Ecoparcovka.ru

ЭкоПарковка СТО
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что появилось раньше двигатель внутреннего сгорания

Как работают электромобили? Разбор!

Мало кто знает, но автомобили с электрическим двигателем появились раньше чем машины с двигателем внутреннего сгорания — еще в 1841 году. И до начала 20 века они были популярнее, но потом они проиграли конкуренцию бензину и дизелю.

Сейчас же происходит обратный процесс, технологии аккумуляторов и электродвигателей развились до такой степени, что по прогнозам экспертов к 2025 году бензин и дизель окончательно устареет и уступит дорогу электричеству.

Сегодня мы поговорим о технологиях, которые лежат в современных электромобилях и расскажем почему это будущее. А поможет нам в этом первый электрокар от компании Audi официально доступный в России — Audi E-tron.

Устройство ДВС

Автомобили с двигателем внутреннего сгорания прошли огромный путь. Конструкция ДВС совершенствовалась более сотни лет, поэтому можно с уверенностью сказать, любой современный ДВС — это чудо инженерной мысли.

Тем не менее, есть у ДВС один серьезный недостаток. Они неэффективны.
КПД дизельных двигателей колеблется в районе 40-50%, а у бензиновых вообще 20-30% процентов.

Как вы думаете какой КПД у электродвигателей? Выше 100%! Как такое возможно и почему такая большая разница. Давайте разберёмся.

Если кратко, ДВС — не чемпионы в эффективности, потому что в них очень много деталей! Например, мы не можем подрубить двигатель внутреннего сгорания напрямую к колесам,
У ДВС ограниченный диапазон рабочих скоростей с пиковой эффективностью в районе 2-4 тысяч оборотов в минуту и он не может плавно ускоряться и замедляться. Поэтому в помощь к двигателю нам нужна другая сложная механическая конструкция, повышающая или понижающая скорость вращения, то есть коробка передач.

Дальше больше, сам двигатель внутреннего сгорания не создает прямого вращательного движения, а его выходная мощность постоянно колеблется. Поэтому прибавляется сложная система динамической балансировки: это кривошипно-шатунный механизм, маховик и прочие вещи. В свою очередь, электродвигатель устроен гениально просто!

Уутройство электродвигателя (асинхронный)

Любой электродвигатель работает на принципах электромагнетизма. Он состоит всего из двух частей, которые даже не соприкасаются друг с другом. Есть статичная часть, которая называется статором, и вращающаяся — ротор. В реальности, например, в Audi E-tron электродвигатель выглядит вот так.

Достаточно просто подать переменный ток на двигатель и он начнет вращаться. Бинго! Нам это и нужно!

Но вся прелесть электродвигателя в том, что регулировать скорость вращения можно просто меняя, частоту переменного тока. В итоге мы получаем рабочий диапазон скоростей от 0 до 18 тысяч оборотов в минуту с практически постоянной эффективностью. Это делает электромобили невероятно динамичными, потому как вы имеете полную мощность и фантастический крутящий момент с самого старта.

Электродвигатели получают энергию из аккумуляторов. Но так как аккумуляторы выдают постоянный ток, а двигатель работает на переменном существует мозг электромобиля — инвертор. Он преобразует ток, а заодно регулирует частоту и мощность, и даже меняет фазы для того, чтобы заставить двигатель вращаться в обратном направлении. Так мы получаем заднюю передачу, у которой, кстати, та же мощность, что и у передней.

Иными словами, всё те задачи, которые в традиционных автомобилях решает сложная система условных шестерёнок, в электромобилях просто напрямую регулируется инвертором.

Во многом потрясной динамикой и хорошей управляемостью современные электрокары обязаны быстрым мозгам, чем электрокары в начале 20 века похвастаться не могли.

В итоге, мы получаем КПД электродвигателя в 90-95% при более компактных размерах и высокой надёжности! Там просто нечему ломаться, нечего смазывать и чистить.

В Audi E-Tron стоят два двигателя (по одному на передней и задней осях), суммарно выдающие 360 лошадиных сил и 561 Нм (ньютон-метров) крутящего момента. А в режиме Overboost все 408 л.с. и 660 Нм.

Рекуперация

Как же так получается, что КПД выше 100%? Разве такое возможно? Да! Потому, что до 70% затраченной энергии электродвигатель способен возвращать обратно! Это происходит за счёт рекуперации.

Дело в том, что если механически начать крутить ротор, тоже будет вырабатываться ток, который можно направить обратно в аккумулятор. Получается, тот же самый электродвигатель может и тратить энергию и генерировать её через преобразование кинетической энергии.

