Mild hybrids (MHEV)
В «мягких» гибридах электрический мотор уже реально оказывает помощь двигателю внутреннего сгорания, положительным образом воздействуя на динамику авто. Однако передвигаться на одной лишь электрической тяге, такое транспортное средство ещё не может.
В основе Mild hybrids лежит электродвигатель двойного действия, состыкованный с бензиновым силовым агрегатом. При замедлении он осуществляет выработку электричества, а когда машина разгоняется, агрегат наоборот, расходует накопленную энергию, повышая значение крутящего момента на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания.
Обычно, данный электродвижок называют стартер-генератором, потому как девайс успешно заменяет оба агрегата. Попутно, с помощью этого устройства реализуется более продвинутая система Start-Stop, когда ДВС глушится ещё до полной остановки авто.
Существует пара вариантов компоновки стартер-генератора:
- установка вместо обычного генератора, но с более мощным приводным ремнём и двумя натяжными роликами;
- установка вместо маховика.
Стоит также отметить, что MHEV нуждается в дополнительном источнике питания небольшой ёмкости, который может накапливать электроэнергию, производимую в процессе замедления. Использовать данную энергию можно и не напрямую. К примеру, в мощных Ауди, аккумулятор на 48V отвечает за питание электрифицированного нагнетателя воздуха, повышающего отдачу дизельного мотора.
Преимущества:
- возрастает динамика;
- легко внедряется;
- относительно дешёвая система.
Недостатки:
большая часть энергии затрачивается на вращение двигателя внутреннего сгорания, что говорит о не оптимальности конструкции.
Заявленная экономия горючего: 5-10%.
Где можно встретить: Range Rover Evoque, Audi A6, A7, A8, Ferrari LaFerrari.
Электромобиль: плюсы и минусы в России
Все вышеперечисленное характерно и для России, где электрокары постепенно проникают на рынок через энтузиастов, готовых платить большие деньги за приобретаемое авто и популяризирующие использование экотранспорта в России. Реальные практики использования электрокаров в нашей стране можно оценить по многочисленным видео и постам в соц.сетях. Если преимущества электрокаров не вызывают сомнений, то среди минусов, ограничивающих распространение авто (и это подтверждается игнорированием российского рынка автоконцернами), выходят на первый план отсутствие инфраструктуры и холодный климат.
Преимущества и недостатки
А вот теперь можно приступить к перечню сильных и слабых сторон электромобиля.
Преимущества
- Нет загрязнения окружающей среды.Это на сегодня самый главный аргумент в пользу электромобиля. Он не выделяет вредных веществ в атмосферу и не способствует усилению парникового эффекта.
- Заметная экономия средств на топливе.Заправка электромобиля электричеством обходится значительно дешевле, чем заправка автомобиля бензином, дизтопливом или газом.
- Экономия средств на ремонте.Так как электромобиль устроен значительно проще классического автомобиля, то его ремонт придется делать гораздо реже, да и обойдется он гораздо дешевле.
- Отсутствие шума.Электромобиль при движении издает гораздо меньше шума, чем автомобиль с ДВС. Впрочем, некоторые люди склонны считать это преимущество, как недостаток.
- Больший уровень безопасности.Ввиду того, что в электромобиле отсутствуют такие громоздкие элементы, как ДВС и КПП, в случае аварии вероятность получения тяжелых травм значительно снижается.
Недостатки
- Высокая стоимость.Цена нового электромобиля заметно выше, чем цена автомобиля с ДВС такого же класса.
- Ограниченный запас хода.Пробег электромобиля с полной зарядкой тяговой аккумуляторной батареи будет заметно меньше пробега автомобиля такого же класса с полным баком бензина, солярки или газа.
- Долгое время зарядки.Для того, чтобы полностью зарядить электромобиль, необходимо потратить в большинстве случаев несколько часов. В то же время для заправки обычного автомобиля понадобится лишь несколько минут.
- Плохо развитая на сегодняшний день инфраструктура станций зарядки.В настоящее время зарядные станции имеются в России только в крупных городах, да и то в очень малом количестве.
