Электромобили из чего состоит блок питания

Обновлено: 04.07.2024

Электрический автомобиль, хотим мы этого или нет, является безусловным и неотвратимым будущим автомобилестроения, при этом будущим ближайшим. Многие производители по всему миру вкладывают значительные средства в разработку электромобилей, чему способствует неуклонный рост цен на нефтепродукты, необходимость снижения вредных выбросов от автомобиля, а также разработки устройств хранения энергии, технологий энергопотребления.

В настоящее время крупнейшими рынками электрических автомобилей являются США, Япония, Китай и ряд европейских стран (Франция, Нидерланды, Норвегия, Германия, Великобритания). Из производителей электрокаров выделяются компании Nissan (Leaf), Mitsubishi (I MiEV), Toyota (RAV4EV), Honda (FitEV), Ford (Focus Electric), Tesla (Roadster и Model S), Renault (Fluence Z.E. и ZOE), BMW (Active C), Volvo (C30 Electric). Наша страна пока находится в стороне и от производства и от потребления электромобилей, за исключением разработок отдельных энтузиастов (известная Lada Ellada не в счет, она построена на импортных комплектующих).

Под термином «электрический автомобиль» или «электромобиль» понимается транспортное средство, которое приводится в движение одним или несколькими электрическими двигателями. При этом питание электромотора может осуществляться от аккумуляторной батареи, солнечной батареи или топливных элементов. Наибольшее распространение получила конструкция электромобиля с питанием от аккумуляторной батареи.

Аккумуляторная батарея требует регулярной зарядки, которая может осуществляться от внешних источников тока, путем рекуперации энергии торможения, а также от генератора на борту электромобиля. Генератор приводится от двигателя внутреннего сгорания, но такая схема, по сути, электромобилем уже не является, а относится к одной из разновидностей гибридного автомобиля.

Работа по созданию электрических автомобилей ведется в двух направлениях — разработка новых моделей и адаптация серийных автомобилей. Последнее направление более предпочтительное, т.к. менее затратное.
Выпускаемые электромобили в зависимости от предназначения можно разделить на три группы:
— городские электромобили (максимальная скорость до 100 км/ч);
— шоссейные электромобили (максимальная скорость свыше 100 км/ч);
— спортивные электромобили (максимальная скорость свыше 200 км/ч).

Устройство электрического автомобиля
В отличие от автомобиля с двигателем внутреннего сгорания электромобиль имеет более простую конструкцию, включающую минимальное количество движущихся частей, а значит более надежную.
Основными конструктивными элементами электрического автомобиля являются: аккумуляторная батарея, электродвигатель, трансмиссия, бортовое зарядное устройство, инвертор, преобразователь постоянного тока, электронная система управления.

Тяговая аккумуляторная батарея обеспечивает питание электродвигателя. На электромобиле, в основном, используются литий-ионная аккумуляторная батарея, которая состоит из ряда соединенных последовательно модулей. На выходе аккумуляторной батареи снимается напряжение постоянного тока порядка 300В. Емкость батареи должна соответствовать мощности электродвигателя.

Одним из основных элементов электромобиля является электродвигатель, который служит для создания необходимого для движения крутящего момента. В качестве тягового электродвигателя используют трехфазные синхронные (асинхронные) электрические машины переменного тока мощностью от 15 до 200 и более кВт. В сравнении с ДВС электродвигатель имеет высокую эффективность и меньшие потери энергии. КПД электродвигателя составляет 90% против 25% у ДВС.

Основными преимуществами электродвигателя являются:
— реализация максимального крутящего момента во всем диапазоне скоростей;
— возможность работы в двух направлениях без дополнительных устройств;
— простота конструкции, воздушное охлаждение;
— возможность работы в режиме генератора.

В ряде конструкций электромобилей используется несколько электродвигателей, которые приводят отдельные колеса, что значительно повышают тяговую мощность транспортного средства. Электродвигатель может быть помещен непосредственно в колесо автомобиля, сокращая до минимума трансмиссию. Но такая схема электромобиля увеличивает неподрессоренные массы и ухудшает управляемость.

Трансмиссия электромобиля достаточно проста и на большинстве моделей представлена одноступенчатым зубчатым редуктором. Бортовое зарядное устройство позволяет заряжать аккумуляторную батарею от бытовой электрической сети. Инвертор преобразует высокое напряжение постоянного тока аккумуляторной батареи в трехфазное напряжение переменного тока, необходимое для питания электродвигателя.

