Что такое электроавтомобили и как они работают: автозапчасти от А до Я
Из серии «Как это устроено»: из чего состоят электрокары.
Во всем мире популярность электроавтомобилей постепенно растет — они укомплектованы одним или несколькими электродвигателями, которые работают от аккумулятора. О них сто раз уже слышали даже не автомобилисты. Но, оказывается, несмотря на то, что машины на электротяге с нами уже достаточно давно, как они устроены и как все в них сделано, знают лишь немногие автотехнари.
Мы в 1Gai.Ru решили восполнить этот пробел знаний и проведем вас через таинственное поле электромобилей, детально рассказав о каждом узле и автокомпоненте.
Обратите внимание: в посте речь пойдет о технологиях электрокаров, а не о самих электромобилях. В этой статье мы не собираемся делать обзоры электрических машин или выяснять с вами, какие из них хорошие, а какие плохие.
В Сети существует множество тест-драйвов и обзоров по этой теме, и поэтому, если вам нужно узнать, насколько хватает заряда батареи Lixiang L9 и чем он лучше Voyah Free, или чем Audi e-Tron лучше или хуже Mercedes EQS, поищите инфу в другом месте. Но если вам интересно, как эти автомобили устроены и как работают (или, лучше сказать, жужжат) — тогда вы попали по адресу.
Вначале было…
Автомобиль Николаса-Жозефа Кюньо
Как вы знаете, официально считается, что автомобиль был изобретен в 1886 году Карлом Бенцем, а может быть, в 1881 году Гюставом Труве, в зависимости от того, с кем вы разговариваете и как спрашиваете.
- Примечание редакции: Ну, мы с нашей командой считаем, что автомобиль был изобретен в 1769 году Николой Жозефом Кюньо. Так что да, до Бенца было много других машин и он точно не первооткрыватель. Если же признать факт первого авто за Мерседесом, это означает, что автомобилю с двигателем внутреннего сгорания уже более 130 лет.
Самый старый человек в мире — Кейн Танака, которой было 119 лет, недавно покинула этот странный и сложный мир, упокой ее душу. Это означает, что со 100% уверенностью можно сказать, что все мы вместе с вами родились в эпоху классических автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). И пусть многие из нас не инженеры, автомеханики или слесаря, халтурящие в гараже по выходным, даже далекие от авторемонта люди примерно представляют, как работают классические машины с ДВС, чего не скажешь об электрокарах.
Мы собираемся представить обзор технологий электромобилей на основе аналогий, рассказывая нашим читателям, какие системы существенно отличаются от систем в аналогичном автомобиле с ДВС.
Вы еще здесь? Вы еще вместе с нами? Тогда продолжим. Дальше будет интересней.
Это означает, что мы будем иметь дело с вещами, которые явно отличаются от привычного автотранспорта, — например, с двигателем на электрической тяге (тяга означает, что она приводит в движение автомобиль), заменяющим двигатель внутреннего сгорания, к которому вы привыкли. Или речь пойдет об аккумуляторе высокого напряжения, который (концептуально) заменяет классический топливный бак в вашем автомобиле. Также мы поговорим и о других системах, которые в электрокарах несколько иные, в том числе и тормозная система.
Но мы не собираемся подробно анализировать колесные оси — настройка подвески в большинстве электромобилей принципиально не отличается от настроек на их собратьях с ДВС, за исключением того, что в некотором электротранспорте есть индивидуальная настройка жесткости пружин и амортизаторов.
То же самое касается сидений, внутренней отделки салона и других систем — если не считать искренних усилий автопроизводителей по снижению массы и более или менее заслуживающих доверия попыток «озеленить» электромобили с помощью веганских интерьеров или тканых панелей из натуральных волокон, эти системы в значительной степени одинаковы, независимо от того, работает ли автомобиль на сжигании ископаемого топлива или на электричестве. Однако мы все-таки поговорим об облегчении массы электрокаров. Спойлер: снижение массы электромобилей не приводит к слишком большому приросту запаса хода, как считают многие.
Наша большая статья, на самом деле, является кратким, но ёмким руководством, дорожной картой, или азбукой от А до Я. Также считайте этот пост лайф-страницей, так как со временем мы его будем дополнять и обновлять, чтобы он мог стать для пользователей Интернета упрощенным объяснением «Как работают электромобили».