Как правило в электрокарах, когда не давишь на газ, машина включает рекуперацию и оттормаживается, но также это работает и просто накатом, без снижения скорости.

Для регулировки этого эффекта Audi сделали удобные переключатели режимов рекуперации на руле. Это распространённая практика (почти во всех электромобилях используется рекуперация) , но Audi пошли дальше. В E-tron рекуперация срабатывает даже тогда, когда вы нажимаете педаль тормоза.

Читать еще:  Гул в двигателе на холостых опель

И это просто взрывающая мозг технология, смотрите.

На самом деле, педаль тормоза в E-tron физически не связана с тормозными колодками. Когда вы нажимаете на педаль, вы давите на специальную подушечку, которая симулирует эффект сопротивления. В это время происходит замер степени нажатия. Если давление слабое, торможение происходит исключительно за счёт рекуперации. А если давление сильное, машина понимает, что нужно резко и быстро остановиться, тогда уже подключаются томоза.

Мало того, что такой подход заряжает батарею и увеличивает запас хода. А E-tron может проехать на одном заряде до 436 км и это отличный показатель для большого, комфортного полноприводного внедорожника! Так еще и максимально сберегает тормозные диски, так как в большинстве сценариев торможения они вообще не участвуют.

История про горы

Есть забавная история о том, как Audi проводили тестирование своей системы торможения. В США в штате Колорадо есть трасса на горе Пайкс-Пик. Она настолько извилистая и там настолько большой уклон, что на определённом участке там стоит милый деревянный блокпост. На этом блокпосте все спускающийся вниз машины останавливаются и рейнджеры замеряют температуру тормозных колодок. Потому как дальше идет крутой участок, и если в этот момент колодки уже перегреты, то дальше тормоза просто откажут.

The Audi e-tron prototype on recuperation test at Pikes Peak

Поэтому люди просто стоят и ждут когда колодки остынут физически. А самые бережливые водители, у кого температура колодок меньше 100 Фаренгейтов, то есть 38 градусов Цельсия, получают в подарок конфету. Вот бы наши гаишники, так делали: ты не сигналил в пробке и показывал поворотник — держи барбариску!

Так вот, самые горячие колодки из всех E-Tron, которые участвовали в тесте были лишь 11 градусов Цельсия, это было всего на 4 градуса выше температуры Земли.

Жидкостное охлаждение

Тем не менее с перегревом в электромобилях всё-таки могут быть проблемы. Нагреваются и двигатель и батарейный отсек. Всё как в компьютерах, будете сильно мучать авто — оно начнет перегреваться и тупить.

Поэтому в электрокарах используются системы охлаждения. В E-tron — это очень продвинутая система жидкостного охлаждения. Круто, да? Тачка с жидкостным охлаждением, всегда мечтал.

Быстрая зарядка

Такой подход не только повышает рабочий диапазон температур, но и ускоряет зарядку.

Помните, OnePlus 8 Pro с одной из самых быстрых зарядок на рынке мощностью 65 Вт заряжается от 0 до 100% за 60 минут.

В E-Tron установлена батарея емкостью 95 кВт*ч, это в 5444 раза больше, чем в OnePlus 8 Pro (4510 мА.ч / 17,45 Вт.ч). Как думаете, сколько нужно времени чтобы зарядить эту батарею до 100%? Сколько? Год-два? Нет. Всего 40 минут! Как такое возможно?

Дело в том, что E-Tron — это чемпион по скорости зарядки среди электромобилей. Он поддерживает супер быструю зарядку в 150 кВт! Что побольше чем 65 Вт в телефоне. Это, просто взрывает мозг.

Но как и в случае с OnePlus, чтобы получить самую быструю зарядку нужно специальное оборудование. А именно специальная зарядная станция постоянного тока. Таких пока немного, но сеть заправок развивается очень быстро в Европе и Америке, надеемся, что Россия тоже скоро догонит.

Тем не менее на обычных зарядных станциях с мощностью 22 кВт зарядка займет в районе 4,5 часов. Кстати, таких станций в России уже немало, можете сами посмотреть на сайте plugshare.com. В Москве и Санкт-Петербурге зарядок вообще полно, поэтому жить можно. Но в идеале надо заряжать машину по ночам, как и все гаджеты.

Личный опыт

Со своей стороны скажу, в ту секунду, когда впервые садишься в электромобиль и нажимаешь на газ, сомнений, что будущее за электродвигателями не остаётся.

И если раньше в России электрокары были экзотикой, то теперь Audi первой привезли полноценный комфортный, практичный электроавтомобиль, который действительно может конкурировать с традиционными машинами.

