного потока ротора. Следовательно, они способны обеспечить максимальный крутящий момент на единицу объема и могут быть лучшим выбором, если требования к массо-габаритным показателям выходят на первый план.

К наибольшим недостаткам таких машин можно отнести их очень высокую стоимость. Высокопроизводительные электрические машины с постоянными магнитами используют такие материалы как неодим и диспрозий. Данные материалы относятся к редкоземельным и добываются в геополитически нестабильных странах, что приводит к высоким и нестабильным ценам.

Также постоянные магниты добавляют производительности при работе на низких скоростях, но являются «Ахиллесовой пятой» при работе на высоких. Например, при увеличении скорости машины с постоянными магнитами возрастет и ее ЭДС, постепенно приближаясь к напряжению питания инвертора, при этом снизить поток машины не представляется возможным. Как правило, номинальная скорость является максимальной для ПМ с поверхностно-магнитной конструкцией при номинальном напряжении питания.

На скоростях больше номинальной, для электродвигателей с постоянными магнитами типа IPM, используют подавление активного поля, что достигается путем манипуляций с током статора при помощи преобразователя. Диапазон скорости, в котором двигатель может надежно работать, ограничен примерно 4:1.

Необходимость ослабления поля в зависимости от скорости приводит к потерям независящим от вращающего момента. Это снижает КПД на высоких скоростях, и особенно при малых нагрузках. Этот эффект наиболее актуален при использовании ПМ в качестве тягового автомобильного электропривода, где высокая скорость на автостраде неизбежно влечет за собой необходимость ослабления магнитного поля. Часто разработчики выступают за применение двигателей с постоянными магнитами в качестве тяговых электроприводов электромобилей, однако их эффективность при работе в данной системе довольно сомнительна, особенно после вычислений связанных с реальными циклами вождения. Некоторые производители электромобилей сделали переход от ПМ к асинхронным электродвигателям в качестве тяговых.

Также к существенным недостаткам электродвигателей с постоянными магнитами можно отнести их трудно управляемость в условиях неисправности из-за присущей им противо-ЭДС. Ток будет протекать в обмотках, даже при выключенном преобразователе, пока вращается машина. Это может приводить к перегреву и другим неприятным последствиям. Потеря контроля над ослабленным магнитным полем, например при аварийном отключении источника питания, может привести к неподконтрольной генерации электрической энергии и, как следствие, к опасному возрастанию напряжения.

Рабочие температуры – это еще одна не самая сильная сторона ПМ, кроме машин, изготовленных из самарий-кобальта. Также большие броски тока инвертора могут привести к размагничиванию.

Максимальная скорость PMMS ограничивается механической прочностью крепления магнитов. В случае повреждения ПМ его ремонт, как правило, осуществляется на заводе изготовителе, так как извлечение и безопасная обработка ротора практически невозможна в обычных условиях. И, наконец, утилизация. Да это тоже доставляет немного хлопот после окончания срока службы машины, но наличие редкоземельных материалов в этой машине должно упростить этот процесс в ближайшем будущем.

Несмотря на перечисленные выше недостатки, электродвигатели с постоянными магнитами являются непревзойденными с точки зрения низкоскоростных мелкогабаритных механизмов и устройств.

Отдельно управляемый полный привод

Без центральной передачи двигатели в электромобилях могут использоваться более гибко и адаптироваться к динамическим требованиям. Нередко электромоторы устанавливаются на обе оси или даже на все четыре колеса. Например, Tesla Model S в стандартной комплектации имеет полный привод. В отличие от двигателей внутреннего сгорания, энергия не передается от двигателя к осям через трансмиссию при помощи сложной механики. Вместо этого, Tesla имеет электрический двигатель на каждой оси, с контролем крутящего момента отдельно.

Аналогичная ситуация складывается и с новым Audi e-tron, внедорожником класса люкс с электроприводом: здесь кватропривод работает с одним электромотором на переднюю и заднюю ось. Трансмиссия e-tron от Schaeffler была разработана специально для электромобилей и установлена как в параллельном, так и в коаксиальном исполнении. В то время как коаксиальный вариант приводит в движение задние колеса, осевой параллельный вариант отвечает за полный привод.

Еще одним преимуществом электромобилей является то, что передача энергии может реагировать быстрее — благодаря чисто электронной обработке и передаче на соответствующие двигатели которые находятся на переднем и заднем мостах.