Преобразователь постоянного тока обеспечивает зарядку дополнительной двенадцативольтовой аккумуляторной батареи, которая используется для питания различных потребителей электроэнергии (электроусилитель рулевого управления, электрический отопитель салона, кондиционер, система освещения, стеклоочистители, аудиосистема и др.)

Электронная система управления выполняет в электрическом автомобиле несколько функций, направленных на обеспечение безопасности, энергосбережение и комфорт пассажиров:

— управление высоким напряжением;
— регулирование тяги;
— обеспечение оптимального режима движения;
— управление плавным ускорением;
— оценка заряда аккумуляторной батареи;
— управление рекуперативным торможением;
— контроль использования энергии.

— высокая стоимость;
— ограниченная автономность;
— значительное время заряда аккумуляторов.

Высокую стоимость автомобиля во многом определяет цена аккумуляторной батареи. Несмотря на отличные эксплуатационные характеристики, литий-ионная аккумуляторная батарея очень дорогая в производстве и помимо этого имеет ограниченный ресурс (5-7 лет). Это заставляет разрабатывать новые источники тока (топливные элементы), способы хранения энергии (суперконденсаторы, маховики), совершенствовать конструкцию тяговых аккумуляторных батарей (литий-полимерные аккумуляторы).

Текущие расходы на содержание электрического автомобиля значительно ниже (в 3-4 раза) расходов на содержание автомобиля с ДВС и зависят, в основном, от стоимости электроэнергии. Эксплуатация электромобиля экономически выгодна в странах, где производство электроэнергии в меньшей степени зависит от ископаемого топлива.

Одна из самых серьезных проблем эксплуатации электромобиля его невысокая степень автономности. Величина пробега электромобиля без подзарядки зависит от многих факторов: емкости аккумуляторной батареи, характера и условий движения, стиля вождения, степени использования вспомогательных систем. В настоящее время средняя дальность использования электромобиля составляет порядка 150 км при скорости движения 70 км/ч. При движении с большей скоростью, пробег резко уменьшается, например, при скорости 130 км/ч (нормальная шоссейная скорость) он составляет уже 70 км. Именно поэтому электромобиль в большинстве своем позиционируется как транспортное средство для городских поездок.

Современные технологии позволяют увеличить степень автономности электромобиля до 300 и более км, среди которых следует отметить систему рекуперативного торможения (возвращает до 30% затрачиваемой энергии), аккумуляторы повышенной емкости, электронная оптимизация процессов движения.

Неотъемлемым атрибутом эксплуатации электромобиля является необходимость периодической зарядки аккумуляторной батареи, которая занимает много времени. Решение данной проблемы реализуется по нескольким направлениям:

— нормальная зарядка аккумуляторной батареи (осуществляется от бытовой электрической сети мощностью 3-3,5 кВт, предполагает установку на электромобиле специального зарядного устройства, продолжительность до полной зарядки батареи составляет 8 часов);
— ускоренная зарядка аккумуляторной батареи (производится на специальных станциях мощностью до 50 кВт, — — продолжительность зарядки до 80% емкости батареи составляет 30 минут);
— замена разряженной аккумуляторной батареи на заряженную батарею (выполняется автоматически на специальных обменных станциях).

Реализация указанных направлений требует развития инфраструктуры (зарядных и обменных станций, мест парковки), стандартизации технических решений, разработки правил для поставщиков услуг.

На форуме не мало статей об электромобилях: их достоинствах, недостатках, будущем и прошлом. Однако, если среднестатистическому автолюбителю задать в лоб вопрос — а как устроен современный электрокар и какие компоненты входят в состав конструкции, то гражданин вряд ли сможет дать внятные объяснения. Электродвижок, аккумуляторная батарея, аппаратура там всякая, да и всё на этом. Ах, да, ещё и экология — чистый он, потому как питается от розетки.

А вот такой вопрос к примеру: есть ли на борту электрокара коробка передач? Сомнительно, что человек никогда не ездивший на электрическом автомобиле сможет дать чёткий правильный ответ. Итак, в теме я хочу в подробностях рассказать об устройстве современного электрокара, дабы пользователи у которых нет его в распоряжении, имели хотя бы поверхностное представление, как устроено это четырёхколёсное, экологически чистое достижение технического прогресса.