Конечно есть НО — огромные расстояния в России и пока недостаточное количество зарядок. Второе — электромобили стоят дорого и не думайте, что я пытаюсь вам их продать, а Audi — премиум бренд. Тестовая машина в нашей комплектации стоила больше 5 миллионов рублей.

Читать еще:  В чем преимущество 6 цилиндрового двигателя

Но не стоит забывать приятные бонусы в плане экономии, хотя может это и не так важно, если вы заплатили 80 000 евро за машину или от 5 955 000 рублей. Но все-таки:

1. Электричество существенно дешевле бензина, если даже примерно подсчитать зарядку от домашней розетки, то получится примерно 1 рубль за километр. Ведь можно заряжать тачку как и смартфон, оставляя на ночь.

2. Это более важный и любимый пункт! Я не люблю ездить в сервисные центры и делать ТО. Очень не люблю. Но с электротачками можно об этом думать реже. Деталей и изнашивающихся элементов в полностью электрической машине тупо меньше раза в два. По сути, все, что нужно менять это что-то по ходовой или батарейку — как в смартфоне только реже раз в 10 лет. И конечно проверять тормоза, но и их жизненный цикл будет больше.

Был ли Никола Тесла изобретателем электромобиля?

Однозначного ответа на этот вопрос нет, но мифов и предположений — не меньше, чем о снежном человеке или инопланетянах. Есть мнение, что Никола Тесла в 1931 году продемонстрировал действующий прототип электромобиля, который передвигался автономно, без подключенных к нему источников тока. Якобы известный инженер и изобретатель снял с автомобиля Pierce-Arrow двигатель внутреннего сгорания, установил на его место электромотор переменного тока, подключил к нему несколько ламп, резисторов и проводов, а затем присоединил к штатной трансмиссии. До сих пор никто не подтвердил, что этот электромобиль существовал на самом деле. А ведь по легенде он должен был развивать рекордную скорость — до 150 км/ч! Но электродвигатели Николы Тесла, в разработку которых он сделал огромный вклад (и это исторический факт!), успешно используются в современных электропоездах, городском электротранспорте и, конечно, в электромобилях.

Почему я должен купить электромобиль?

Так мы приходим к выводу, что, похоже, российская промышленность готова (пусть пока теоретически) освоить полный выпуск электрокаров. Но ведь надо, чтобы на них был спрос. И он есть, но… пока не слишком большой. А чтобы заинтересовать потребителя купить вместо обычного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) электромобиль, который на 25–50% дороже, надо сделать ему какое-то заманчивое предложение. В США, странах Европы и Китае существенно увеличить выпуск электрокаров удалось только после нескольких лет активного стимулирования спроса. В этих государствах правительства компенсировали покупателям часть цены авто — до $10 тыс., а также предлагали самые разные налоговые и прочие льготы.

Я убежден, что развитие «экологичного» транспорта должно начинаться со стимулирования спроса и серьезной мотивации покупки электромобилей. По итогам опроса, который провел недавно РГС Банк, 45% россиян интересуются покупкой электромобиля — это очень неплохой показатель. Но остается еще 55%, почему они не проявляют интерес? Во-первых, конечно, главную роль играет высокая цена (так ответили 46% россиян), маленький запас хода (37%), отсутствие развитой инфраструктуры в стране (29%) и недостаточное разнообразие моделей (12%).

Между прочим, в одном из российских проектов концепции для продвижения машин на чистой энергии предлагали компенсировать покупателям до 25% от потраченной суммы. Предполагалось, что владельцы электрокаров смогут вернуть аж 625 тыс. рублей от максимальной расчетной цены в 2,5 млн рублей. Таким образом, финальная стоимость с учетом скидки могла бы составить 1 млн 875 тыс. рублей, что вполне соответствует средневзвешенной цене нового легкового автомобиля на ДВС в России (по данным аналитического агентства «Автостат» — 1 млн 886 тыс. рублей). При этом, правда, была оговорка: автомобиль должен быть отечественного производства. Но таковых пока нет…

Понятно, что принятая концепция посвящена развитию производства электромобилей, но в ней нет ни единого слова про меры финансовой помощи при покупке со стороны государства. Как и про льготный лизинг, и кредиты для покупки электротранспорта, хотя на это в одном из проектов просили всего около 15 млрд рублей.