- Зависимость величины пробега от температуры воздуха.Чем ниже температура, тем меньше емкость аккумулятора и, следовательно, меньше запас хода. Зимой, при полной зарядке, электромобиль проедет меньшее расстояние, чем при той же зарядке летом.
Источник фото: Google Картинки
Электрический двигатель
Используя мощность от тягового аккумулятора, двигатель приводит в движение колеса автомобиля. В некоторых транспортных средствах используются мотор-генераторы, которые выполняют функции привода и регенерации.
Классический электродвигатель состоит из токопроводящей обмотки статора и вращающегося ротора, который приводится в движение магнитным полем статора и передаёт крутящий колёсам. Существует два типа электродвигателей: синхронный, в котором магнитное поле вращается одновременно с ротором и асинхронный, в котором магнитное поле вращается быстрее ротора.
Асинхронный мотор изменяет скорость вращения в зависимости от частоты переменного тока простым нажатием на педаль акселератора. Это позволяет получить при желании максимальный крутящий момент для разгона с места.
Современные электрокары в зависимости от мощности батареи и двигателей способны разгоняться с места до 100 км/ч за 5-7 секунд, что сопоставимо с разгоном автомобиля с мотором мощностью 250-350 л.с. Но самый быстрый в мире серийный электрокар Rimac C_Two способен преодолевать «сотню» за 1,85 секунды, быстрее некоторых 12-цилиндровых 6-литровых суперкаров!
Неоспоримым преимуществом электрокаров является также то, что крутящий момент вращения электромотора линейно передаётся напрямую колёсам. В то время, как двигатель внутреннего сгорания преобразует поступательные движения поршней во вращение коленчатого вала и далее через систему шестерен и фрикционов трансмиссии ведущим колёсам. Для преодоления такой «полосы препятствий» автомобилю требуется больше мощности, а значит – больше топлива и объёма двигателя.
Бортовое зарядное устройство принимает входящую электроэнергию переменного тока, подаваемую через порт зарядки, и преобразует ее в мощность постоянного тока для зарядки тягового аккумулятора. Он также обменивается данными с зарядным оборудованием и отслеживает характеристики аккумулятора, такие как напряжение, ток, температуру и состояние заряда, во время зарядки аккумулятора.
Контроллер силовой электроники: этот блок управляет потоком электроэнергии, подаваемой тяговым аккумулятором, регулируя скорость электрического тягового двигателя и создаваемый им крутящий момент.
Система охлаждения поддерживает надлежащий диапазон рабочих температур двигателя, электродвигателя, силовой электроники и других компонентов. В холодное время года избыточное тепло батареи может отводиться в салон электромобиля. По этой причине в современных электрокарах отсутствует традиционная печка.
Трансмиссия электромобиля
В традиционном понимании в электрокарах отсутствует коробка передач и карданный привод колёс, поскольку электромотор работает эффективно в любом диапазоне скоростей. Поэтому у большинства электромобилей установлена односкоростная коробка, расположенная рядом с инвертором. Это позволяет включать режим заднего хода, меняя всего лишь фазы, а также направлять энергию торможения в заряд батареи.
Значительным преимуществом электродвигателя и одноступенчатой коробки является то, что можно использовать «свободный» дифференциал. И в случае пробуксовки одного из ведущих колёс, мгновенно отбирать мощность в одной из полуосей привода, уменьшая его проскальзывание.
Ходовая часть
Система подвесок в электрокарах традиционна и часто может быть заимствована у обычных автомобилей. Главное отличие подвески электрокаров в том, что эластокинематика вынуждена справляться с большим весом, в то время, как лучшая развесовка по осям позволяет инженерам точнее настраивать управляемость, чтобы справиться с инерционностью тяжёлого кузова.
Тормозная система электромобиля устроена хитрее обычной. Традиционные автомобили могут эффективно замедляться при нажатии на педаль тормоза, а энергия торможения направляется на нагрев тормозных колодок и дисков. В электромобилях электромотор может использоваться в качестве генератора для зарядки батареи. При сбросе педали акселератора электроника распознает замедление вращения магнитного поля относительно ротора и замедляет автомобиль. При этом педаль тормоза может использоваться лишь для полной остановки электрокара. Благодаря этому срок службы тормозных механизмов увеличивается в среднем в три раза.