Содержание:

Что такое электромобиль?
Внутреннее устройство электромобиля.
Особенности кузова электрического автомобиля.
«Сердце» электрокара — что оно из себя представляет?
Нужна ли трансмиссия электромобилю?
Дополнительные узлы.
Аккумуляторная батарея электрокара и способы её подзарядки.
Что входит в задачи контроллера?
Как в электромобиле работает печка?
Общий принцип работы электрокаров.
Перспективы электромобилей.

Что такое электромобиль?

Внешний вид, кузов и салон электромобиля, а также грузоподъёмность, ничем не отличаются от традиционных средств передвижения оборудованных двигателями внутреннего сгорания. Но в то же время, именно то место, где покоится ДВС у обычной машины, у электрокара преобразовано в значительной степени. Электрический силовой агрегат оказался настолько совершенен, что у инженеров появилась великолепная возможность упростить конструкцию до предела, отказавшись от большого количества традиционных узлов и агрегатов. Что и говорить, затрат на обслуживание и ремонт транспортного средства у обладателей электрокаров существенно поубавилось. Кроме того, такие автомобили стали предельно надёжными в эксплуатации, да и разница в ценах на бензин и электричество — просто вселенская!

Внутреннее устройство электромобиля

Как уже было сказано выше, электрокар по сравнению с ДВС-никами устроен намного проще и имеет минимальное количество движущихся элементов. Так, для запуска электрического мотора не требуется стартер, а на трансмиссию уже не возложены такие серьёзные обязанности как у авто с ДВС. Причина этого в общем-то проста: электродвигатель предлагает высокий показатель тяги начиная с самого момента запуска.

Совершенство электромоторов даёт их обладателям ещё несколько преимуществ:

нет требуется система охлаждения;
не нужна и выхлопная система, а значит не будет шума и вредных выбросов в атмосферу.

Каждый уважающий себя автогигант и не только, выделяет на разработку электромобилей огромные средства, прекрасно понимая, что за ними будущее и от этого никуда не деться. Так почему бы не начать всё как можно раньше?

Основные компоненты у большинства электромобилей такие:

электрический силовой агрегат (может быть один, а может и несколько);
аккумуляторная батарея;
упрощённая трансмиссия (ступенчатая либо бесступенчатая);
тяговый инвертор;
интегрированное зарядное устройство;
электронный контроллер управления компонентами системы.

Особенности кузова электрического автомобиля

При создании электромобиля с нуля, особое внимание уделяется аэродинамическим свойствам его кузова и делается это по той причине, что автомобиль с низким сопротивлением воздушным массам, как и в случае с обыкновенными авто, будет затрачивать меньше энергии. Однако в случае с электрической машиной, это намного важнее, так как современные электрокары не могут на данный момент похвастать внушительным пробегом на одном заряде. Есть конечно и исключения, но их не много и всё равно они грандиозно проигрывают автомобилям с ДВС.

Вот пример: всенародно любимый Форд Фокус работающий на бензине, сподобился проехать на полном баке 1789 километров, в то время как элитный электрокар Tesla Model S, может протянуть на полном заряде всего 500 километров. А знаете, сколько пройдёт электрическая вариация Ford Focus Electric? 185 километров, всего-навсего! Как думаете, для кого показатель аэродинамического сопротивление окажется критичней? Думается, после таких технических характеристик, всем, итак, понятно, почему разработчики борются за каждый лишний километр пробега электромобиля любыми способами.

«Сердце» электрокара — что оно из себя представляет?

К электрическому силовому агрегату устанавливаемому на электромобили, инженеры предъявляют особые требования, причём они достаточно жёсткие. Не первом месте у разработчиков стоит мощность мотора, варьирующаяся от нескольких десятков, до нескольких сотен кВт. Производители ставят на свои электрифицированные средства передвижения разные типы электродвигателей, отличающиеся устройством, принципом запитки и управления. Это могут быть электродвигатели постоянного и переменного тока, асинхронные и синхронные, коллекторные и бесщёточные.

Но, какой бы электрический мотор не установили конструкторы на своё детище, его характеристики, надёжность и простота эксплуатации весомо перебивают возможности ДВС.

Преимуществ тут целый набор:

1. Если брать по коэффициенту полезного действия, то тут у электромотора бесспорное превосходство над двигателем внутреннего сгорания: КПД электрического агрегата — 90-95%, КПД традиционных ДВС — 22-60%.

2. Максимальный крутящий момент доступен практически с первых секунд запуска электрического силового агрегата и кроме того, он держится на максимуме при любых оборотах.

3. Электродвигатели, которые устанавливаются на среднестатистический электромобиль, не нуждаются в принудительном охлаждении.