Зато владельцам электромобилей вроде бы разрешат бесплатно проезжать по платным трассам. Такая возможность у водителей может появиться со следующего года; хотя концепция пока только «рекомендует» ввести такую практику «в порядке эксперимента». Не знаю, насколько эта льгота важна для владельцев электромобилей, ведь запас хода у них пока небольшой, и дальние поездки практикуют очень немногие из них. Также «рекомендовано» властям на местах по примеру столицы предоставить электромобилям право бесплатной парковки. Складывается впечатление, что в этой концепции авторы всеми способами пытались обойти даже гипотетическую возможность попросить денег на стимулирование рынка из федерального бюджета. Из региональных, за счет владельцев платных дорог, — можно, но только не из федеральной казны.

Читать еще:  Что такое объем двигателя и вольты

При этом в концепции коротко все же говорится, что некие дополнительные деньги на субсидирование гипотетической скидки правительство собирается получить с ввозных пошлин на электромобили и утилизационного сбора — в очередной раз повысят уплату со всех ввезенных в страну автомобилей и вернут пошлины для электрокаров (пока они освобождены от уплаты). Честно говоря, странная логика: поднять цены на все автомобили, чтобы стимулировать продажи электромобилей? Но, скорее всего, в итоге вырастут все цены, а продажи, наоборот, сократятся. В чем тут выгода и для кого? Радует здесь только одно: пока это лишь предложения. А вот обращение Белоруссии к странам — участницам Таможенного союза с инициативой продлить действие «нулевой» пошлины на электрокары до конца 2023 года вполне реально.

Однако главная задача для правительства сегодня — это развивать инфраструктуру для электротранспорта. В новой концепции пока практически ничего не сказано про суммы на эту цель, но ранее говорилось, что на развитие электротранспорта в России правительство уже готово выделить порядка 50 млрд рублей. Эти деньги пойдут на строительство зарядных станций, стимуляцию производства машин и батарей; но самое главное — на сети для зарядки. При сбалансированном сценарии, прописанном в концепции, к 2030 году в РФ должно быть создано 144 тыс. зарядных станций. К этому времени, по планам авторов документа, по дорогам страны будут колесить 1,4 млн электромобилей. Круто! Особенно если вспомнить, что пока их примерно 10,5 тыс. штук, и большая часть из них (порядка 85%) — сильно подержанные праворульные Nissan Leaf из Японии.

В общем, то, что у нас появилась утвержденная правительством концепция по развитию производства электротранспорта, — это очень хорошо. Только, как показывает мировой опыт, базис для распространения электромобилей — это все-таки доступная цена и развитая инфраструктура для зарядки. Без этого никакие меры не сработают.

Газ, бензин и дизель: умное управление топливом

Классические виды топлива в будущем вряд ли полностью исчезнут — по крайней мере в России. Но со временем они станут более экологичными и энергоэффективными. На рынке уже распространены гибриды, например, range-extenders — электрокары со встроенным ДВС, который продлевает запас хода, если батарея садится. Вероятно, именно такие гибридные модели выйдут на передний план в будущем.

Развитие подключенных автомобилей и телематики также позволит сократить расход топлива и более эффективно отслеживать его потребление. Современные системы уже помогают мониторить топливную статистику, а в будущем они смогут оптимизировать затраты ресурсов.

Исследования показывают, что умный мониторинг поведения водителя с последующей аналитикой может сократить количество выбросов на 5-20%. В первую очередь, добиться этого помогают системы, которые препятствуют внезапному торможению. Водитель делает меньше резких маневров — расходуется меньше топлива.

Еще один вспомогательный инструмент — продвинутая система навигации, которая подбирает не только самый короткий, но и наименее «энергозатратный» маршрут, а также помогает быстрее находить свободные парковочные места.

Подключенные системы оптимизируют работу не только легкового, но и грузового транспорта. Например, грузовые «конвои» способны на треть сократить затраты топлива. Использование машинного обучения и нейросетей в будущем еще больше упростит задачу — полуавтономные системы будут работать в фоновом режиме, минимизируя расход бензина или дизеля.

Развитие беспилотного транспорта и каршеринга, вероятно, тоже приведет к сокращению потребления топлива — машины будут меньше простаивать на стоянках и использоваться более эффективно.

Автомобильный сектор в силу своей специфики достаточно консервативен — автопроизводитель не может за пару месяцев переформатировать конвейер на заводе или перенастроить цепочку поставок. Поэтому переход на новые виды топлива займет больше времени, чем полагают аналитики. Цифровые решения, например, системы умного мониторинга, внедрить намного проще — это не требует так много времени и ресурсов. Поэтому топливная революция начнется с аналитики и развития подключенных систем, а не с футуристичных топливных элементов или биодизеля на основе водорослей.

Подписывайтесь также на Telegram-канал РБК Тренды и будьте в курсе актуальных тенденций и прогнозов о будущем технологий, эко-номики, образования и инноваций.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector