Электромобиль своими руками: как, зачем и сколько это стоит

Электромобиль своими руками: как, зачем и сколько это стоит

Сегодня электротранспорт подается маркетологами, как носитель самых прогрессивных технологий в автомобилестроении. И многие уверены, что электромобиль может быть либо дорогим, как Nissan Leaf или Mitsubishi i-MiEV, либо очень дорогим – как Tesla. Однако члены дружного сообщества электромобилистов-самодельщиков знают, что это не так! В простейшем рукотворном варианте «машина на батарейках» значительно дешевле своих промышленных аналогов и не требует инновационных технологий и материалов. Поэтому немало элементарных электромобилей ездит рядом с нами по дорогам под личиной обычных бензиновых моделей – просто мы об этом не знаем!

«Электромобиль версии 1.0» – машина базового уровня, сделать которую может за полгода в гараже фактически любой рукастый мужик, умеющий ремонтировать автомобиль и обладающий начальными знаниями в электротехнике. Цель этой статьи, конечно же, не вручить читателю четкую инструкцию по применению, а дать, как сегодня модно говорить, «дорожную карту» понимания того, что электромобиль – это просто! Рассказал «Колесам» об этом один из самых авторитетных российских электромобилистов-самодельщиков Игорь Корхов, администратор крупнейшего тематического форума electrotransport.ru, успешно строивший законченные конструкции собственных электромобилей, а в данный момент ездящий на модернизированой Lada Ellada.

Кузов

Из чего состоит электромобиль начального уровня, который несложно построить на гаражном «стапеле»? Кузов от машины-донора с рулевым управлением, подвеской, трансмиссией и тормозами, электродвигатель постоянного тока, агрегатированный со штатной ручной КПП, пакет батарей с контроллером, педаль акселератора, от которой контроллер получает сигнал и ряд вспомогательных узлов, которые можно даже привносить в конструкцию не сразу, а позже – после первых пробных выездов, коих с таким нетерпением ждет душа гаражного инженера…

В качестве кузовного донора, как правило, берут переднеприводную машину, чтобы не терять энергию на трение в крестовинах кардана и гипоидной передаче заднего моста. Стараются найти машинку полегче, в идеале до 600–700 килограммов, хотя это не всегда удается – большинство авто избыточно тяжелы с точки зрения постройки электромобиля. В свое время весьма популярна среди гаражных электромобильщиков была Таврия – кузов легкий и отменная «катучесть» – на ровной дороге можно было буквально пальцем толкать! Но Таврии почти все, увы, сгнили уже. Популярны Golf-ы первого–второго поколения, Daihatsu Mira и тому подобные небольшие машинки. «Катучесть» стараются увеличивать за счет особых шин – так называемых «зеленых»: узких и допускающих давление 2,7 и более атмосфер для устранения потерь на деформацию резины.

Двигатель

Я видел, как на машине со снятым двигателем к первичному валу ручной КПП подключали мощный шуруповерт, выводили в салон управление его кнопкой включения и фактически получали за полчаса электромобиль! Да, курьезный, да, едущий не быстрее пяти километров в час, но, в сущности, неплохо демонстрирующий простоту и работоспособность конструкции «варианта 1.0»! Все это, разумеется, из области «механики шутят», но принцип, в общем, сохраняется.

Самыми распространенными двигателями для самоделок начального уровня были и по-прежнему являются тяговые моторы ДС-3.6 от болгарских вилочных складских электропогрузчиков типа «Балканкар EB-687». Это двигатели последовательного возбуждения, питающиеся постоянным током с напряжением 80 вольт, мощностью 3,6 киловатта. Выглядит такой мотор, как цилиндрический бочонок, весит 66 килограммов. Это далеко не самый лучший по характеристикам массы и экономичности мотор, но он легкодоступен и популярен у начинающих конструкторов электромобилей. Приобрести такой «движок» можно в меру своего везения – кому-то он перепадет за спасибо, кто-то найдет за 5–10 тысяч рублей. В принципе, такая стоимость оправдана – мотор не скоростной, но имеет великолепный крутящий момент, вытягивает на любую горку даже на третьей передаче, прост в монтаже, неприхотлив.

Трансмиссия

В «Варианте 1.0» не встретишь мотор-колес и прочих прогрессивных электромобильных «нанотехнологий». Делается, как проще, а проще всего срастить электродвигатель с уже существующей на автомобиле-доноре трансмиссией – ручной КПП с главной передачей и дифференциалом, через ШРУСы переднего привода со ступицами и передними колесами. — Собственно, корзина и диск сцепления, его привод (гидравлический или тросовый), да и сама левая педаль удаляются – это лишний вес, и они нам больше не нужны. – рассказывает Игорь Юрьевич, — Переключать скорости мы, правда, все же будем – но редко и без разъединения валов мотора и КПП – просто втыкая передачи рукояткой коробки. Включается нужная передача без сцепления совершенно спокойно как перед началом движения, так и на ходу: бросаешь газ, подводишь рукоятку КПП, синхронизаторы срабатывают – и едем дальше.