4. Электромотор может функционировать как генератор (в режиме рекуперации).

5. Электрический двигатель практически не нуждается в обслуживании.

Нужна ли электромобилю трансмиссия?

Это очень интересный вопрос, на котором был сделан акцент ещё в начале статьи, ведь несведущие юзеры действительно не знают, есть ли на электрокарах коробка передач, вернее они думают, что по традиции точно есть. Так вот, коробка передач в электрической машине в привычном понимании практически не используется, её место занимает простенький редуктор с одной ступенью. Он преобразует высокие обороты электромотора в более низкие, которые требуются для передачи на ведущие колёса транспортного средства.

Очень эффективным решением является мотор-колесо, когда весь электродвижок дислоцируется непосредственно в ступице колеса. Поэтому, сами понимаете, потребность в трансмиссии здесь просто отпадает сама собой. Однако у такой компоновки имеет место и недостаток: по причине увеличения неподрессоренной массы на колёсах, даёт о себе знать ухудшение управляемости авто. Подробнее о мотор-колёсах для электромобиля писалось в этой теме, так что, данная разработка без сомнений имеет перспективы, но, к сожалению, развивается всё это мероприятие довольно медленно.

Конечно, бывают случаи, когда коробка передач всё-таки присутствует на электрифицированном автомобиле, но здесь речь идёт о «домашних» переделках: типа ВАЗовская классика и иже с ней с электродвигателем под капотом. Естественно, это не электромобиль с чистого листа, а всего лишь переделанный ДВС-ник. Подробнее от таких технических манёврах можно узнать из этой статьи.

Дополнительные узлы

Электронная составляющая современных электрокаров развита по полной программе, ведь на ней лежит большая ответственность. Она должна обеспечивать слаженную работу всех датчиков и систем, эффективно отслеживать заряд аккумуляторной батареи, дабы электрокар просто не остановился в самый неподходящий момент прямо посредине дороги, да много чего ещё делает умная и сложная электроника.

Основное, что здесь отличает электрокар от обычной машины — зарядное устройство, предназначенное для того, чтобы была возможность заряжать «электричку» от бытовой розетки. Естественно, как и у обычных авто, на борту электрических имеются осветительные приборы и как правило, максимально энергоэффективные, сами понимаете, для электрокара экономия электроэнергии, одна из первостепенных задач, ведь каждый километр пробега на вес золота. Комфорт в салоне обеспечивает такое же оборудование, как и в стандартных машинах: электропакет, кондиционер, электрический усилитель рулевого управления, аудиосистема и т. д.

Также на электрической машине может быть установлено такое интересное приспособление, как имитатор звука работы двигателя внутреннего сгорания. Изобретение скажем так действительно полезное, ведь электромобили настолько тихие при движении, особенно на низких скоростях, что пешеход может их легко не заметить, создав тем самым аварийную ситуацию.

Аккумуляторная батарея электрокара и способы её подзарядки

На современных электромобилях широко используются высокоэффективные литий-ионные аккумуляторы, которые предлагают своим обладателям срок службы до десятка лет. В то же время, у этих изделий имеются и существенные недостатки: тяговая Li-ion батарея является самым капризным и дорогостоящим компонентом любого электрокара.

Однако литий-ионные АКБ не единственная разновидность электронакопителей наилучшим образом подходящих для электрокара: в настоящее время ведутся работы по внедрению литий-полимерных аккумуляторов и суперконденсаторов. Многие лидеры мирового автопрома грозятся в ближайшее время поставить такую продукцию на поток и тогда, электрокары ещё больше приблизятся к техническому совершенству.

Разработчики идут на разные ухищрения, чтобы увеличить пробег машины на одном заряде и одним из таких фокусов, является использование солнечных панелей, позволяющих хоть и немного, но подзаряжать электромобиль во время движения.

Что входит в задачи контроллера?

Электроника преобразовывает постоянное высокое напряжение, отдаваемое электробатареей, в требуемое в определённый момент. На контроллер возложены обязанности по энергосбережению, обеспечению комфорта при движении, также данный элемент следит за безопасностью водителя и пассажиров.

Конкретно, устройство предлагает такие функции:

управление высокими токами и напряжением;
регулировка тяги и динамики;
обеспечение оптимального расхода электроэнергии;
мониторинг состояния аккумуляторной батареи;
управление рекуперацией торможения;
зарядка обыкновенного аккумулятора на 12 V (обычная батарейка также присутствует на борту электромобиля).

