Электрический автомобиль — это транспортное средство, приводимое в движение специальными электрическими двигателями. Питание электродвигателя осуществляется от аккумуляторной батареи, специализированных топливных элементов или солнечной батареи.
В недалеком будущем электромобили смогут полностью заменить автомобили с ДВС. Множество компаний по всему миру сосредоточили все усилия, чтобы разработать электромобиль, а способствует этому рост цен на нефтепродукты. Кроме того, актуальность электромобилей состоит еще и в том, что атмосфера становится все более загрязненной, поэтому нужно бороться с вредными выбросами двигателей внутреннего сгорания.
На данный момент самыми крупными рынками электромобилей являются такие ведущие страны как США, Япония, а также ряд европейских стран. В частности, в Германии до 2020 года на рынке должен быть 1 миллион электромобилей, и ФРГ должна стать ведущим рынком для электромобилей.
Лидирующими компаниями-производителями электромобилей являются такие производители как, Tesla, Nissan, Toyota, Ford и др.
Электромобили разделяют на 3 условные группы:
— городские, с максимальной скоростью до 100 км/ч;
— шоссейные, максимальная скорость которых более 100 км/ч;
— спортивные. Их максимальная скорость более 200 км/ч.
Конструкция электромобиля, в отличие от автомобиля с двигателями внутреннего сгорания, немного проще, она более надежна, ведь в ней минимальное количество подвижных деталей и узлов. Основными конструктивными элементами электромобиля являются: аккумуляторная батарея, электродвигатель, трансмиссия, бортовое зарядное устройство, инвертор, преобразователь постоянного тока, электронная система управления (рис. 7.5).
Для того чтобы обеспечить питание главного тягового электродвигателя, в автомобиле установлена мощная тяговая аккумуляторная батарея.
На электромобили чаще всего устанавливают литий-ионную батарею (рис. 7.4), аналогичную, как и на гибридных автомобилях описанную выше, которая состоит из нескольких модулей, соединенных между собой.
Высоковольтная батарея 5 (на примере электромобиля Mercedes-Benz KER System) состоит из 12 модулей, каждый из которых содержит 72 литий-ионных полимерных ячеек, что составляет в общей сложности 864 батарейки.
Высокопроизводительная система контроля и управления преобразует постоянный ток от высоковольтного аккумулятора в трехфазный переменный ток, необходимый для привода синхронных электродвигателей, а также регулирует поток энергии в системе в любых условиях эксплуатации. Два низкотемпературных контура системы охлаждения 7 обеспечивают стабильную рабочую температуру для электрических двигателей и силовой электроники. Отдельный низкотемпературный контур отвечает за охлаждение высоковольтных литий-ионных аккумуляторов. При низких температурах окружающей среды аккумуляторы быстро нагреваются с помощью нагревательного элемента. Это помогает обеспечить гарантированный срок службы батарей. При очень высоких температурах окружающей среды, для охлаждения батарей дополнительно может быть задействована система кондиционирования воздуха.
Электрический двигатель для современного электромобиля может быть, как постоянного, так и переменного тока. Его основная задача — передача крутящего момента на движитель электромобиля. Электродвигатели работающих от переменного тока, могут быть асинхронные либо синхронные. Их мощность начинается от 15 кВт. Максимальная мощность может быть более 200 кВт. Если сравнивать электродвигатель с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), то эффективность первого по отношению к последнему составляет 90%:25%. Кроме того, у электродвигателя существует ряд других преимуществ, которые также очень важны и востребованы, а именно:
— максимального крутящего момента можно добиться при любой скорости;
— конструкция достаточно проста и нет необходимости в дополнительном охлаждении;
— может работать и в режиме генератора.
Конструкция электродвигателя электромобиля подобна описанной выше электродвигателей-генераторов для гибридных автомобилей.
Электромобиль, как и гибрид, имеет систему рекуперации энергии. Во время торможения магнитное поле системы рекуперации начинает противодействовать вращению вала электродвигателя автомобиля, а рекуперируемая энергия заряжает аккумуляторную батарею.
Чтобы преобразовать постоянное высокое напряжение, выдаваемое аккумуляторной батареей в трехфазное — переменное, производители используют специализированный инвертор, аналогичный, устанавливаемым на гибридных автомобилях. Кроме того, такой преобразователь также предназначен для того, чтобы заряжать дополнительную 12 Вт батарею. Она нужна для питания других узлов и приспособлений. К ним относятся кондиционер, электрический усилитель руля, аудиосистема и др.
Электронная система управления ответственна за безопасность, энергосбережение и за комфорт пассажиров. Она необходима для того, чтобы:
— управлять высоким напряжением;
— производить регулирование тяги;
— обеспечивать оптимальное движение;
— оценивать насколько хватит заряда батареи;
— управлять тормозной системой и контролировать расход энергии от аккумулятора.
Эта система объединяет в себе определенные входные датчики, блок управления, инвертор, преобразователь и другие устройства, которые имеются в электромобиле.
Источники зарядки/вывод для зарядки преобразует переменный ток из электрической сети общего пользования, подводимый через вывод для зарядки, в постоянный ток. Сейчас на специальных зарядных станциях, которые имеют мощность 50 кВт, аккумуляторная батарея заряжается на 80% за 30 минут. Кроме того, аккумуляторную батарею можно заменить. Это делается на специальной обменной станции. Все эти способы требуют реализации особой инфраструктуры, которая будет направлена на обслуживание электромобилей.
Дополнительно можно посмотреть фильм 7.2.