Третью передачу используем для езды по городу, четвертую – по загородной трассе, вторую – по буеракам. Первая вообще никогда не используется, момент на колесах такой, что их просто прокручивает при легком касании акселератора!

Чтобы установить электромотор под капот, нужны две основные «хендмейд»-детали: переходная плита и переходная втулка, с помощью которых электродвигатель соединяется с «родной» ручной коробкой передач автомобиля. Плита соединяет электромотор и КПП, а втулка – вал мотора и первичный вал КПП.

Плита легко делается своими руками из толстолистовой стали или алюминия – достаточно наличия слесарных навыков среднего уровня, болгарки и дрели.

Переходную втулку, соединяющую валы электромотора и КПП, также сделать несложно с помощью дяди Васи-токаря и сварки – с одной стороны втулка должна совмещаться с валом электродвигателя, а с другой к ней приваривается шлицевая часть, вырезанная из диска сцепления той коробки, с которой мы соединяем электромотор.

Батарея

Батарея для электроавто — только литий-железо-фосфат, иных вариантов нет! Про стартерные свинцовые батареи, кажущиеся привлекательными для начала, «на попробовать», забудьте сразу и навсегда – они категорически непригодны, просто деньги на ветер. Несколько зарядок-разрядок – и аккумуляторы отправятся в пункт приема цветмета! Тяговые свинцовые батареи тоже долго не живут, поскольку при их массе емкость всегда будет недостаточной, а это означает избыточно большой потребляемый ток в расчете на одну батарею. При таких токах не держится и тяговый свинец. Так что исключительно «лиферы», хотя это и недешево.

В свое время через свинец многие проходили – и я в том числе. Сейчас такие ошибки повторять никакого смысла нет. Стартерные батареи у меня начали помирать через пару месяцев, еле успел распродать за полцены, пока не потеряли емкость. Потом одно время использовал герметичные батареи от питания телекоммуникационных систем (источники бесперебойного питания сотовых вышек) – хватало на сезон, начинало расти внутреннее сопротивление… Поэтому, как только появился широкодоступный литий-феррум, все перешли на него. Лучшая удельная плотность энергии, умение отдавать и принимать большие токи, долговечность, морозостойкость. Но цены пока высоки, и батарея является самым дорогим узлом электромобиля – это нужно учитывать самодельщику…

Упрощенный расчет параметров и стоимости батареи выглядит так: предположим, что нам надо набрать 100-вольтовую батарею – на такое напряжение рассчитано довольно много моторов. Напряжение одной «лифер-банки»–- 3,3 вольта: значит, нам нужно соединить последовательно 30 банок. Но второй важный параметр батареи – емкость. Поскольку «банки» одинаковые, емкость одной = емкость всей батареи. «Банка» хорошего качества стоит примерно 1,5 доллара за 1 ампер-час, а 30-амперчасовая батарейка начального уровня обеспечит машине весом до тонны 25–30 километров запаса хода.

Считаем:

30 ампер-часов х $1,5 = $45 за одну банку $45 х 30 банок = $1350 $ за всю батарею

В общем, батарея небюджетна, и это лишь емкость, пригодная для первых экспериментов – по-хорошему, её нужно увеличивать хотя бы вдвое.

Заряжают аккумуляторы электромобиля чаще всего полусамодельными зарядными устройствами, сделанными на основе дешевых списанных блоков питания, насыщавших резервные аккумуляторы на базовых станциях сотовой связи – там они работают совместно с 48-вольтовыми свинцовыми батареями. Таких блоков нужно две штуки – их соединяют последовательно, внутренняя регулировка позволяет поднять напряжение каждого до 64 вольт и зарядить батареи для большинства распространенных электромоторов, используемых EV-самодельщиками.

К слову, штатный 12-вольтовый аккумулятор, как правило, остается на своем месте – от него удобно питать разные штатные же потребители – звуковой сигнал, стеклоочистители, стеклоподъемники, «музыку», свет и т. п. Позже, в качестве одного из первых апгрейдов, его можно заменить на DC/DC конвертер ватт на триста, делающий 12 вольт из 100.

Прочие узлы

Собственно, помимо мотора, трансмиссии и батареи в простейшем электромобиле имеется еще ряд узлов – как необходимых, так и устанавливаемых по желанию. Категорически необходимым является, конечно же, контроллер управления двигателем. В простейшем варианте он может быть изготовлен самостоятельно на относительно недорогих и широко распространенных деталях, а датчиком педали газа послужит датчик угла поворота дроссельной заслонки от инжекторного ВАЗа. Можно купить контроллер у отечественных самодельщиков, выписать фабричный из Китая или заказать с eBay бэушный брендовый блок от Curtis – обойдется модуль в 250–300$.