Как в электромобиле работает печка?

Зимой с электромобилем дела обстоят не так, как с его оппонентами оборудованными двигателями внутреннего сгорания, но в любом случае, у печки электрокара принцип работы прост: её спирали нагреваются за счёт электроэнергии аккумулятора. Несмотря на то, что в последнее время в сети всё чаще встречается информация об инновационных разработках касающихся подачи тепла и его источников, принцип обогрева внутреннего пространства электрокара, остаётся вполне традиционным.

Акцент на энергосбережении вынуждает разработчиков делать обогрев салона максимально эффективным: температура внутреннего пространства доходит до комнатного показателя или даже выше, всего за несколько минут. Особое внимание уделено подогреву рулевого обода и посадочных мест, не отбирающего много энергии у АКБ.

Но, как ни крути, а печка электрокара может забрать у накопителя весьма солидную долю заряда, что естественным образом повлияет на сокращение пробега на одном заряде. Если взять за пример такой популярный электрический автомобиль как Ниссан Лиф, то, как показывает опыт эксплуатации большого количества обладателей этой машины, в летнее время на одном заряде можно вытянуть 150 километров, однако если за бортом температура хотя бы -2 градуса, от 150-километрового пробега не остаётся и следа — можно рассчитывать максимум на 90-110 км. Но и это ещё не всё: когда столбик термометра опускается до температуры -15, то преодолеваемая дистанция становится просто смехотворной — 40-80 километров, это во зависимости от поддерживаемой температуры и стиля езды.

Из всего выше сказанного можно сделать вполне логический вывод: зима — самое худшее время года для езды на электрокаре и если в нём нет такой острой необходимости, то зимой лучше отдать предпочтение общественному транспорту.

Общий принцип работы электрокаров

В общем, подавляющее количество современных электромобилей имеют довольно простое устройство, а отличия между ними наблюдаются лишь в отдельных моментах организации функционирования оборудования.

Для того, чтобы электрокар мог ездить, в его распоряжении должно быть не так уж и много:

электрический силовой агрегат;
аккумуляторная батарея;
контроллер.

От электронакопителя ток подаётся на контроллер, коммутируется в тот, который нужен в конкретный момент и далее направляется к электродвигателю. Регулировка количеством поставляемой на мотор энергии осуществляется посредством педели газа — при воздействии на неё, будет формироваться соответствующий сигнал. Сопоставляя эти данные с данными других систем и датчиков, контроллер регулирует мощность поставляемую на силовой агрегат.

Перспективы электромобилей

Конечно, у электрокаров имеется большое количество неоспоримых преимуществ над ДВС-никами и если бы не критическая зависимость от источников питания и завязанный на это запас хода (естественно, куда более скромный по сравнению с бензиновыми и дизельными оппонентами), то вполне вероятно, ДВС не занимали бы лидирующие позиции в автопроме целое столетие. Электрическую тягу на транспортных средствах начали использовать ещё за 50 лет до того, как придумали двигатели работающие на горючем и кстати, первые рекорды скорости были установлены именно электромобилями.

Что касается России, то электромобили у нас всё ещё воспринимаются рядовыми гражданами в штыки: стоят они для добропорядочного человека непомерно дорого, да и «заправлять» по большому счёту их просто негде, кроме как у себя дома, томясь многочасовым ожиданием. Но в то же время, российские производители уже взяли прицел на мировой тренд, предложив общественности такие разработки как «Ока электро», «Лада Ellada» и «Лада Веста EV».

Могут ли они предложить своим владельцам что-то наподобие американской Теслы или хотя бы Ниссан Лиф на худой конец? Навряд ли! Отечественные разработки являются скорее суррогатами, нежели альтернативами зарубежных электромобилей. Причём предпочтение отечественному производителю, мало кто отдаёт — все берут прорекламированную продукцию, а не изделие от АвтоВАЗа, которые и с двигателями внутреннего сгорания, явно не конкуренты оппонентам из зарубежья. Кроме того, в отечественных разработках используются импортные детали, без которых на данный момент просто не возможно обойтись российскому автопрому, решившему поддержать «электромобильный» ход.

Заключение

Однозначно, электромобиль перед классическим исполнением транспортных средств остаётся в выигрыше практически во всём. Очевидно, будущее как раз именно за ним, ну а пробелы с высокой себестоимостью и несовершенством аккумуляторных батарей, со временем неизбежно сойдут на нет, нужно только подождать и всё будет как нужно, как было в случае с тем же ДВС.