Выгоден ли электромобиль
Этот вопрос интересует многих более всего, поэтому поговорим про экономическую состовляющую отдельно. Выгоду можно считать по разному и понятие это очень относительно. Чтобы как-то внести ясность по этому вопросу, решено было сделать калькулятор, позволяющий сравнить стоимость километра пути в городе на электромобиле и автомобиле на горючем топливе. Имейте ввиду, что калькулятор позволяет только примерно прикинуть разницу в стоимости километра, т.к. не учитывает некоторые незначительные факторы и технические особенности автомобилей, а также поломки, стоимость парковки, платных дорог и т.д.
Результат
Стоимость энергоносителя на километр пробега: горючего у автомобиля с ДВС: р.электроэнергии у электромобиля: р.
Расход электроэнергии Nissan Leaf первого поколения равен примерно 16 кВт/ч на 100км пути. Если заряжать электромобиль ночью по ночному тарифу электросчетчика и учесть отсутствие необходимости обслуживания ДВС, КПП, учесть льготы на налоги и парковки, то экономия при езде на электрокаре по сравнению с ездой на обычном автомобиле получается колоссальная!
Минусы электромобилей
Наряду с большим количеством преимуществ в эксплуатации электрокаров существуют и заметные недоработки, над устранением которых работают инженеры и конструкторы лучших автомобильных фирм:
Средний пробег, без дополнительной зарядки, у электрокара составляет 300 км. В совокупности с минимальным количеством зарядных станций это делает невозможным поездки на значительные расстояния. Пока электромобиль – сугубо городское авто.
Сеть заправочных станций по всему миру намного шире, чем зарядных. Отсутствие развитой инфраструктуры для обслуживания электромобилей создает значительные сложности в их эксплуатации. Бесплатно зарядить свой электрокар сейчас без проблем можно в Европе. Остальные регионы только осваивают это новое направление.
Заправить машину бензином можно за пять минут, а полностью зарядить аккумулятор электромобиля – за 8 – 10 часов. Временной фактор играет против электрического двигателя. Заряжать свою машину дома в ночное время накладно из-за высокой стоимости электроэнергии.
Подавляющее большинство существующих на сегодняшний день моделей электрокаров невелики по габаритам и вмещают двух пассажиров. Семье, имеющей детей, такой автомобиль не подойдет. Более вместительные машины потребуют и более сильного аккумулятора, а это увеличит стоимость авто и время зарядки.
Отсутствие массового конвейерного производства электромобилей и использование новейших разработок при проектировании влияет на цену. Эти машины ощутимо дороже своих бензиновых собратьев.
Для того, чтобы пересесть из кареты в автомобиль человечеству понадобилось несколько десятков лет. Электромобили постепенно входят в нашу жизнь, приобретая верных поклонников, становясь еще удобнее, экономичнее и безопаснее. Но если вы решили продать свой старый автомобиль и купить электрокар или более новую модель обычного авто, то вам потребуются наличные и быстро.
Минусы солнечной энергетики
В случае с солнечной энергией мы опять сталкиваемся с необходимостью вредного производства. Кроме того, что сами батареи уже требуют больших производственных мощностей, мы опять сталкиваемся с необходимостью накопления энергии.
Кроме этого, производство солнечных панелей пока достаточно дорогое. Эффективность, в свою очередь, хоть и выросла в последнее время, все равно недостаточна для полноценной замены других источников энергии. Именно поэтому полностью перейти на потребление возможно только в случае с небольшими домохозяйствами в солнечных регионах. В остальных случаях это только дополнение.
Рейтинг недорогих электромобилей на 2021 год в России
Ниже представлены электрокары, стоимость которых вполне по карману среднестатистическому автовладельцу в РФ. Ознакомившись с этим перечнем, вы узнаете, какую машину можете себе позволить, если желаете заботиться об окружающей среде и в вашем городе есть необходимая для того инфраструктура.
Peugeot e-208
Лучшее, что можно купить за 30 450 евро. Мощность силового агрегата в 136 л.с. и максимальная скорость в 150 км/ч вряд ли впечатлит вас, как и разгон до 100 км/ч за 8.1 секунды. Зато при емкости батареи в 50 кВт*ч машина заряжается за 465 минут и может проехать 340 км без необходимости «дозаправки».
Opel Ampera-e
Аккумулятор имеет емкость 60 кВт*ч, заряжается полностью за 555 минут. Зарядки хватает на 380 км езды. Максимальная скорость электрокара составляет 150 км/ч при мощности 204 л.с.
Качество комплектующих является чрезвычайно высоким, ведь данную модель выпускает американский бренд General Motors, крайне скрупулезно следящий за своей репутацией. Стоимость машины в России составляет не менее $43 000, что все равно остается заманчивым предложением в сравнении со многими другими на рынке.
Nissan Leaf
Один из самых популярных электромобилей на постсоветском рынке. Развивает скорость в 157 км/ч максимально. 218-сильный мотор дает разгон до 100 км/ч за 7.3 секунды.
Полная зарядка занимает 10 часов, что не очень удобно, хоть и емкость аккумулятора не так велика: 62 кВт*ч. Запас хода авто — 385 км. Стоимость новой машины — $31 000, зато б/у ее можно найти в несколько раз дешевле.
Renault Zoe
Французский продукт разгоняется крайне медленно (до «сотни» за 11.4 секунды), да и максимальной скорости его хватит только для поездок в мегаполисе вроде Москвы, где много пробок (135 км/ч). Это и неудивительно при двигателе в 109 л.с. Зато запас хода у него составляет 395 км, что очень неплохо для данного ценового сегмента. Большим плюсом является невероятно быстрая скорость зарядки — 180 минут.
Цена этого электрокара, в зависимости от новизны и комплектации, варьируется в диапазоне 7 000 — 35 000 долларов США.
Volkswagen ID.3
Первый электромобиль от известного автопроизводителя. Батарея на 82 кВт*ч заряжается за 495 минут и в случае необходимости позволяет без перерыва проезжать 550 км. Недостатком электрокара является не очень мощный двигатель: всего 204 л.с., разгоняющий всего лишь до 160 км/ч максимум. Стоит машина 40 600 долларов, что сравнительно немного и можно отнести к преимуществам.
SEAT el-Born
За 31 — 37.5 тысяч американских долларов можно приобрести электромобиль, заряжающийся за 375 минут и способный на максимальном объеме энергии проехать 420 км. Правда, максимальная скорость его будет всего 160 км/ч, но маневренность не разочарует, особенно если учесть, что до 100 км/ч он разгоняется ровно за 7 секунд.
Skoda Enyaq 80x
Этот полноприводный электрокар оснащен двумя моторами, суммарная мощность которых составляет 265 л.с. Конструкционно он многое взял от неэлектрических автомобилей марки Volkswagen, с которой «Шкода» тесно сотрудничает.
До 100 км/ч он разгоняется за 6.9 секунды. Аккумулятор емкостью 82 киловатт-часов заряжается за 495 минут и позволяет проехать без остановок 460 км. Цена машины достаточно высока, как для таких характеристик — 43 300 евро.
Tesla Model 3
При мощности силового агрегата 449 л.с. развивает скорость в 233 км/ч. На полное восполнение энергии в батарее емкостью 75 кВт*ч требуется 465 минут. На одной зарядке электрокар проезжает 560 км.
Модель может похвастаться способностью разгоняться до 100 км/ч за 4.6 секунды. При таких характеристиках стоит авто совсем недорого: $41 тысячу в США и не менее $55 000 в Российской Федерации.
Hyundai Kona Electric
Оснащается такой же батареей, как и большинство электромашин от Kia — на 67 кВт*ч. Но запас хода при полном заряде у этого корейского кара заметно выше — 480 км.