Дополнительных узлов, которые не являются обязательными для пробной (а то и вообще!) поездки – немало. Например, печка, из которой выкидывается жидкостный радиатор и устанавливается вместо него электрический ТЭН. Или, скажем, вакуумный насос для усилителя тормозов. Поскольку двигатель внутреннего сгорания на машине отсутствует, исчезает и разрежение впускного коллектора, необходимое для работы вакуумного усилителя тормозов. Поэтому многие самодельщики ставят электрические вспомогательные насосы ВУТ, заимствованные от машин типа Volvo XC90, Ford Kuga и т. п.

Впрочем, все зависит от проекта – на легком электромобиле даже апгрейд тормозов делают далеко не все, поскольку роль «вакуумника» отчасти выполняет рекуперативное торможение двигателем, да и немало машин с завода не имели вакуумного усилителя в принципе, вполне неплохо тормозя. Без него, к примеру, производились не только небезызвестный ВАЗ-«копейка», но и Таврия, Ока в некоторые годы и так далее.

Цены и деньги

Машина-донор, электромотор, контроллер – все это гибко варьируется и здесь можно «кроить» в меру хитрости и желаний. Можно купить автомобиль-донор тысяч за 100–150 в приличном состоянии по кузову, можно тысяч за 50 – но с необходимостью жестянки, сварки, малярки. Можно купить электродвигатель от престарелого болгарского погрузчика, а можно подержанный или новый американский мотор, спроектированный специально для электромобилей. Можно приобрести промышленный контроллер управления тягой двигателя, а можно спаять и самому, если есть навыки. То же самое касается и всего остального, кроме батареи. Тут особенно «скроить» ничего не удастся: цены на новые литий-феррум банки везде приблизительно одинаковые, вопрос в емкости. Хорошая 80–100-вольтовая батарея на приблизительно сто километров пробега обойдется по сегодняшним деньгам в 4–5 тысяч долларов. Можно, конечно, начать с малоемкого аккумулятора с перспективой наращивания (ведь даже короткая первая поездка воодушевляет и дает понимание, что трудишься не зря!), но надо понимать, что маленькую емкость нужно как можно скорее увеличивать, поскольку её недостаток ведет к повышению тока отдачи от каждой отдельной банки вплоть до опасных ударных величин, укорачивающих им жизнь… Пока будешь рассусоливать с покупкой второй половины, умрет первая.

Так выгодно ли строить электромобиль? Даже опытный самодельщик и фактически гуру гаражного EV-строения Игорь Корхов считает, что на первом месте тут все же хобби, а «обмануть систему» можно лишь весьма условно — это будет граничить с самообманом. Дело в том, что конечный результат нельзя оценивать чисто по стоимости пройденного километра, как многим кажется – приходится брать в расчет и комфорт, и функциональность, и безопасность машины, и просто ощущение от того, чем владеешь. Вот, допустим, новая бензиновая Лада Гранта — стоит она от 360 тыс. рублей, что приблизительно равняется 5 500 $. Самый бюджетный электромобиль на базе какого-нибудь VW Golf ранних поколений обойдется в столько же по комплектующим – плюс время, просиженное на тематических форумах, и вложенный собственный труд. В результате на одной чаше весов – пусть и отечественный, но пахнущий новизной и беспроблемный автомобиль на гарантии, а на другой – немолодой и внешне потрепанный «электросамопал» в стадии бесконечной доделки, без возможности дозаправки топливом в пути, в первое время (а то и навсегда) без кондиционера, усилителя тормозов и тому подобного.

Ну или, скажем, следующая планка — Hyundai Solaris. Новым он стоит от 600 000 рублей, что составляет около 9 200 $. Подобную же сумму придется затратить, если строить электромобиль на базе более-менее свежего кузова иномарки, который прилично выглядит снаружи и имеет не убитый салон, купив к этому кузову хороший американский электромотор, надежный фирменный контроллер Curtis и набрав емкую батарею. Однако на выходе – в общем-то, почти то же самое, что и в первом случае… У Соляриса в козырях максимальная скорость и динамика, возможность пополнять запас топлива повсеместно, а не только в личном гараже, где есть розетка, все преимущества новой и надежной машины с массой функциональных удобств, гарантии и прочее. Самоделка же, пусть и более приличная внутри и снаружи, остается самоделкой – машиной с существенными ограничениями по дальности пробега и возможности заправки, вечным конструктором, тренажером для рук и ума.