Электромобиль в наши дни перестал быть фантастикой и превратился в реальное, ставшее привычным транспортное средство. Такой вид автомобиля весьма экономичен, ведь его не нужно заправлять дорогим бензином или дизельным топливом, которые к тому же загрязняют атмосферу. Однако батарею электромобиля необходимо заряжать, и именно об этом и пойдет речь далее. Мы узнаем все о том, что такое зарядное устройство электромобиля, какие бывают его виды, от чего зависит время зарядки и многое другое.

Устройство электрокара

Электромобиль имеет довольно простое по сравнению с машинами с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) устройство. Это объясняется тем, что электромотор гораздо проще, чем ДВС, и не требует регулярного обслуживания. А так как электропривод практически не имеет трущихся частей (кроме подшипников качения на валу), его КПД достигает 90-95%. При этом уровень КПД бензинового ДВС едва достигает 35%, а дизельного – 45%.

Если же говорить об электрокаре в целом, то он не имеет значительных отличий от обычных машин с ДВС. В основном разница – только в двигателе. И так как электромотор работает на электричестве, ему нужна емкая и мощная батарея вместо бака для жидкого топлива в обычных авто. В остальном же машины практически не имеют существенный различий. В электрокаре та же система подвески, кузов и так далее.

Многие электромобили построены на базе бензиновых машин. Это означает, что производитель просто устанавливает электромотор и батарею в обычный автомобиль вместо ДВС

Конечно, существует множество других тонкостей и незначительных конструктивных отличий.

Что такое зарядное устройство электромобиля

Электромобиль имеет, по сути, такую же батарею, как, например, ноутбук или мобильный телефон. Разница только в объеме и мощности. Это означает, что и для зарядки используется такое же зарядное устройство, как для любого другого гаджета. Разница только в мощности и силе зарядного тока. А также в том, что ЗУ для электрокаров имеют большие размеры, поэтому в карман или в рюкзак их не положишь. Также производители электрокаров используют свои уникальные разъемы. Но об этом мы поговорим ниже.

Зарядка (ЗУ) для электромобиля – это устройство, которое преобразует переменный ток высокого напряжения (220 вольт в однофазной цепи или 380 вольт в трехфазной) в постоянный ток с напряжением, соответствующим напряжению батареи машины. Такие ЗУ могут быть разного типа:

стационарные – настенные шкафы, стойки и так далее;
портативные устройства – можно возить с собой в багажнике электрокара.

Неважно, как выглядит или какого типа зарядка, в любом случае это всего лишь устройство, которое преобразует один вид электроэнергии в другой, соответствующий техническим параметрам электрокара.

Если говорить о визуальном представлении, то это некий гаджет, который подключается к источнику питания посредством обыкновенной бытовой розетки или к специальному разъему (в зависимости от того, как вы заряжаете свой автомобиль). С другой стороны устройство имеет соответствующий разъем для подключения к электромобилю. Так выглядит портативная зарядка.

Стационарные устройства подключаются в сети электропитания посредством однофазной или трехфазной цепи. Здесь важно знать, что трехфазная цепь дает больше мощности, а это означает, что увеличивается и скорость зарядки батареи. По сути, это стационарная станция, которую можно установить в гараже. Такие же станции установлены и на электрозаправочных станциях и на стоянках для электрокаров.

Станция всегда подключена к электрической сети. А для подключения к машине имеется соответствующий шнур (электрокабель), на конце которого находится разъем для подключения к электромобилю.

В самом электромобиле также имеется встроенное оборудование, необходимое для зарядки батареи. Если проследить цепь от разъема для подключения ЗУ до батареи (внутри электромобиля), то наиболее важным компонентом здесь является контроллер силы тока и уровня заряда батареи.

Контроллер пропускает определенную максимальную силу тока и автоматически отключает подачу электроэнергии к батарее при достижении 100% уровня заряда. Также контроллер регулирует уровень заряда между секциями батареи, чтобы каждый элемент АКБ имел одинаковый уровень заряда, не перегревался, не закипал и не вышел из строя.

От чего зависит скорость зарядки АКБ

Скорость зарядки любой батареи, в том числе и электромобиля, зависит прежде всего от силы тока. Чем выше сила тока, тем выше скорость. Но здесь важно понимать, что быстрая зарядка значительно сокращает срок службы батареи. Поэтому производители стараются найти определенный баланс, создавая такие ЗУ, которые наносят минимальный вред АКБ и при этом способны заряжать батареи достаточно быстро.