В этом материале мы говорим о транспортных средствах, которые используют один или несколько электродвигателей в качестве единственного средства передвижения и хранят свою энергию в аккумуляторе, а не в баке с жидким топливом или в баллоне сжатого газа.
Другими словами, мы расскажем об автомобилях без выхлопных труб — даже без маленькой, спрятанной под задней панелью пола, — и без капающей воды из трубки.
Электродвигатель
Очевидно, что электромобиль для своей работы использует электрический тяговый двигатель вместо двигателя внутреннего сгорания. «Тяговый» — от слова «тяга» — в том смысле, что он (она) тянет автомобиль по дороге. Есть еще не тяговые электромоторы, которые в современном транспорте приводят в действие компрессоры кондиционера, стеклоподъемники или регуляторы сидений.
Точно так же, как автомобили с ДВС могут иметь бензиновые или дизельные двигатели или существовать в рядной, V-образной или плоской конфигурации, существует несколько различных типов электрических двигателей, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы.
Электромобиль может иметь от одного до четырех двигателей. Они могут быть установлены внутри и соединены с полуосями или встроены в колеса в так называемом IWM (In Wheel Motor) — в просторечии это называется мотор-концентратор.
Прежде чем продолжить, давайте поговорим о единицах измерения. Мы можем измерить мощность электродвигателя, применяя всем нам знакомые единицы — мощность (л.с.) и крутящий момент (Нм). Мы обычно используем Международную систему единиц СИ, иногда известную как метрическая система. Она называется СИ (SI), потому что возникла во Франции в 18-м веке. SI — это сокращение от Système International d’Unités. Единицей мощности в системе СИ является ватт (или, чаще, кВт, или единицы по 1000 Вт), а единицей силы (крутящего момента) в этой же системе единиц — ньютон-метр, или Нм.
Когда мы говорим об электрических моторах, мы обычно используем кВт (внесистемная единица количества энергии). Например, электродвигатель Lucid Air выдает 358 кВт, а не 480 л. с. Одна л. с. составляет 746 Вт, или 0,746 кВт, что делает преобразование довольно простым.
Но почему бы просто не остановиться на лошадиных силах, а не забивать голову киловаттами, ваттами и другими единицами измерения? Оказывается, система СИ очень удобна, когда мы проводим электрические расчеты. Уравнение мощности становится очень простым — оно выглядит так:
Р=IV
где:
P = мощность в ваттах (Вт)
I = ток в амперах, или, для краткости, «амперы» (А)
V = напряжение в вольтах (В)
Например, если у меня есть аккумулятор, выдающий ток 400 В на 200 А, я знаю, что он может питать электродвигатель мощностью 400 * 200 = 80 000 Вт, или 80 кВт. Никаких преобразований, никакой возни — в этом и есть прелесть единиц СИ. Так что потерпите: раз уж хотите узнать все об электрокарах, смиритесь с тем, что мы постоянно будем много говорить о кВт, вольтах и о многом другом.
Коробка передач
Фото: Volkswagen
Как известно, любой автомотор нужно каким-то образом соединить с колесами. В большинстве электромобилей это осуществляется с помощью очень простой односкоростной понижающей коробки передач, которая понижает обороты высокооборотного двигателя до скорости вращения, более подходящей для вращения колес. Но некоторые электрокары, особенно Porsche Taycan и Audi e-Tron, используют двухскоростные коробки передач, естественно, автоматические.
И да, всем электромобилям не нужна задняя передача, так как для движения задним ходом электромоторы просто начинают вращаться в обратную сторону. То есть теоретически эти автомобили задним ходом могут двигаться с той же мощностью и силой, как и при движении вперед (на самом деле, есть электронная блокировка).
Инвертор/контроллер двигателя
Электричество в розетке в вашем доме или квартире — это переменный ток АС (Alternating Current), аккумулятору электромобиля для подзарядки требуется постоянный ток DC (Constant current или Direct current), и он также выдает только постоянный ток. Двигатели же электрокаров работают на переменном токе.
Инвертор, преобразующий электрический ток, — это, как правило, большой металлический ящик где-то в непосредственной близости от электродвигателя — а чаще всего в наши дни это в буквальном смысле привинченный к нему сбоку преобразователь или даже являющийся частью литого корпуса электромотора.
Обычно его довольно легко найти, потому что из-под пола к нему идут два толстых кабеля, зачастую оранжевого цвета. Это устройство преобразует электричество постоянного тока (DC), поступающее от высоковольтной батареи, во вращающийся трехфазный переменный ток (AC) переменной частоты (или переменной скорости), который подает питание на статор двигателя и, следовательно, заставляет ротор вращаться.
Другими словами, инвертор «инвертирует» плоскую линию источника постоянного тока в неровную синусоидальную форму источника переменного тока.
electricdoma
Братом-близнецом инвертора может быть выпрямитель — устройство, которое «выпрямляет» нестабильный источник переменного тока в хороший прямолинейный источник постоянного тока. Кстати, иногда производители электромобилей называют свои инверторы «ECU» (электрические блоки управления) или даже «MCU» (Блок управления двигателем).
Фото: Volkswagen
Фото: Hyundai
Фото: Tesla
Фото: General Motors
Стоит отметить, что инверторы часто собираются в единый «электроблок», включающий в себя тяговый двигатель и трансмиссию. Этот блок еще называют «приводным блоком» (drive unit). Некоторые примеры вы можете увидеть выше.
Высоковольтная аккумуляторная батарея (HV)
Теперь пришло время посмотреть, что спрятано под днищем «электрички», где находится аккумулятор или он сам является частью днища автомобиля. Если быть точнее, там расположена высоковольтная тяговая батарея. Высоковольтной она названа, чтобы отличать элемент питания от низковольтной (12-вольтовой) вспомогательной батареи, которая по-прежнему необходима для питания фар и дворников, а также для выполнения полезных функций, например срабатывания подушек безопасности.
Как вы уже поняли, высоковольтная батарея называется тяговым аккумулятором, поскольку это его основная функция — питание тягового двигателя, о котором мы говорили выше.
Кстати, термин «высокое» напряжение в этом контексте имеет актуальное инженерное определение. Дело в том, что в этой батарее оно выше 60 В. Почему 60 В? Что ж, это напряжение, выше которого все становится по-настоящему остро с точки зрения электробезопасности.
Видите ли, наш организм представляет собой огромное электрическое сопротивление — большое, необычной формы тело человека содержит много воды и солей. А соленая вода является хорошим проводником электричества. Поэтому, если бы я попросил вас встать на резиновый коврик и взять в левую руку красный провод, подключенный к аккумулятору, а затем любезно попросил бы вас подержать черный провод в правой руке, пока я запускаю мотор, ваше тело удобно замыкало бы электроцепь, потому что ток проходил бы через грудную полость.
Однако сопротивление вашего тела таково, что напряжение ниже 60 В, скорее всего, заставит вас просто взвизгнуть (но мы настоятельно не советуем этого делать), может быть, вы уроните провода и вполне обоснованно даже попытаетесь ругнуться матом. А вот напряжение выше 60 В уже не шутки. Дело в том, что ток большего напряжения, протекающий через ваше тело, рискует заглушить электрические нервные сигналы, управляющие сердцем и легкими, а это очень опасно.
Именно поэтому некоторые небольшие электромобили (например, милый маленький Renault Twizy), электробайки и скутеры работают при напряжении ниже 60 В, что разумно в плане электробезопасности.
А вот более крупные электрические машины, способные перевозить четырех или более взрослых людей на достаточно высоких скоростях, работают при напряжении намного выше 60 В — обычно около 400 В, а в последнее время — 800 В или даже 900 В. И это, определенно, ОЧЕНЬ высокое и ОПАСНОЕ напряжение.
Аккумулятор (назовем его так, чтобы не утомлять каждый раз читателя более сложным правильным названием «высоковольтная тяговая батарея») способен заряжаться от внешнего источника и подавать постоянный ток высокого напряжения на карбюратор, шутка, на инвертор. Есть несколько исключений, но в подавляющем большинстве современных электромобилей используются литий-ионные аккумуляторы, размещенные в большом, тяжелом и ударопрочном корпусе или кожухе под полом автомобиля.