Выводы

С точки зрения приложения рук и ума для человека, любящего автомобили и технологии, постройка электромашины, безусловно, оправдана! Хобби это, конечно, затратное, но все познается в сравнении — причем, в сравнении не с олигархическими крайностями вроде коллекционирования яичек Фаберже, а со вполне распространенными и массовыми техническими прикладными увлечениями. Скажем, любителю рыбалки средненькая надувная лодчонка с подвесным двигателем известной марки сил эдак в десять выльется как минимум в две трети простейшего электромобиля.

Хороший квадрокоптер с камерой стоит не меньше. На этом фоне постройка электромобиля ничуть не выделяется – нормальная такая мужская забава…

Не меньшая привлекательность постройки электромобиля «Версии 1.0» в том, что результат достижим для многих, а не только для избранных — не надо быть «инженером 80-го уровня», чтобы сочленить электродвигатель с КПП, проложить силовую и управляющую проводку и разместить в багажнике батареи. В простейшем варианте конструкции да с многочисленными советами отзывчивого электромобильного коммьюнити в интернете работа будет приятной и почти наверняка успешной.

Однако, пока не подешевели эффективные батареи и не распространились недорогие комплекты тяговых моторов и контроллеров, как это произошло с китами для электровелосипедов, электромобиль гаражной постройки в отношении стоимости эксплуатации вряд ли будет серьезным конкурентом бюджетным бензиновым авто и тем более – газифицированным машинам… В случае стремления к экономии вложиться в установку пропанового газового оборудования – проще и выгоднее…

Фото любезно предоставил американский самодельщик Брюс, тщательно документировавший все этапы постройки в домашних условиях своего электромобиля на базе пикапа-хэтчбека Suzuki Mighty Boy 1985 года.

Виды двигателей для электромобиля

Наверное, каждый слышал, что жидкое топливо имеет ограниченный ресурс и в скором времени мы его исчерпаем. Вот почему многие производители автомобилей занялись разработками электрокаров. Двигатель для электромобиля имеет свои преимущества и недостатки: сравним его с ДВС и узнаем, можно ли купить электрический мотор и по какой цене.

Как устроен электрокар

Долго говорить об устройстве электрокара не придется, так как это обычное транспортное средство, в котором двигатель внутреннего сгорания (бензиновый или дизельный) заменен электромотором. Конечно, это повлекло некоторые изменения в механизмах управления, но суть осталась прежней.

Наверное, самым наглядным примером является электромобиль — это фактически тот же автомобиль, но только на электрической тяге. Узнайте подробнее, какое устройство электромобиля.

Что такое тяговый электромотор

Тяговый электропривод — это индукционный мотор, который предназначен для приведения в движение транспортного средства, независимо от его предназначения и габаритов. Подобными двигателями оснащены уже давно привычные нам транспортные средства:

• погрузчики на складах;
• троллейбусы;
• локомотивы (поезда);
• трамваи.

Относительно недавно такие агрегаты стали применяться и в гражданском автомобилестроении. Причем стоит отметить, что принципиально сами моторы не изменились: в зависимости от потребностей меняться может лишь размер и мощность устройства.

Тяговые электродвигатели для электрокара представляют собой мощные электрические моторы, которые в силу своих технических данных имеют некоторые конструктивные отличия от обычных двигателей:

• индивидуальные способы крепления и усиленные крепежи;
• место для размещения;
• многогранные станины;
• увеличенные габариты;
• большой вес.

Тяговый электрический привод в силу того, что чаще всего используется в городских пассажирских транспортных средствах, должен быть рассчитан на эксплуатацию в довольно сложных погодных условиях – дождь, пыль, грязь, высокие и низкие температуры.

Все это делает обязательным наличие дополнительных способов защиты: тепло- и гидроизоляции.

Особенности тягового мотора:

• Якорь состоит из:
  • сердечника,
  • обмотки,
  • вала,
  • коллектора.

  Теперь рассмотрим принцип действия электромотора. Если в двух словах, то при подаче на обмотку статора образуется сильное вращающееся магнитное поле, которое наводит ток в короткозамкнутой обмотке ротора. Такое воздействие заставляет ротор вращаться. И чем сильнее магнитное поле, образуемое статором, тем мощнее будет сила вращения – так называемый крутящий момент.

  Моторы для электрокаров

  

  Существует большое количество разных разработок электрических моторов, которые отличаются между собой по множеству параметров. Иногда эти отличия весьма разительны.

  Есть разделение по принципу работы:

  • По типу тока – переменный, постоянный или гибридный. Они, в свою очередь, могут разделяться на такие типы:
    • синхронный;
    • асинхронный;
    • шаговые и сервоприводы – как правило, используются в промышленных станках для точного позиционирования рабочего инструмента.
    • коллекторный и безколлекторный.

    Каждый из этих приводов имеет свои особенности, которые определяют область применения. Поэтому давайте рассмотрим их подробнее.

    Отличия по типу тока

    Как мы знаем, существует два типа тока: переменный и постоянный.

    По сути, такие моторы работают по схожим принципам: все отличия заключаются в способе питания привода. А он, в свою очередь, определяет некоторые особенности:

    Электродвигатель постоянного тока имеет возможность более плавного и точного регулирования оборотов. А еще более высокий КПД, что очень важно в автомобилях. Но такой тип привода имеет и более высокую стоимость. Конструктивная особенность в том, что обмотка находится на роторе (он же называется якорем), который является подвижной вращающейся частью.

    

    Двигатель переменного тока устроен так: обмотка мотора расположена на статоре. Причем между статором и ротором есть воздушный зазор, величина которого определяет другие дополнительные особенности привода. По большей части эти устройства нашли признание благодаря весьма простой конструкции.

    Они разделяются на два типа:

    • Однофазный привод не имеет начального пускового момента, поэтому по большей части используется в бытовых приборах. Направление вращения определяется внешними силами в момент запуска.
    • Трехфазные разделяются на два подвида:
      • с короткозамкнутым ротором;
      • С фазным ротором.

      Именно трехфазные электроприводы могут быть синхронными и асинхронными. Как раз асинхронный мотор с короткозамкнутым ротором получил наибольшее распространение.

      Существуют универсальные приводы. В последнее время именно они вытесняют традиционные моторы постоянного и переменного тока.

      Суть универсальных приводов заключается в том, что вся работа контролируется платой управления. Такие двигатели называются ЕС (англ. electronically communicated). Ротор такого привода имеет постоянные магниты, а статор оснащен набором неподвижных катушек. Подключение осуществляется при помощи электронных схем: они могут переключать фазы в неподвижных катушках, что помогает поддерживать вращение ротора.

      В нужный момент плата управления подключает подачу постоянного тока в определенной полярности. Это увеличивает точность электромотора. Благодаря такой конструкции и внешнему управлению двигатель ЕС не имеет ограниченной синхронной скорости вращения.

      Особенности мотора-колесо

      

      Мотор-колесо уже давно известен, однако не получал применение в автомобилях в силу некоторых ограничений того времени. Относительно недавно была применена новая технология пусковой обмотки, благодаря чему получилось достичь высокого пускового момента.

      Современное мотор-колесо для электромобиля имеет несколько преимуществ:

      • Устойчивость к перепадам температур.
      • Простота и дешевизна в производстве (сборке).
      • Низкий уровень шума при работе и малый вес.
      • Надежность и долговечность.
      • Простота в обслуживании.

      По большей части это электродвигатели российского производства, так как изначально они были придуманы в РФ ученым Дуюновым, затем модернизированы.

      Мотор-колесо состоит из тех же компонентов, что и обычный электродвигатель:

      • ротор с магнитами;
      • статор с катушками.

      На статор подается электричество, которое при помощи катушек создает магнитное поле, воздействующее на магниты ротора, заставляя их вращаться. При этом все компоненты спрятаны внутри колеса.

      Внутри ближе к центру оси располагается неподвижный статор с множеством катушек. Вокруг него подвижная часть – ротор с магнитами. Это традиционное расположение, но существуют варианты и с обратным порядком, когда вращающаяся часть находится внутри, а вокруг ротора располагается неподвижный статор. Такая конструкция имеет определенные преимущества, но реализовать ее технически сложнее.

      

      Особенности электромотора

      Можно выделить много положительных качеств, присущих электродвигателям:

      • экологичность,
      • экономичность,
      • низкий уровень шума,
      • простота в обслуживании,
      • долговечность.

      К особенностям же можно отнести два наиболее важных показателя:

      • высокий крутящий момент,
      • неограниченное количество оборотов, что позволяет полностью исключить потребность в КПП.

      Именно от этих параметров и зависит мощность автомобиля и его скорость. Конечно, есть и другие параметры, такие, как дальность пробега, надежность, легкость в обслуживании и многое другое. Но в первую очередь принимается во внимание именно крутящий момент и скорость вращения привода.

      Крутящий момент

      Тяговый показатель двигателя определяет мощность мотора. Измеряется данный показатель в ньютонах на метр (Hm).

      Если говорить об электродвигателях, то современные приводы имеют весьма высокую мощность при относительно низком потреблении.

      В целях экономии пространства и снижения веса автопроизводители стараются не оснащать машины слишком мощными приводами и большими аккумуляторами. Но даже в таком случае крутящий момент весьма высок.

      Расчет электродвигателя включает в себя в первую очередь именно крутящий момент.