Если говорить об обычных батареях, то они заряжаются током небольшой силы (в бытовых условиях максимум 2-3 ампера). И обычной бытовой розетки более чем достаточно для таких целей.

Но в электромобилях батарея довольно большая и мощная. Поэтому для ее зарядки требуется больше мощности. Сила тока в этом случае может достигать 60-80 ампер (при зарядке от станции постоянного тока сила тока достигает 250 Ампер). И такой силы тока обычная бытовая розетка выдать не способна. Поэтому скорость зарядки от бытовой розетки будет медленной.

Для полного заряда батареи от сети в 220 вольт может потребоваться до 24 часов. Но обычно большинство электрокаров заряжаются от бытовой розетки около 16 часов.

Чтобы ускорить зарядку, нужно повысить напряжение. А сделать это можно только при помощи трехфазной цепи питания. Но к этому вопросу мы вернемся ниже.

Существует максимальный показатель силы тока. Если превысить его, то это может привести не только к потере емкости батареи, но и к полному выходу из строя АКБ, а также к ее взрыву

Также на скорость влияет и емкость самой батареи. Соответственно, чем больше емкость АКБ, тем больше времени потребуется для ее заполнения.

Методы зарядки и типы ЗУ для электромобилей

Как уже было сказано выше, существуют разные зарядки для электромобилей. Отличия между ними заключаются не только в портативности, но и в различных схемах питания. А некоторые зарядки вообще работают без проводов.

Итак, существуют следующие типы ЗУ для электрокаров:

от бытовой розетки в 220 вольт;
от сети с напряжением 380 вольт. Может иметь два типа:
- однофазная цепь;
- трехфазная цепь;
Последний вариант не самый эффективный, поэтому зарядка от солнечной батареи применяется некоторыми производителями электромобилей лишь для незначительного увеличения запаса хода.

Дело в том, что для эффективной зарядки АКБ электрокара солнечная панель должна иметь очень большие размеры и внушительный вес (даже с учетом современных технологий). Но автомобиль имеет некоторые ограничения по размерам. И так как батареи как правило размещают на крыше авто, то таких размеров достаточно лишь для незначительной подзарядки.

Конечно, возможность полностью зарядить электромобиль при помощи солнечной панели имеется. Для этого вам потребуется оставить машину под прямыми солнечными лучами на несколько дней.

Остальные типы ЗУ более эффективны, но также имеют определенные различия между собой. Поэтому давайте разберем их подробнее.

Зарядка от бытовой розетки 220 вольт

Зарядка электромобиля от розетки 220 В осуществляется посредством подключения портативного зарядного устройства, которое подсоединяется к сети электропитания посредством обычной вилки. Такое ЗУ прилагается в комплекте с автомобилем, имеет относительно небольшие габариты и вес, благодаря чему его всегда можно возить с собой в багажнике авто.

Это самый старый и универсальный способ зарядки электромобиля, так как обычную бытовую розетку можно найти практически где угодно. Но при этом скорость зарядки является самой медленной, так как бытовая сеть с напряжением 220 вольт не способна выдать большую силу тока, необходимую для быстрого заполнения током батареи.

Но есть и положительный момент. Такой метод является щадящим для батареи, так как ёмкость АКБ в этом случае будет сохраняться максимально длительный срок.

Зарядка от бензогенератора

Зарядка электромобиля от бензогенератора схожа по своему принципу на зарядку от бытовой розетки. Дело в том, что бензиновый генератор вырабатывает тот же переменный ток, напряжение которого зависит от диодного моста и конечной схемы преобразования тока.

В России и странах СНГ бензогенераторы вырабатывают 220 вольт, как и в бытовой розетке. Но мощность в том случае зависит уже от типа генератора. Как правило, такие устройства значительно уступают бытовым электросетям, так как бензогенератор имеет определенные ограничения.

Наибольшим распространением пользуются генераторы мощностью от 600 Вт до 2 кВт. Для сравнения, бытовая розетка может выдать максимальную мощность около 4 кВт

Конечно, существуют и более мощные бензиновые генераторы, однако они встречаются довольно редко, да и стоимость их весьма высока. В любом случае зарядить электромобиль таким способом вполне возможно, но скорость зарядки будет напрямую зависеть от мощности генератора. В этом случае применяются все те же портативные ЗУ.