Время подзарядки составляет всего 420 минут, что на полчаса меньше, чем в среднем по рынку. К недостаткам можно отнести то, что быстрой езды на этом авто не получится: разгоняется до 100 км она 7.9 секунд, а максимальная ее скорость — всего 167 км/ч. Зато цена довольно демократичная: стартует от $36 000.
Kia e-Soul
Цена от 12 000 долларов (б/у) до 38 000 евро новой. Батарея на 67.1 кВт*ч заряжается за 630 минут и дает 452 км безостановочной езды при максимальной скорости 167 км/ч, которую способен развить мотор мощностью 204 л.с.
Разгоняется не очень быстро — лишь за 7.9 секунд может по прямой дойти до 100 км/ч, но за свои деньги это вполне неплохой вариант.
Диапазон расстояния
Многие электроавтомобили имеют стандартный диапазон преодоления расстояний на одном заряде батареи. Но водители отмечают, что эта цифра часто не соответствует реальному расстоянию, которое автомобиль преодолевает на одном заряде аккумулятора. Погодные условия играют значительную роль. Например, в мороз расстояние может сократиться на 40% даже при езде на средней скорости. Использование электромоторов может стать нецелесообразным для климата с холодной и долгой зимой.
Самый лучший на сегодня электромобиль, который предлагает Tesla — S 100D, может преодолеть максимальное расстояние на одном заряде аккумулятора 450 км. Но эта цифра ничтожна, если сравнивать максимальное расстояние, которое может проехать любой автомобиль на бензине. Кроме этого, модель S 100D пока является эксклюзивной разработкой. Среднее расстояние, которое преодолевают большинство электромобилей на одном заряде, не превышает 350 км.
Виды
Чтобы лучше разобраться в многообразии, которое нам дарит авторынок, стоит рассмотреть существующие виды электродвигателей для электромобилей.
Их можно условно классифицировать по типу тока:
- устройства переменного тока;
- конструкции постоянного тока;
- решения универсального образца (способны функционировать от постоянного и переменного тока).
Электродвигатели переменного тока делятся на группы:
- асинхронные – скорость вращения магнитного поля статора выше скорости вращения ротора;
- синхронные – частоты вращения магнитного поля статора и ротора совпадают.
С учетом используемого количества фаз, электрические устройства разделяют на: одно-, двух-, трехфазные.
Если привести реальные образцы, используемые известными автопроизводителями, то хороший пример применения трехфазного агрегата асинхронного типа – Volt от Chevrolet. Он является гибридным автомобилем. Пример трехфазного синхронного двигателя — i-MiEV от Mitsubishi. А этот автомобиль является исключительно электрическим.
Силовая установка Chevrolet Volt
Следует отметить, что у разных производителей разные двигатели, отличающиеся массой, мощностью, габаритами и прочими параметрами.
Есть еще одна классификация – по конструкции щеточно-коллекторного узла. Такие агрегаты бывают:
- Бесколлекторными. Представляют собой замкнутую систему, в которую входят: преобразователь координат, инвертор и извещатель положения.
- Коллекторными. Щеточно-коллекторный узел играет роль в такой конструкции одновременно и извещателя положения ротора, и переключателя тока в обмотках. В основном используется ток постоянной частоты.
Ротор электродвигателя
В конструкциях электромобилей зачастую задействуются коллекторные моторы, хотя есть примеры и с иными моделями. Как вариант — автомобиль «Санрейсер», в котором установлен как раз бесколлекторный двигатель от компании General Motors. При массе 3,6 кг его КПД составляет 92%.
Нельзя не отметить еще один тип двигателя, который используется в некоторых современных моделях авто. Это система мотор-колесо. Пример — спорт-кар Volage. В такой конструкции предусмотрена возможность регенерации энергии торможения. Для этого используется тяговый двигатель Active Wheel. Он весит всего 7 кг, что позволяет добиться приемлемой массы колеса – 11 кг.
Самой распространенной сегодня конструкцией является решение с питанием от аккумуляторной батареи. Она нуждается в регулярной зарядке, способной реализоваться за счет внешних источников, генератора в конструкции и рекуперации энергии торможения. Генератор действует от ДВС, поэтому такая схема работы уже не относится к чисто электрическим. Подобные машины называют гибридными.
История появления электромобиля
Первый прототип современного электрокара появился в 1841 году. Это была тележка с электрическим мотором. А вот первый автомобиль на электричестве, рассчитанный на двух пассажиров, был сконструирован инженером И.Романовым в 1899 году. Он был способен двигаться на скорости до 40 км/ч.
Начало 20 века ознаменовалось эпохой развития электрокаров. Так, в Америке около 100 тысяч автомобилей оснащались электрической системой управления, и это были не только легковые, но и грузовые автомобили и даже электробусы.
Первый автомобиль на электродвигателе, который смог развить скорость до 100 км/ч, носил название La Jamais Contente. Затем появились электрокары, развивавшие скорость вплоть до 130-140 км/ч.
Однако, несмотря на то, что первые электрокары стали достаточно скоростными, серьезной проблемой оставалась сложность зарядки электрических двигателей.
В середине 20 века интерес к электрическим автомобилям немного упал, однако с проявлением топливного кризиса в 70-х годах он вновь вспыхнул.
Преимущества и недостатки бензинового ДВС
Рассматривая, что выгоднее — электромобиль или бензиновый транспорт, необходимо рассмотреть слабые и сильные места потенциального «конкурента».
К плюсам бензинового ДВС стоит отнести:
Простая и проверенная временем конструкция. Все узлы уже отточены, а само устройство отличается повышенной надежностью.
- Более низкая цена. В вопросе стоимости бензиновый мотор выгоднее электрического, что делает такие автомобили более доступными для покупателей.
- Простота обслуживания. В случае поломки бензинового ДВС с его ремонтом не возникает трудностей, ведь все СТО с легкостью берутся за работу. При этом стоимость облуживания также будет ниже.
- Запас хода. В среднем одной заправки на бензине хватает на 400-600 км. Здесь многое зависит от расхода транспортного средства и размера бака.
- Простой обогрев. Особенность бензинового ДВС состоит в продуманной системе нагрева салона с минимальной нагрузкой на АКБ и внутренние системы. При этом сам прогрев занимает минимум времени. В отличии от работы печки электрокара.
- Быстрая заправка. Чтобы заправить бензиновый автомобиль, требуется не более пяти минут.
- Динамика и скорость. Классические ДВС, работающие на бензине, отличаются хорошими динамическими и скоростными качествами.
- Огромный выбор. В сравнении с электромобилем машины с бензиновым двигателем представлены в более широком ассортименте.
Минусы:
- Большие расходы на обслуживание и покупку горючего.
- Сравнительно небольшой ресурс силового агрегата.
- Необходимость постоянной замены свечей, масла и других комплектующих.
- Повышенная пожароопасность.
Минусы владения электромобилем
Однако не может быть все идеально. Как и у всего в этом мире, у электрокаров есть свои недочеты.
1. Главный недостаток – зарядка. Зарядные станции еще долго будут проигрывать по своему количеству привычным нам топливным АЗС.
Поэтому поиск нужной станции превращается в серьезную проблему. Конечно, электромобиль можно зарядить и от обычной розетки на 220 В, но такой способ наверняка займет уйму времени.
2. Этот недостаток непосредственно связан с первым. В силу своей особенности, многие электромобили способны проехать весьма ограниченное расстояние.
Существуют стандартные общепринятые промежутки, но, по словам владельцев, в холодное время года они могут сокращаться чуть ли не вдвое. При недостатке электроэнергии ничего уже не поделаешь, канистру из багажника достать не получится.
3. Последний существенный недостаток – цена. Именно из-за высокой цены в наше время далеко не многие люди могут приобрести электрокар. Остается надеяться, что с течением времени эти авто укрепят свои позиции, а ценники на них снизятся.
Автомобиль с электромотором, конечно, более экологичный по сравнению с обычным, имеющим двигатель внутреннего сгорания.
Основными факторами, которые сдерживают массовое использование электрокаров, являются их цена и сложность использования. Но имеющиеся у них преимущества говорят о том, что в будущем электромобили имеют шанс вытеснить привычные авто на сгораемом топливе.