В Audi требуется всего 30 миллисекунд, чтобы двигатель реагировал на изменение ситуации и, например, чтобы обеспечить незаметное вмешательство тормоза при недостаточной поворачиваемости или дополнительную мощность для колес. Добавление второй ведущей оси также занимает всего миллисекунды. Audi использует для этого множество электронных датчиков и блоков управления, которые работают гораздо более детально, чем обычные приводы.

Лучшие электромотоциклы

В последнее время также прогрессирует продажа электромотоциклов. На фото и в реальности такие ТС выглядят, как обычные модели с ДВС. По скорости и мощности они совершенно не отличаются, но при этом являются экологически безопасными.

Перечень самых качественных, популярных мотоциклов на электротяге:

• Redshift SM — мощность 40 л. с., максимальная скорость 128 км/ч. Запас хода 80 км.
• Redshift MX — если сравнивать с предыдущим вариантом, то скорость этого мотоцикла ниже и составляет 105 км/ч. Запас хода 60 км. Преимуществом модели является лучшее сцепление колёс с дорогой.
• Empulse TT — мощность 54 л. с., максимальная скорость 177 км/ч. Запас хода 160 км.
• Zero SR — эта модель отличается возможностью установки дополнительного оборудования Power Tank. За счёт этого запас хода можно увеличить до 320 км.
• LS 218 — если главным критерием является не запас хода, а скорость, то следует выбрать именно этот вариант. Максимальный скоростной режим может достигать 346 км/ч.
• Ego — максимальная скорость 240 км/ч, запас хода 100 км. Оснащён цветным дисплеем диагональю 10 см, который выдаёт данные о заряде батареи, а также имеет возможность блютус-подключения.
• Eva — мощность 95 л. с., максимальная скорость 200 км/ч. Запас хода до 100 км.

Как в электромобиле работает печка?

Зимой с электромобилем дела обстоят не так, как с его оппонентами оборудованными двигателями внутреннего сгорания, но в любом случае, у печки электрокара принцип работы прост: её спирали нагреваются за счёт электроэнергии аккумулятора. Несмотря на то, что в последнее время в сети всё чаще встречается информация об инновационных разработках касающихся подачи тепла и его источников, принцип обогрева внутреннего пространства электрокара, остаётся вполне традиционным.

Акцент на энергосбережении вынуждает разработчиков делать обогрев салона максимально эффективным: температура внутреннего пространства доходит до комнатного показателя или даже выше, всего за несколько минут

Особое внимание уделено подогреву рулевого обода и посадочных мест, не отбирающего много энергии у АКБ

Но, как ни крути, а печка электрокара может забрать у накопителя весьма солидную долю заряда, что естественным образом повлияет на сокращение пробега на одном заряде. Если взять за пример такой популярный электрический автомобиль как Ниссан Лиф, то, как показывает опыт эксплуатации большого количества обладателей этой машины, в летнее время на одном заряде можно вытянуть 150 километров, однако если за бортом температура хотя бы -2 градуса, от 150-километрового пробега не остаётся и следа — можно рассчитывать максимум на 90-110 км. Но и это ещё не всё: когда столбик термометра опускается до температуры -15, то преодолеваемая дистанция становится просто смехотворной — 40-80 километров, это во зависимости от поддерживаемой температуры и стиля езды.

Из всего выше сказанного можно сделать вполне логический вывод: зима — самое худшее время года для езды на электрокаре и если в нём нет такой острой необходимости, то зимой лучше отдать предпочтение общественному транспорту.

ПРОСТАЯ ТРАНСМИССИЯ

Есть, конечно, исключения из правил, но в основном в электромобилях предпочитают не использовать мультимодальные коробки передач.

Почему? Простыми словами, у них так много крутящего момента с самого старта, что электромобиль может использовать одну передачу, на которой он сможет довольно быстро разогнаться и они достаточно высокие, чтобы справиться с такой скоростью.
И, конечно, это позволяет сократить затраты, уменьшить вес и сложность автомобиля.

Некоторые заступники электромобилей зашли так далеко, что говорят, что им не нужно нескольких передач, как дизельным или бензиновым автомобилям, но это заявление правильно только в некотором смысле. Точнее, электромобилю могут пригодиться дополнительные передачи, но они могут работать и без них.

До сих пор, все девять электромобилей, которые были представлены в наших обзорах, были односкоростными.
Даже могучая Tesla Model S с 210 км/ч работает с одной фиксированной передачей с передаточным числом 9.73:1.

Контрпримером может стать Porsche Panamera S E-Hybrid, гибрид, который может работать только на электрике. От электричества он работает через восьмискоростную механическую коробку передач, так же как и автомобили на газовом питании. Также, у Brammo есть шестиступенчатая электрическая трансмиссия в электрическом мотоцикле Empulse, который преподносит преимущество возможности мотоцикла быть на крайней скоростной точке, при этом создавая ощущение езды на обыкновенном велосипеде.

