Електрически автомобил

Електрическият автомобил, независимо дали ни харесва или не, е безусловното и неизбежно бъдеще на автомобилната индустрия, като бъдещето е най-близкото. Много производители по света инвестират сериозно в развитието на електрическите превозни средства, подпомогнати от постоянното увеличение на цените на петролните продукти, необходимостта от намаляване на вредните емисии от автомобила, както и от разработването на устройства за съхранение на енергия и технологии за потребление на енергия.

Електрическа кола
В момента най-големите пазари на електрически автомобили са САЩ, Япония, Китай и редица европейски страни (Франция, Холандия, Норвегия, Германия, Обединеното кралство). Сред производителите на електрически автомобили са Nissan (Leaf), Mitsubishi (I MiEV), Toyota (RAV4EV), Honda (FitEV), Ford (Focus Electric), Tesla (Roadster и Model S), Renault (Fluence ZE и ZOE), BMW ( Active C), Volvo (C30 Electric). Страната ни е все още настрана от производството и потреблението на електрически превозни средства, с изключение на развитието на индивидуалните ентусиасти (известната Лада Елада не се брои, тя е изградена върху вносни компоненти).

Терминът „електрически автомобил“ или „електрическо превозно средство“ означава превозно средство, задвижвано от един или повече електрически двигатели. В този случай мощността на електродвигателя може да се извърши от батерията, слънчевата батерия или горивните клетки. Най-разпространеният дизайн на електрически превозни средства, задвижвани от батерия.

Акумулаторната батерия изисква редовно зареждане, което може да се извърши от външни източници на енергия, чрез възстановяване на спирачната енергия, както и от генератор на борда на електрическо превозно средство. Генераторът се задвижва от двигател с вътрешно горене , но такава схема всъщност вече не е електрическа кола, а се отнася до една от разновидностите на хибриден автомобил .

Работата по създаването на електрически автомобили се провежда в две посоки – разработването на нови модели и адаптирането на производствените автомобили. Последната посока е по-предпочитана, тъй като по-евтин. Произведените електрически автомобили, в зависимост от дестинацията, могат да бъдат разделени на три групи:

градски електрически автомобили ( максимална скорост до 100 км / ч );
пътни електрически автомобили (максимална скорост над 100 км / ч );
спортни електрически автомобили ( максимална скорост над 200 км / ч ).
Електрическо устройство за кола
За разлика от автомобил с двигател с вътрешно горене, електрическият автомобил има по-опростен дизайн, включващ минимален брой движещи се части и следователно по-надежден.

Основните конструктивни елементи на електрическия автомобил са: акумулаторна батерия, електромотор, трансмисия, бордово зарядно устройство, инвертор, DC конвертор, електронна система за управление.

Електрическа кола

Тяговата батерия осигурява захранване на двигателя. Електрическата кола използва основно литиево-йонна акумулаторна батерия, която се състои от серия модули, свързани последователно. На изхода на батерията се премахва постоянно напрежение от около 300V. Капацитетът на батерията трябва да съответства на мощността на двигателя.

Един от основните елементи на електрическото превозно средство е електрически мотор , който служи за създаване на необходимия въртящ момент за движение. Като тягови двигатели се използват трифазни синхронни (асинхронни) електрически машини с променлив ток с мощност от 15 до 200 kW и повече. В сравнение с ICE, електромоторът има висока ефективност и по-ниски енергийни загуби. Ефективността на двигателя е 90% срещу 25% за ICE.

Основните предимства на електромотора са:

прилагане на максимален въртящ момент в целия диапазон на скоростта;
възможност за работа в две посоки без допълнителни устройства;
простота на проектиране, въздушно охлаждане;
възможност за работа в режим генератор.
В редица проекти на електрически превозни средства се използват няколко електрически мотора, които задвижват отделни колела, което значително увеличава тяговата мощност на превозното средство. Електрическият двигател може да бъде поставен директно върху колелото на автомобила, като минимизира предаването. Но такава схема на електрически превозни средства увеличава непръснатата маса и нарушава работата.

Предаването на електрическо превозно средство е много просто и на повечето модели е представено с едностепенен редуктор. Вграденото зарядно устройство ви позволява да зареждате батерията от битова електрическа мрежа. Инверторът преобразува високото напрежение на батерията в трифазно променливо напрежение, необходимо за захранване на двигателя.