Батарея предназначена для хранения энергии. Для измерения этого мы берем единицу энергии СИ — ватт-час (или Втч), обычно снова используемый в форме кВтч (киловатт-час), что составляет 1000 Втч. Таким образом, аккумулятор Tesla 3 Long Range может хранить до 82 кВтч — другими словами, теоретически он может выдавать 82 кВт мощности в течение одного часа или 164 кВт в течение 30 минут.
Почему мы никогда не упоминаем кВтч, когда говорим об автомобилях с двигателями внутреннего сгорания? Ну, это потому, что жидкое топливо настолько энергоемкое, что нам это просто не нужно. 82 кВтч энергии в большой батарее Tesla 3 (которая, кстати, весит где-то около 450 кг) содержат всего 9 литров бензина (что весит около 7 кг). Да, вы правильно прочитали. Бензин (или дизельное топливо) является слишком концентрированным источником энергии. Поэтому нам не нужно указывать, что 95-литровый бак брутального грузового пикапа Ford F-150 содержит 843 кВтч энергии. Обычно производители просто указывают объем топливного бака в литрах и все.
Система управления батареями (BMS)
Стоит отметить, что для аккумуляторных блоков требуется так называемая система управления батареями, или блок BMS. Задача «мозгов», интегрированных в аккумуляторный блок, заключается в обеспечении безопасности сотен или тысяч ячеек в аккумуляторе, оптимизации их работы и передаче информации об этих элементах питания и о самом блоке другим частям автомобиля (включая водительскую часть автомобиля — приборную панель). Вот список вещей, которые делает BMS:
- Предотвращает перезарядку/разрядку элемента
- Сбалансировывает состояние заряда ячеек, чтобы максимизировать запас хода автомобиля
- Обеспечивает оптимальное управление температурой
- Помогает обеспечить точную оценку уровня заряда аккумулятора
- Контролирует внутреннее сопротивление ячеек батареи/ и общее состояние всего элемента питания
- Бортовое зарядное устройство (БЗУ)
Бортовое зарядное устройство
Бортовое зарядное устройство. На самом деле это немного неправильное название, поскольку ни один электромобиль не может заряжаться самостоятельно через «бортовые» системы. Помните, мы упоминали выше выпрямители переменного тока в постоянный? Ну, это один из них.
Большинство зарядных устройств для электромобилей, особенно «медленные» зарядки, просто берут электричество из стандартной 220-вольтовой электросети и подают его на автомобиль. Давайте рассмотрим зарядную мощность зарядки примерно до 22 кВт. Да, ребята, автомир измеряет не только мощность двигателя в кВт, но и «скорость» (мощность) зарядного устройства!
Если вы смотрели историческую драму «Война токов», вы знаете, что электросети во всех странах мира работают на переменном токе (несмотря на все усилия Томаса Эдисона). Но большая тяговая батарея под днищем автомобиля, как и все батареи, работает на постоянном токе, помните? Таким образом, электромобилю нужна «коробка» (устройство), которая может принимать внешний источник переменного тока, выпрямлять его в постоянный ток, а затем подавать его непосредственно в аккумулятор.
Это и есть БЗУ (OBC). По сути, это то же самое, что и блок питания, питающий iPhone или ноутбук, только увеличенный и доведенный до уровня автомобильного размера, необходимой безопасности и надежности. Данный блок может быть расположен в разных местах автомобиля — он может находиться рядом с зарядным портом (разъёмом), а может быть размещён в «моторном» отсеке или как, например, в Tesla Model 3, он может скрываться внутри корпуса аккумулятора.
Зарядный порт (ы) (разъемы)
У электромобиля может быть одна или две дверцы, под которыми скрываются разъемы для зарядки. Во многих электрокарах под этими «лючками», скорее всего, будет два «зарядных входа». Первый — это разъем для «медленной» зарядки переменного тока уровней 1-2 (L1 и L2).
Обычно имеется второй разъем для так называемой зарядки L3 (уровень 3), или «быстрой» зарядки. Именно через этот порт можно зарядить батарею при мощности выше 50 кВт или около того.
Обратите внимание на метки «DC+» и «DC-» на больших контактах быстрой зарядки
Фото: HUBER+SUHNER
Эти уровни мощности слишком высоки для штатного автопреобразователя БЗУ: такой блок был бы слишком большим и тяжелым, чтобы разместить его внутри автомобиля. Таким образом, быстрые зарядные устройства выполняют выпрямление переменного и постоянного тока за пределами бортовой сети машины — в большом стационарном ящике, который вы видите на станции электрозарядок автомобилей.
Это большие, мощные выпрямители, которые принимают трехфазное питание сети, выпрямляют его, а затем подают его непосредственно в автомобиль (и аккумулятор) в качестве источника постоянного тока. Вот почему большинство электромобилей имеют два разъема — вход переменного тока L1/L2 и вход постоянного тока L3.
Фото: yandex.ru/maps
На этом этапе некоторые из вас, возможно, поднимут бровь и подумают: «Этот парень несет чушь. У моей Tesla европейского стандарта всего один разъем, в отличие от какого-нибудь дрянного Nissan Leaf с двумя портами». Отчасти прав. Вполне может показаться, что это один разъем, но на самом деле это два разъема, хитро замаскированные в одном большом пластиковом корпусе.
Внимательно загляните в зарядный порт любого электромобиля — только не поддавайтесь искушению сунуть туда пальцы, хорошо? Вы увидите кучу булавок, но там будут две заметно толще и тяжелее. Они предназначены для источника питания постоянного тока для быстрой зарядки, который подключается напрямую к аккумулятору, минуя OBC.
К сожалению, в мире пока нет единого стандарта для зарядных портов. В итоге это настоящий кошмар. Существует куча типов, и усилия по их стандартизации лишь недавно только начали приносить свои плоды. Но, тем не менее, об упорядочивании разъемов в электрокарах к единому формату речи пока не идет.
Преобразователь постоянного тока с одним напряжением в другой (12-вольтовая батарея)
Аккумулятор 12 вольт в BMW i3
Хорошо, нехватка чипов напомнила нам, что все современные автомобили — с поршневыми двигателями или без них — имеют в себе кучу электронных блоков управления (обычно ЭБУ, или блок управления двигателем). Вы также, вероятно, знаете, что все автомобили, кроме самых простых в наши дни, используют системы мультиплексирования, такие как известный стандарт шины CAN (сеть контроллеров). Таким образом, электронно-электрические системы чертовски сложны, независимо от того, работает ли ваш автомобиль на бензине, дизельном топливе или электричестве.
Но у электромобилей есть еще несколько специфических электрических и электронных особенностей. Прежде всего, это толстые оранжевые кабели, извивающиеся повсюду в багажнике, под полом и в «моторном» отсеке. Это кабели, по которым течет ток высокого напряжения — 400 В. Они оранжевые по той же причине, по которой многие ядовитые змеи оранжевые и черные — чтобы показать, что с ними не следует связываться. Поверьте мне: это очень плохой план — вытаскивать охотничий нож и снимать с них изоляцию, чтобы подключить еще один сабвуфер к вашей офигенной электросистеме.
Но у электромобилей все еще есть множество низковольтных 12-вольтовых систем, во многом потому, что автопроизводителям по-прежнему дешевле и проще использовать готовые 12-вольтовые системы освещения, дворников, мультимедиа и других систем, которые часто стоят в обычных транспортных средствах, не являющихся электромобилями.
А для работы традиционных автосистем, естественно, нужен источник питания в 12В. Чтобы превратить высокое напряжение в более безопасное и низкое, автопроизводители используют преобразователь постоянного тока DC-DC. Это еще одна «коробка» в электрокаре, которая снижает подачу постоянного тока, превращая выходное высокое напряжение от батареи, часто номинально 400 В или 800 В, в 12 В того же постоянного тока. Кстати, если быть точным, бортовое питание в 12 В обычно калибруется ближе к 14,2 В.
Вот как выглядит преобразователь постоянного тока в Volkswagen ID.4, который, как вы можете видеть, имеет жидкостное охлаждение:
Фото: eBay (dw-car-parts)
Фото: eBay (partsbravos)
А здесь вы можете видеть, что он расположен в задней части Volkswagen ID4, за задней колесной осью:
Аналогией преобразователя постоянного тока в автомобиле с ДВС является классический генератор переменного тока — это устройство, которое поддерживает заряд 12-вольтового аккумулятора, что позволяет автолюбителям пользоваться фарами, освещением в салоне, музыкой, дворниками и т. д. и т. п.
Если он выходит из строя, это похоже на то, когда рвется ремень генератора — аккумулятор 12 В быстро разрядится, галогеновые лампы в фарах начнут тускнеть и желтеть, а стартер не будет нормально крутиться, что приведет к невозможности запуска двигателя. Это настолько важно для электропитания авто, что многие электромобили, оказывается, имеют два резервных блока DC-DC.
Высоковольтная распределительная коробка (HVJB)
Фото: eBay (My parts plaza)
Поскольку по всему автомобилю проложены кабели высокого напряжения, от зарядных портов к аккумулятору, от аккумулятора к инвертору и от аккумулятора к преобразователю (ам) DC-DC, разработчики электромобилей часто встраивают специальные распределительные коробки, или JB, для безопасного соединения или разветвления тяжелых оранжевых кабелей.
Это могут быть простые соединительные коробки, которые больше напоминают пакетники и распаечные коробки в проводке квартир и домов.
Специалисты по электромобилям параноидально относятся к так называемым фактам утечек тока. Чтобы понять, представьте, что электричество в этих толстых оранжевых кабелях — это вода (кстати, не очень хорошая аналогия, но потерпите немного). Инженеры хотят, чтобы вся «вода» (электричество) оставалась «в трубах» (в проводах). Если один из них дает течь и начинает вытекать несколько капель (миллиампер), всегда существует вероятность того, что эти микроамперы найдут свой путь к земле через влажное, мягкое сопротивление, известное как человеческое тело.
Этого необходимо избегать любой ценой — поэтому автоделы встраивают несколько мониторов — напряжения (давления воды) и тока (расхода воды), — чтобы убедиться, что вся вода остается в трубах и ничто из этого не угрожает убить пользователей электромобиля.
Силовая электроника (Power Electronics)
Мы также решили упомянуть и «силовую электронику», потому что этот термин часто используется в электромобилях.
Силовая электроника, или Power Electronics, преобразует и распределяет электроэнергию по другим системам автомобиля, таким как отопление и вентиляция, освещение и мультимедийная система. Эти модульные преобразователи энергии включают в себя следующие компоненты: инверторы, преобразователи постоянного тока в постоянный (DC-DC) и зарядные устройства (для электромобилей).
Тормозная система
А вы знаете, что тормозные системы электромобилей существенно отличаются от тормозов автомобилей с ДВС? Основных отличий два. Во-первых, все авто на электротяге используют рекуперативное (или «регенеративное») торможение. Возможно, вы помните из школьной физики, что двигатель, работающий в обратном направлении, становится генератором.
Для тех, кто не знает английский язык, смотрите ролик через Яндекс-браузер и используйте функцию перевода видео
Так как электрокары оснащены мощным электродвигателем (или несколькими), логично, что, когда мы убираем ногу с педали газа, использовать их в качестве генераторов, чтобы позволить машине остановиться на инерции, разумное инженерное решение.
Примечание редакции: Поскольку электромоторы работают на переменном токе, когда ваш автомобиль активирует рекуперативное торможение, выходной ток будет переменным, а поскольку аккумулятор может питаться только постоянным током, инвертор мощности используется в качестве выпрямителя для изменения переменного тока в постоянный.
Все разработчики электромобилей встраивают эту функцию в свои модели. Кстати говоря, электродвигатель не всегда может обеспечить все необходимое для остановки тормозное усилие. Поэтому электротранспорту все равно нужны классические фрикционные тормоза. Но тут есть сложность: эти две тормозные системы должны работать вместе, чтобы плавно сочетать рекуперативное и обычное торможение за счет трения тормозных колодок об диски. Плюс не забывайте, что обе системы управляются одной педалью. Причем автоинженеры настраивают так все идеально и настолько плавно, что водитель понятия не имеет, что на самом деле останавливает автомобиль — электродвигатель или тормозная система: диски/барабаны.