      Если быть конкретнее, то минимальный показатель для электромобиля будет составлять около 170 Hm. Максимальный показатель может достигать и 10 000 Hm, как, например, у Tesla Roadster. Но такие характеристики стали возможными благодаря использованию КПП.

      В большинстве случаев коробки переключения передач в электрокарах не используются, поэтому крутящий момент колеблется в диапазоне от 280 Hm до 600 Hm, чего более чем достаточно.

      Количество оборотов

      Как мы уже выяснили, электромотор обладает высоким потенциалом и отличной мощностью, а также имеет большое количество оборотов. Причем, как правило, количество оборотов ограничивается искусственно – платой управления. И это также является одним из преимуществ электрического привода в автомобилях. Конечно, все зависит от того, какого типа мотор будет установлен, какие аккумуляторы будут использоваться, и от других параметров.

      На сегодняшний день количество оборотов асинхронного мотора, который используется в Tesla S, достигает 16 000 Обмин. В зависимости от производителя и типа двигателя данный показатель может изменяться, и, как правило, колеблется в пределах от 14 000 до 18 000 оборотов.

      Коллекторный и бесколлекторный приводы

      Для подачи питания на движущуюся часть двигателя (якорь) была разработана такая схема:

      • На якоре все катушки соединяются с группой контактов, которая называется коллектором.

      

      • Коллектор (подвижная деталь) соединяется со статичной частью мотора через так называемые щетки. Это графитовые контакты, которые пружинами придавливаются к коллектору. При этом коллектор может свободно вращаться, не теряя контакта со щетками.

      Конечно, в этой конструкции есть несколько недостатков:

      • При резких перепадах напряжений (при старте или остановке) возникают довольно мощные искры.
      • Щетки со временем стираются и их надо заменять. По сути это расходный материал.
      • Количество оборотов ограничено.

      Бесколлекторные электродвигатели (БД) лишены таких недостатков. Поэтому они получают все большее распространение и все чаще производители электрокаров обращают на них свое внимание. К таким моторам относятся современные универсальные приводы с электронным управлением.

      Электропривод и ДВС при минусовой температуре

      Каждый автовладелец сталкивался с проблемой, когда ДВС сложно запустить на сильном морозе. И это объясняется рядом факторов:

      • ДВС имеет множество трущихся деталей. При отрицательных температурах металл сжимается, и силы трения увеличиваются.
      • Масла при низкой температуре загустевают.
      • Емкость аккумулятора и его ударный ток снижаются при низких температурах.
      • Топливо может загустеть при большом морозе (особенно дизельное).

      Все эти недостатки не касаются электропривода, так как в нем практически нет трущихся деталей, за исключением нескольких подшипников. А источником энергии для такого привода является аккумулятор, который расположен в теплоизолированном месте под салоном автомобиля.

      Самый популярный электродвигатель

      

      Выше мы в целом рассмотрели, какие применяются электродвигатели для электрокаров. Все они имеют плюсы и минусы. Но если говорить о промышленных масштабах, то здесь неоспоримое лидерство получили агрегаты с электронным управлением: они лишены большинства недостатков, вобрали в себя лучшие качества всех видов и являются оптимальным решением.

      Конечно, такой электромотор для электромобиля имеет наиболее высокую стоимость, но она вполне оправдана получаемыми характеристиками.

      Стоимость приводов для электрокаров

      Цены на двигатели для электромобилей разнятся из-за конструктивных отличий моторов, характеристик используемых материалов. Стоимость может колебаться от 1500 до 5 000 американских долларов.

      Многое зависит от технических характеристик:

      • мощность (W),
      • крутящий момент,
      • тип мотора,
      • напряжение и многое другое.

      Более того, электродвигатели, которые используются при изготовлении электрокаров, не продаются в обычных магазинах. Купить двигатель такого типа можно только по индивидуальному заказу. В остальных случаях они поставляются оптом на автомобильные заводы.

      В заключение

      Новые разработки двигателей для электромобилей позволили достичь небывалых результатов:

      • Крутящий момент максимален сразу с момента запуска.
      • Нет трущихся деталей.
      • Малые размеры.
      • Надежность и долговечность.
      • Низкий уровень шума.
      • Исключено негативное влияние на экологию.
      • Широкий диапазон управления оборотами позволяет полностью убрать коробку переключения передач.

      И это далеко не весь список достоинств. Однако двигатель для электрокара имеет два довольно существенных минуса:

      • Малая дальность пробега без подзарядки.
      • Нет оборудованных станций для заряда аккумуляторов.

      Эти проблемы решаемы и минимизируются уже сегодня: разрабатываются новые технологии, позволяющие увеличить дальность пробега, создаются станции заряда электрокаров.