DC / DC преобразувателят осигурява зареждане на допълнителна 12-волтова батерия, която се използва за захранване на различни консуматори на електроенергия ( електрически сервоусилвател , електрически кабина, климатик, осветителна система , чистачки , аудио система и др.)

Електронната система за управление в електрическия автомобил изпълнява няколко функции, насочени към осигуряване на безопасност, икономия на енергия и комфорт на пътниците:

контрол на високо напрежение;
контрол на тягата;
осигуряване на оптимален режим на шофиране;
плавно управление на ускорението;
оценка на заряда на батерията;
контрол на рекуперативното спиране;
контрол на потреблението на енергия.
Структурно системата комбинира редица входни сензори, контролен блок и изпълнителни механизми на различни системи за електрически превозни средства. Входните сензори оценяват положението на педала на газта, педала на спирачката, селектора на предавките, налягането в спирачната система, степента на зареждане на акумулатора. Въз основа на сигналите на сензора, управляващият блок осигурява оптимално движение на електрическото превозно средство за специфични условия. Основните параметри на електрическото превозно средство (консумация на енергия, оползотворяване на енергия, остатъчен заряд на батерията) се изобразяват визуално на таблото.

Работа с електрически превозни средства
Въпреки външната прилика и подобни контроли, работата на електрическо превозно средство се различава значително от работата на автомобил с двигател с вътрешно горене. Именно оперативните проблеми възпрепятстват масовото използване на електрически превозни средства, включително:

висока цена;
ограничена автономност;
значително време за зареждане на батерията.
Високата цена на автомобила до голяма степен се определя от цената на батерията. Въпреки отличните експлоатационни характеристики, литиево-йонната акумулаторна батерия е много скъпа за производство и освен това има ограничен ресурс (5-7 години). Това ни принуждава да разработваме нови източници на енергия ( горивни клетки ), методи за съхранение на енергия ( суперкондензатори, маховици ) и подобряваме дизайна на тяговите батерии ( литиево-полимерни батерии ).

Сегашните разходи за поддръжка на електрически автомобил са значително по-ниски (с 3-4 пъти) разходите за поддръжка на автомобил с двигатели с вътрешно горене и зависят главно от цената на електричеството. Работата на електрическите превозни средства е икономически изгодна в страни, където производството на електроенергия е по-малко зависима от изкопаеми горива.

Един от най-сериозните проблеми при експлоатацията на електрическа кола е ниската степен на автономност . Пробегът на електрическа кола без презареждане зависи от много фактори: капацитета на батерията, естеството и условията на движение, стила на шофиране, степента на използване на спомагателните системи. Понастоящем средният обхват на използване на електрическо превозно средство е около 150 km при скорост от 70 km / h. При шофиране с по-висока скорост пробегът намалява рязко, например при скорост от 130 км / ч (нормална скорост на движението) вече 70 км. Ето защо електрическият автомобил се позиционира най-вече като средство за градско пътуване.

Съвременните технологии позволяват да се повиши степента на автономност на електрическото превозно средство до 300 км и повече, сред които си заслужава да се спомене регенеративната спирачна система (връща до 30% от изразходваната енергия), батериите с голям капацитет, електронната оптимизация на движението.

Съществен атрибут на работата на електрическо превозно средство е необходимостта от периодично зареждане на батерията , което отнема много време. Решението на този проблем се осъществява в няколко направления:

нормално зареждане на акумулаторната батерия (извършва се от битова електрическа мрежа с мощност 3-3.5 kW, предполага инсталиране на специално зарядно устройство на електрическо превозно средство, продължителността до пълното зареждане на батерията е 8 часа);
ускорено зареждане на батерията (произведена на специални станции с капацитет до 50 kW, продължителността на зареждане до 80% от капацитета на батерията е 30 минути);
подмяна на разредена акумулаторна батерия с заредена батерия (извършва се автоматично на специални станции за обмен).
Изпълнението на тези области изисква развитието на инфраструктура (станции за таксуване и обмен, паркинги), стандартизация на техническите решения и разработване на правила за доставчиците на услуги.