Типы устройств электромобиля

Выделяют такие машины на электричестве:

• Внутригородские. Имеют невысокую мощность и скорость передвижения, на них установлены специальные ограничения по максимальной мощности. Небольшого диаметра колеса и малый вес позволяют двигаться в нормальном городском режиме;
• Микроэлектромобили. Созданы с учетом плотного городского транспортного потока, имеют батарею небольшой емкости. Используются для небольших переездов, поездок в магазин, на работу и назад и т.п.;
• Различные креативные варианты, типа трициклы;
• Обычные авто. Привычные легковушки, типа некоторых популярных моделей от Tesla;
• Грузовые. Пока еще не слишком распространены, но в перспективе могут использоваться в крупных городах для внутренних перевозок и уменьшения выбросов в атмосферу;
• Троллейбусы, трамваи, автобусы на электродвижках также являются довольно популярным видом транспорта в любом крупном городе.

Также стоит упомянуть гибриды – транспорт, на котором установлен как электрический, так и бензиновый двигатель.

Развитие инфраструктуры

Рост производства электромобилей не имеет никакого смысла без расширения сети станций для зарядки: зачем приобретать электрокар, если на нём нельзя будет далеко уехать?

Сейчас крупнейшей заправочной сетью является Supercharger, принадлежащей Tesla. Ею можно пользоваться бесплатно при условии наличия специального абонемента и покупки электромобиля Тесла. Но даже при невозможности соблюдения данных условий ездить на электричестве выгоднее, чем на бензине или дизельном топливе.

Если на рынок первыми вышли американские электромобили, то в настоящее время отобрать лидерство имеет все предпосылки Европа, где количество зарядных станций стремительно растёт, а правительство нескольких стран и вовсе заявляет о возможном скором полном отказе от применения двигателей внутреннего сгорания.

В ряде европейских стран владельцы машин с электромоторами получают всевозможные льготы в виде бесплатной парковки и снижения или полной отмены транспортного налога. В США также действует программа поддержки покупателей электрокаров, но работает она до того момента, пока производитель не выпустит 20 тысяч экземпляров таких транспортных средств.

Многие владельцы покупают зарядную станцию для электромобиля и устанавливают её прямо у себя в гараже: устройство PowerWall, крепящееся на стену, делает процесс зарядки авто идентичным зарядке аккумулятора на смартфоне. Особо большие фанаты автомобилей с электрическими двигателями монтируют на крыше собственного дома солнечные батареи, накапливающие затем энергию в PowerWall.

Сеть российских зарядочных станций пока не так обширна, как хотелось бы, но прогресс заметен (помимо аппаратов Supercharger, растёт число станций, принадлежащих государственным компаниям, правда, пока только в крупных городах).

Как работает электродвигатель?

Принцип работы электродвигателя «Тесла» такой.Он начинается с аккумулятора в автомобиле, который подключен к двигателю. Электрическая энергия подается на статор через аккумулятор. Катушки внутри статора (изготовленные из проводящей проволоки) расположены на противоположных сторонах сердечника статора и действуют как магниты. Поэтому когда электрическая энергия от автомобильной батареи подается на двигатель, катушки создают вращающиеся магнитные поля, которые тянут проводящие стержни снаружи ротора вдоль него. Вращающийся ротор — это то, что создает механическую энергию, необходимую для поворота шестеренок автомобиля, которые, в свою очередь, вращают шины.

В электромобиле нет генератора переменного тока. Как же заряжается аккумулятор? Когда нет отдельного генератора переменного тока, двигатель в электромобиле действует и как двигатель, и как и генератор. Это одна из причин, почему электромобили настолько уникальны. Как упоминалось выше, аккумулятор запускает двигатель, который подает энергию на шестерни, которые вращают шины. Этот процесс происходит, когда нога находится на ускорителе — ротор тянется вдоль вращающегося магнитного поля, требуя большего крутящего момента. Но что происходит, когда отпускают ускоритель?

Когда нога сходит с акселератора, вращающееся магнитное поле останавливается, и ротор начинает вращаться быстрее (в отличие от того, чтобы его тянуть вдоль магнитного поля). Когда ротор вращается быстрее, чем вращающееся магнитное поле в статоре, это действие перезаряжает батарею, действуя как генератор переменного тока.

Установите зарядное устройство дома

Как видите на карте, электрозарядных станций по России не очень-то и много. В Европе или Штатах их значительно больше, но и это не помогает. Автомобилей на электротяге также просто огромное количество. По данным западных аналитиков, в 2018 году их уже было более 3 млн единиц: 1.2 млн в Китае, 750 тыс. – в Штатах, затем следует Европа.

А значит, для относительной независимости неплохо было бы приобрести зарядное устройство себе домой. Нужно ли при этом говорить, что дом должен быть частным, желательно с гаражом?

Еще один минус в копилку жителей городов. Из розетки протянуть кабель до машины с 15-го этажа – идея не из лучших.

Зарядное устройство Level 2 использует 240V, стоит от нескольких сотен долларов до 1000 долларов или больше. Способно подзаряжать автомобиль со скоростью 16-30 км заряда в час.

При этом многие автоконцерны производят специальные устройства под свои автомобили, продавая их втридорога как монополисты.

Воспользуйтесь преимуществами бесплатной зарядки (в теории)Как уже говорилось выше, в столице, к примеру, можно заряжать электромобиль бесплатно. Но таких электрозарядных станций немного, так и то половина из них, судя по всему, не работает. Об этом говорил блогер Wylsacom:

Зато бесплатно)

Предпосылки и мотивация

Постепенное падение цен на аккумуляторы и увеличение потребительского спроса способствуют росту продаж электромобилей даже быстрее, чем ожидалось. Согласно прогнозам, электромобили займут до 30% мирового рынка уже к 2025 году, а отметку в 51% смогут преодолеть уже к 2030 году, превысив продажи автомобилей с двигателями внутреннего сгорания.

Ключевые факторы увеличения спроса на электрокары:

• государственное стимулирование отрасли в виде субсидий и снижения налогов;
• более жесткое регулирование выбросов выхлопных газов на ряде рынков;
• развитие технологий, позволяющих снижать стоимость аккумуляторных батарей и других компонентов и увеличивать дальности пробега.

Реализация

Сервисный центр по обслуживанию электромобилей работает с 2014 года. За это время компания собрала компетентную команду специалистов, разбирающихся не только в автомобилях, но и в программном обеспечении.

«Четкое понимание того, как интегрируются компоненты электромобиля, как они увязываются в единую систему посредством софта, как новые компоненты взаимодействуют со штатными системами автомобиля, такими как тормоза или ABS, крайне важно как для обслуживания электромобилей, так и для конверсии автомобилей на классическом топливе в электромобили», — говорит Михаил Ефимов, соучредитель и генеральный директор EVC. Первым проектом EVC в 2017 году стала разработка и производство литий-ионной аккумуляторной батареи для электромобиля ИЖ Концерна «Калашников»

Вторым — переделка автомобиля Aston Martin DB9. В качестве электрической начинки использовались компоненты Tesla Model S: батарейка, два электродвигателя, вся электропроводка, водительский и центральный экраны

Первым проектом EVC в 2017 году стала разработка и производство литий-ионной аккумуляторной батареи для электромобиля ИЖ Концерна «Калашников». Вторым — переделка автомобиля Aston Martin DB9. В качестве электрической начинки использовались компоненты Tesla Model S: батарейка, два электродвигателя, вся электропроводка, водительский и центральный экраны.

Интеграция электромоторов на оси потребовала изменения конструкции подвески и геометрии аккумуляторной батареи, так как габариты Aston Martin отличаются от габаритов Tesla Model S. В автомобиле была полностью заменена электропроводка, кроме тех участков, которые нужны для интеграции штатных систем — тормозов, систем безопасности, освещения, системы кондиционирования

Также важной была адаптация ПО

Aston Martin получил литий-ионную батарею емкостью 75 кВт·ч, дающую запас хода порядка 350 км, два электромотора суммарной мощностью 500 л.с, разгоняющих электромобиль до 100 км/ч за 5,5 с.

Так выглядит превращение обычной машины в электромобиль

(Фото: из личного архива)

Владислав Мещеряков, соучредитель EVC, говорит, что сегодня компания получает все больше обращений и запросов на переделку частных автомобилей и коммерческих парков в электромобили. Для частных заказчиков это больше имиджевые проекты — возможность дать вторую жизнь любимому классическому автомобилю. А вот для компаний, управляющих большим парком транспорта, переход на электрическую тягу создает много возможностей для сокращения операционных затрат, связанных с заправкой и ремонтом, а также позволяет внедрить новейшие решения по управлению эффективностью парка.