      Электродвигатели бывают разные. Какие ставят в электромобили

      

      Атмосферные двигатели внутреннего сгорания — классика. Но есть агрегаты с турбонаддувом, прямым, непрямым и косвенным впрыском. Бензин и дизель — ещё одно масштабное разделение. Подобную классификацию можно развивать очень долго, но речь сейчас не совсем об этом. Дело в том, что в электромобилях также используется широкое разнообразие двигателей, о чем осведомлены далеко не все. Причина его возникновения очень проста — идеальный агрегат пока не придумали. В каждом варианте есть свои сильные и слабые стороны, на которые ориентируются производители. Только они решают, какой именно выбрать, и развивают его по мере инженерных возможностей.

      Общее устройство электрического транспорта

      В современных электромобилях используются двигатели переменного тока разных видов. Впрочем, прежде чем переходить к их различиям важно разобраться в общем устройстве оборудования — можно на примере BMW i3. Через розетку (1) электромобиль заряжается переменным током. Так как аккумулятор (6) хранит энергию в виде постоянного напряжения, ток выпрямляется (2) и попадает в него только после этого. Однако тяговый электрический двигатель (3) питается переменным током, поэтому между ним и элементами питания есть инвертор, а также система управления (4). В зависимости от модели также используется вспомогательное оборудование — в данном случае: электрический компрессор системы охлаждения (5) и система подогрева аккумуляторной батареи (7). Всё это вкупе называется системой электродвижения.

      

      Классический асинхронный электродвигатель

      Асинхронный электродвигатель не новинка. Его практически одновременно изобрели два независимых исследователя: Никола Тесла и Галилео Феррари. Судя по всему, первым в фактическом плане был именно итальянец, который придумал его в 1885-м. Но в юридическом смысле победителем из этой негласной гонки вышел Тесла — он запатентовал изобретение в 1888 году. Подобное свершение оказалось одним из самых значимых событий своего времени — оно влияет на жизни каждого из нас до сих пор. Без асинхронных электродвигателей вообще очень сложно представить повседневную жизнь. Они используются во многих бытовых приборах, а также активно применяются в промышленности.

      Все электродвигатели состоят из двух базовых частей. Статическую называют статором, вращающуюся — ротором. В случае с асинхронным двигателем статор представляет собой магнитопровод, набранный из листов электротехнической стали, с пазами, в которых проложены медные обмотки. Они запитаны трёхфазным переменным током, который преобразовывается из хранящегося в аккумуляторе постоянного. В общем виде ротор может быть короткозамкнутым или фазным. В любом случае создающееся в статоре вращающееся магнитное поле индуцирует в роторе электродвижущую силу и, как следствие, ещё одно магнитное поле.

      Магнитное поле в роторе отстаёт от магнитного поля в статоре. Между ними создаётся сила, которая вращает движущуюся часть электродвигателя. Она называется силой Лоренца. Движение ротора передаётся на систему уменьшения усилия (по примеру коробки передач в автомобилях с двигателем внутреннего сгорания) и попадает на колёса электрического транспортного средства.

      Асинхронным данный тип электродвигателя называется как раз из-за разницы в скорости магнитных полей, которые образовываются на статоре и роторе. Когда водитель нажимает на педаль акселератора, магнитное поле ротора отстаёт от статора. Другими словами, вращающееся на статоре магнитное моле утягивает за собой ротор, в котором наводится магнитное поле. Когда транспортное средство замедляется, двигатель работает в роли генератора — в данном случае вращающееся магнитное поле ротора обгоняет аналогичную силу в статоре. Эта разница между частотой вращения магнитного поля и ротора называется скольжением. Благодаря ей асинхронный двигатель и получил своё название.

      

      Типичная эффективность трёхфазного асинхронного электродвигателя, используемого в автомобильной промышленности, достигает 90%. Из-за максимальной прочности, предельной простоты, невероятной долговечности и нетребовательности к материалам в промышленности используются исключительно асинхронные двигатели. У асинхронных двигателей относительно небольшой момент при пуске. Однако благодаря лёгкости пуска и регулирования подобные силовые установки нередко применяются для приведения в движения передних колёс полноприводных электромобилей.

      ⊗ Модели:

      • Mercedes-Benz EQC;
      • внедорожник Audi e-Tron;
      • многие модели VW Group (на передней оси);
      • Tesla Model S, 3, X и Y (на передней оси).

      ⊕ Плюсы:

      • сравнительно достойная эффективность;
      • низкая стоимость производства;
      • отсутствие необходимости в редкоземельных материалах.

      ⊖ Минусы:

      • высокая потребность в охлаждении;
      • низкая мощность в расчёте на размер;
      • отставание от других электродвигателей по эффективности.