В обычных авто с бензиновыми или дизельными силовыми агрегатами есть резервная помощь при торможении. Двигатель внутреннего сгорания, особенно бензиновый ДВС, обеспечивает действительно удобный и бесплатный источник энергии, известный как вакуум во впускном коллекторе. Естественный «всасывающий коллектор» впускного коллектора двигателя можно соединить с так называемым вакуумным усилителем тормозов, который способен хранить в себе энергию в виде вакуума. И это та энергия помогает водителям в случае отказа двигателя во время движения. Если двигатель автомобиля с ДВС выйдет из строя, в вакуумном усилителе будет достаточно энергии, чтобы мы могли один или два раза нажать на тормоза и безопасно остановить машину.
Но что делать, если в электрокаре нет вакуума, потому что в нем нет впускного коллектора и нет «всасывания»? Что ж, нам нужно найти другой способ организовать помощь при торможении. Как вы уже поняли, этот аварийный запас энергии берут из бортовой сети электроавтомобиля. Причем из 12-вольтовой, а не 400 В.
Рулевое управление
Фото: Jtekt
Система рулевого управления в электрокарах использует технологию EPAS (рулевое управление с электроусилителем). Да-да, как думают многие, данный тип транспорта не использует гидравлические или электрогидравлические системы. Так что система рулевого управления электромобилей существенно не отличается от систем большинства обычных легковых автомобилей и легких грузовиков, уже оснащенных EPAS.
Система охлаждения
Среди автолюбителей ходит миф, что электромобилям не нужно охлаждение. Сторонники электротранспорта могут часами спорить о том, что электрокары настолько эффективны, что им практически не нужны радиаторы. Кто-то предлагает посмотреть на переднюю часть Tesla Model S, где почти нет воздухозаборников, необходимых для прохождения воздуха через радиатор, как на обычных авто с ДВС. Но это НЕВЕРНО. Это МИФ и еще раз МИФ!
Кстати, даже некоторые проектировщики и дизайнеры электромашин тоже считают, что электротранспорту не нужно сильное охлаждение, продолжая проектировать электромобили с недостаточным количеством воздухозаборников спереди.
Например, знаете ли вы, что Tesla Model S может иметь до 17 радиаторов и целую кучу охлаждающих вентиляторов, чтобы компенсировать недостаточность поступления воздуха через переднюю часть? Так что как бы ни хотелось фанатам электрических автомобилей, на самом деле их охлаждение (и обогрев) — очень и очень сложное дело. Ведь помимо того, что электродвигатели нуждаются в охлаждении, так и инверторы, бортовые зарядные устройства и многие другие силовые электронные и электрические устройства без этого работать не могут.
Также и аккумулятор тоже нужно охлаждать — но есть еще одна загвоздка: его иногда нужно и подогревать. Это капризная вещь в электрокаре, которая лучше и оптимально работает только в определенном диапазоне температур.
Кроме того, люди в салоне машины тоже нуждаются как в охлаждении салона, так и в его обогреве. И их потребности в комфорте могут существенно повлиять на дальность хода машины.
Отопление и охлаждение салона
Как и в случае с тормозами, многие думают, что системы HVAC (отопление, вентиляция и кондиционирование) в электромобиле не сильно отличаются от таких же систем в ваших «тачках», работающих на ископаемом топливе. Но это не так. У двигателя ДВС есть уникальный бесплатный подарок — много-много лишнего отработанного тепла, которое идет от мотора. Термический КПД хорошего двигателя ДВС составляет около 40% — это означает, что почти 60% денег, которые платим за бензин или дизтопливо, выбрасывается в атмосферу в виде отработанного тепла.
Так что инженерам-автомобилестроителям более ста лет назад не составило труда придумать, как им использовать это бесхозное тепло ДВС для обогрева пассажиров автомобиля в холодное время года.
Если вы не знаете, как работает печка в машине, — кратко об этом. Тем, кто имеет представление, можно пропустить абзац. Итак, когда охлаждающая жидкость (тосол, антифриз) прокачивается через горячий двигатель внутреннего сгорания, она нагревается, а затем направляется через радиатор обогревателя (печка), установленный в салоне машины, и воздух, проходя через него, нагревается. Далее он подается через вентиляционные отверстия в салон, согревая вас.