Еще одним проектом, реализованным для частного заказчика, стал электрический Fiat Ducato. На нем первый раз была установлена аккумуляторная батарея собственной разработки. На автомобиль была установлена литий-титанатная батарея EVCLTO55, состоящая из четырех модулей суммарной емкостью 22 кВт·ч. Реальные тесты показали, что даже при полной загрузке (общая масса с водителем порядка 2,9 т) автомобиль проезжает на этой батарее 150 км. Это очень хороший результат с учетом небольшой емкости батарейки.

Что в Азии

В 2021 году китайская корпорация Baidu заявила о планах совместного выпуска электромобилей в партнерстве с китайским автопроизводителем Geely. Последний владеет Volvo и долей в компании Daimler.

Между тем гигант электронной коммерции Alibaba уже создал совместное предприятие по производству электромобилей с крупнейшим автопроизводителем Китая SAIC Motor.

Китайская Didi Chuxing совместно с автопроизводителем BYD выпускает электротакси.

А корейская Samsung намерена инвестировать почти $1 млрд в производство аккумуляторов для электромобилей, чтобы обеспечить, в том числе, и растущие потребности Volkswagen. Автопроизводитель Rivian уже объявил о том, что будет использовать аккумуляторы Samsung SDI для батарей своих электропикапов R1T и внедорожников R1S. Эти электромобили были представлены еще в конце 2018 года, но выйдут на конвейер летом 2021 года.

Другая корейская компания, LG Energy Solution, намеревается увеличить производство аккумуляторов в США в 30 раз, чтобы ими оснащали не менее 2 млн электромобилей ежегодно.

Спрос на экологичный транспорт растет вместе с производством. Согласно прошлогоднему отраслевому исследованию BloombergNEF, средняя цена литий-ионных аккумуляторов, которые используются в электромобилях, за период 2010−2020 годов упала с $1 191 до $137 за кВт·ч или в девять раз.

Аналитики прогнозируют, что к 2023 году эта цена будет близка к $100 за кВт·ч. Первые такие аккумуляторы дешевле $100 за кВт·ч, кстати, уже выпустили. Ими оснастили китайские электроавтобусы.

Именно такая цена позволит автопроизводителям производить и продавать на некоторых рынках массовые электромобили по той же цене, что и обычные машины.

Аналитики Boston Consulting Group считают, что к 2026 году на электромобили будет приходиться более половины мировых продаж легковых машин.

Продажи электромобилей в мире

То, что за электрокарами будущее, становится очевидным всем ведущим производителям, спешащим включиться в процесс разработки и изготовления, пока отрыв от конкурентов не стал слишком большим: на сегодняшний день на рынке есть как бюджетные модели (KIA Soul EV), так и марки, относящиеся к премиальному сегменту (Audi E-Tron).

Компания Tesla, несмотря на то, что она фактически выпустила первый электромобиль, пользующийся спросом, испытывает финансовые сложности, и этот факт подстегнул других автопроизводителей. В результате этого за последний год количество полноценных моделей, а не концептов, увеличилось в несколько раз. Среди новых игроков рынка есть как именитые компании с раскрученным именем наподобие BMW, так и многочисленные мало кому известные китайские разработчики.

В развитии электрокаров в настоящее время прослеживаются следующие тенденции:

1. Внедрение управления с помощью одной педали. Первопроходцем в этой области стала Nissan Motor Co., Ltd. с моделью Leaf. Идея прижилась, и все большее число компаний внедряют технологию, при которой торможение станет осуществляться за счёт рекуперационной системы.
2. Повышение интеллекта электромобилей (появляются беспилотные электрокары, не нуждающиеся в действиях человека).
3. Разработка каждой компанией собственной уникальной платформы, благодаря которой покупатель получает возможность стать обладателем по-настоящему чего-то нового и уникального.

Права для вождения электрокара

Среди малоопытных водителей бытует мнение, что водительское удостоверение для управления электромобилем чем-то отличается от того документа, который необходим для управления обычными машинами. Но это лишь миф. Чтобы водить электрокар, вам достаточно самых обычных водительских прав:

• Категория «В» – для вождения легковых автомобилей с максимальной разрешенной массой до 3,5 тонн.
• Категория «С» – для вождения грузовиков с разрешенной максимальной массой свыше 3,5 тонн.

Если у вас имеются права для вождения автомобиля, например, категории «В», то вы вполне можете водить любой легковой электромобиль.

Похожие записи:

Расшифровка, описание и технические характеристики провода пугв Основные галогеновые лампы для дома, выбор и эксплуатация Упрощение процесса настройки пид-регулятора Поддельные cree xml от honglitronic Esr (эпс)-метр своими руками Маркировка электродвигателей и их расшифровка