      Синхронный электродвигатель на постоянных магнитах

      Фундаментальное различие между асинхронными и синхронными электродвигателями следует из названия — магнитные поля в синхронном электродвигателе всегда вращаются на одной частоте. Синхронные двигатели бывают с разными роторами. В случае с двигателем на постоянных магнитах именно они и создают магнитное поле в роторе. В синхронных электродвигателях с постоянными магнитами присутствуют собственное вращающееся магнитное поле, которое этими самыми магнитами (они находятся в роторе) и создаётся. Собственно, отсюда и название данного типа силовых агрегатов. Вращающиеся магнитные поля ротора и статора в таких электродвигателях синхронизированы и пресловутого скольжения, которое присуще асинхронным агрегатам, здесь нет.

      Постоянные магниты в роторе — ключевой элемент, который даёт возможность уменьшить габариты электродвигателя в пересчёте на мощность. Это значительно повышает эффективность всей силовой установки в целом. Высокая мощность при минимальных габаритах позволяет использовать синхронные электродвигатели в гибридных транспортных средствах, которые крайне сильно ограничены по свободному пространству из-за использования двигателей внутреннего сгорания, коробки передач, а также других сопутствующих компонентов. Кстати, дополнительный силовой агрегат в данном случае обычно устанавливают в трансмиссию.

      

      Однако у любого синхронного двигателя есть особенности, следующие из принципа действия. Для пуска такого двигателя необходимо подавать на ротор переменный ток с нарастающий частотой, от 1 Гц и до номинального значения (частотный пуск). Для этого требуется дополнительное оборудование, благо с развитием силовой полупроводниковой техники с этим нет никаких проблем. Также электродвигатель на постоянных магнитах сложнее регулировать, так как невозможно уменьшить или увеличить поле от постоянных магнитов.

      Постоянные магниты для синхронных электродвигателей изготавливаются из редкоземельных материалов, добычу которых контролирует преимущественно Китай. У мирового сообщества есть вопросы по поводу этических аспектов данного процесса, поэтому многие топовые производители транспортных средств пытаются минимизировать использование в них подобных компонентов. Впрочем, синхронные двигатели с постоянными магнитами от этого не становятся менее эффективными. По данному показателю оно достигает 94–95%. Если электромобиль проектируется для использования с одной силовой установкой, обычно выбирают синхронный вариант.

      ⊗ Модели:

      • Hyundai Ioniq 5;
      • Kia EV6;
      • Porsche Taycan;
      • Jaguar i-pace;
      • спорткар Audi e-tron GT;
      • многие модели VW Group (на задней оси);
      • Tesla Model S, 3, X и Y (на задней оси).

      ⊕ Плюсы:

      • максимальная эффективность;
      • низкая потребность в охлаждении;
      • высокая мощность в расчёте на размер.

      ⊖ Минусы:

      • высокая стоимость производства;
      • теоретическая опасность размагничивания.

      Синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения

      Синхронные двигатели на постоянных магнитах обеспечивают наивысшую эффективность. Впрочем, важно понимать, что для их производства нужны редкоземельные материалы. С одной стороны, это значительно повышает финальную стоимость самой силовой установки. С другой стороны, возникают нежелательные этические вопросы, которые неприемлемы для многих топовых производителей электрокаров. Чтобы отказаться от редкоземельных материалов, некоторые вендоры, среди которых BMW, Renault и Smart, используют синхронные электродвигатели с обмоткой возбуждения.

      

      Ротор такой синхронной машины содержит не постоянные магниты, а стальной магнитопровод и медные обмотки. На них подаётся постоянное напряжение, в результате чего появляется магнитное поле. Для подачи напряжения используются щётки, скользящие по кольцам. Коэффициент полезного действия таких двигателей достигает 93%. Особенность, связанная с частотным пуском остаётся. Однако по сравнению с двигателем на постоянных магнитах, электродвигатель с обмоткой возбуждения гораздо проще регулировать в том числе путём изменения магнитного поля на роторе. Такие электродвигатели кажутся наиболее многообещающими, но использование щёток недвусмысленно намекает на необходимость их дальнейшей замены. Они неизбежно изнашиваются, поэтому в один «прекрасный» момент потребуется установка новых. Когда это случится, вопрос без ответа. Всё зависит от надёжности, которую регулируют бренды.

      Источник https://www.kolesa.ru/article/elektromobil-svoimi-rukami-kak-zachem-i-skolko-eto-stoit

      Источник https://1electrocar.ru/princip/dvigatel-dlya-elektromobilya.html

      Источник https://trashbox.ru/link/types-of-e-engines

      Похожие записи:

      1. Самые надежные двигатели легковых автомобилей: ТОП-15
      2. Принцип работы и применение электродвигателей на 12 вольт с редуктором
      3. Стоит ли устанавливать дизельный двигатель на Lada 4×4 (ВАЗ 2121, 2131)
      4. Как продать авто со сломанным двигателем