Но вот обогреть салон электромобиля гораздо сложнее. Да, можно было бы пойти по простому пути и просто использовать энергию, накопленную в батарее, для питания нескольких электрических обогревателей (электропечка с тенами). И некоторые автопроизводители так и делают, особенно китайские. Но разряжать батарею ради тепла не лучшее решение — ведь автовладельцы хотят использовать заряд батареи на 100%, получая как можно больше дальность хода.
К счастью, инженеры электромобилей — люди творческие и не ищут легких путей. Они взяли за основу технологию, существовавшую десятилетиями при создании систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, которая называется «тепловой насос», и это детище обеспечивает гораздо более эффективный способ обогрева электромобиля. Например, в домах и квартирах это выглядит как кондиционер, но в отличие от него тепловые насосы обогревают помещения даже в лютые морозы.
Фото: eBay (California Auto Body Parts)
Помимо нагрева салона, требуется также и его охлаждение, и в этом отношении электромобиль использует то же самое, что и автомобили с ДВС: компрессор кондиционера. Но вместо того, чтобы компрессор переменного тока приводился в действие шкивом, приводимым в движение приводным ремнем, который двигается за счет крутящего момента двигателя внутреннего сгорания, компрессор электромобиля является электрическим и работает от высоковольтной батареи. А это означает, что вы увидите оранжевый кабель, идущий к нему (это Volkswagen ID.4; компрессор находится в передней части автомобиля):
Электрокомпрессор делает гораздо больше, чем обычный механический компонент в бензиновом или дизельном автомобиле. Он, помимо охлаждения воздуха в салоне, также отвечает за охлаждение батарей и бортовой электроники с помощью теплообмена (теплообменник) между охлаждающей жидкостью и хладагентом, называемым «чиллер».
Акустическая система оповещения транспортных средств (AVAS)
На фото: Акустическая система AVAS от Mercedes EQB (eBay)
На фото: Динамик AVAS от Kia EV6 Electric (eBay)
Есть еще одна «коробочка», которой нет аналогов в наших автомобилях с ДВС. Это устройство, которое генерирует звук, чтобы предупредить пешеходов, велосипедистов или других уязвимых участников дорожного движения (УУДД) о приближении электромобиля. Приятный и агрессивный рык Land Cruiser 300 обычно это делает по умолчанию. Чего не скажешь о бесшумных машинах, работающих на электротяге, особенно при движении на медленной скорости в городе. Они могут представлять опасность для людей – в первую очередь для пожилых людей, людей с ослабленным зрением или тех, кто стоит или идет с наушниками, опустив вниз голову, или для детей, которые играют во дворе.
AVAS — это, по сути, интеллектуальный динамик, который генерирует шум снаружи автомобиля, чтобы предупредить окружающих о том, что транспортное средство находится в движении.
Шины
На фото: Goodyear
Удивлены наличием этого пункта в нашем списке? Но нет, мы не ошиблись, включив в него покрышки. Да-да, шины для электромобилей существенно отличаются от авторезины для автомобилей с ДВС.
Во-первых, они имеют более низкое сопротивление качению (это способствует уменьшению трения и увеличению запаса хода электромобиля) и более высокий рейтинг NVH (шум, вибрация, резкость). Во-вторых, они должны способствовать аэродинамической оптимизации… и при этом обеспечивать хорошие тормозные характеристики и пробег. Да, внешне резина для электрокаров может и не отличаться, но вот внутри у них более сложные технологии.
Немаловажный фактор: покрышки должны быть максимально легкими и одновременно прочными.
Ууух! Сделаем глубокий вдох и выдохнем. Вы огромные молодцы, если все это дочитали до конца. Но поверьте, мы все постарались упростить и рассказать по теме кратко. На самом деле современный электрический автомобиль — это очень сложные инженерные решения и современные технологии.
Мы надеемся, что вам понравилась наша экскурсия по миру автомобильных электротехнологий (но мы знаем, что этот список запчастей электромобиля точно не полный, и, возможно, со временем мы его подправим и дополним).
Обложка: 1Gai.Ru