Зарядка от сети с напряжением 380 Вольт (одно- или трехфазная цепь)

Зарядка электромобиля от 380 В способна значительно сократить время. При помощи повышения напряжения увеличивается и мощность сети, а также сила тока. Но важно понимать, что портативные ЗУ не рассчитаны на такое напряжение. Поэтому потребуется устанавливать стационарное зарядное устройство, которое будет подключено к сети с напряжением 380 вольт. При этом подключение можно выполнить двумя типами:

Второй вариант способен обеспечить большей мощностью и ускорить процедуру полной зарядки АКБ. Разница между этими схемами заключается лишь в том, что однофазная цепь питания использует только одну фазу (линию) с напряжением 380 вольт. Во втором же случае используется три линии, подключенные параллельно. При этом напряжение остается неизменным, но мощность сети возрастает втрое. Следовательно, значительно возрастает и максимальная сила тока.

Подобные зарядные установки уже имеют свои коннекторы для подключения к электромобилю. При этом для разных стран используются различные стандарты:
- В США и странах Азии используется тип разъема J Максимальная мощность, передаваемая таким коннектором, ограничена 7,4 кВт. Данный разъем имеет пять контактов.
- Mennekes – применяется в европейских странах, в том числе в России и странах СНГ. Имеет семь контактов. Максимальная передаваемая мощность может достигать 43 кВт при условии трехфазной цепи питания или 7,4 кВт в условиях однофазной цепи. Максимальная сила тока не должна превышать 63 Ампера, а напряжение – не более 400 вольт.
Для организации такой зарядной станции вам потребуется разрешение от городских властей и городских электросетей.

Быстрая зарядка постоянным током

Зарядка электрокара постоянным током – это самый мощный и быстрый способ, так как такая схема питания позволяет достичь наибольшей силы тока. Максимальное значение может колебаться в пределах 125 ампер. Для подключения к такой станции используется коннектор типа CHAdeMO.

Подобные станции устанавливаются на специализированных зарядных станциях и стоянках. Максимальное напряжение не должно превышать 500 вольт, а мощность – 62 кВт. Существуют комбинированные зарядные станции и соответствующими коннекторами (CCS combo 2).

Такой тип ЗУ способен выдать самые высокие показатели:
- мощность 0 до 100 кВт;
- сила тока – до 200 ампер;
- напряжение – до 500 вольт.
При всех своих достоинствах, при зарядке электромобиля данным способом срок службы батареи значительно снижается. Поэтому использовать его стоит только в крайних случаях, когда время не терпит, а батарея автомобиля разряжена.

Беспроводная зарядка

Некоторые производители электромобилей занимаются разработками беспроводных зарядных станций. Их работа заключается в том, чтобы специальная платформа генерировала мощное электромагнитное поле. Автомобиль также оснащается специальным устройством (катушкой), которое способно преобразовывать магнитное поле в электроэнергию. В этом случае автомобилю достаточно просто заехать на соответствующую платформу и стоять на ней до полной зарядки АКБ.

На данный момент существуют беспроводные ЗУ, которые способны выдавать максимум 20 кВт, что довольно много для такого типа. Однако разработчики на этом не останавливаются, и уже ведутся работы над созданием беспроводной зарядной станции с мощностью до 50 кВт.

Главное преимущество данного типа ЗУ заключается в его универсальности: вам не нужны провода и разъемы для подключения к автомобилю.

Наиболее распространенные способы зарядки

Наибольшим распространением в наше время в европейских странах, в том числе в России и странах СНГ, пользуются зарядки от бытовых розеток, так как именно этим способом можно зарядить свой электрокар в гаражных условиях.

Если же говорить об электрозаправочных станциях, то в этом случае чаще используются цепи трехфазного питания. Также трехфазные зарядки можно устанавливать и в гаражах, получив предварительно разрешение от городских электросетей.

Зарядные станции с постоянным током встречаются довольно редко, в основном в США и странах Азии, а также некоторых европейских государствах. Устанавливать их в гараже нет смысла, так как они портят батарею. И если вы оставляете машину на ночь в гараже, то лучше зарядить батарею от обычной розетки или установить ЗУ с трехфазным питанием.

Стоимость зарядных устройств

В наше время можно купить практически любую зарядку для электромобиля, как портативную, так и стационарную. Стоимость будет зависеть от производителя и мощность устройства. А выбор осуществляется по типу разъема и способу подключения (трехфазная или однофазная цепь).

Зарядную станцию мощностью в 22 кВт при подключении к трехфазной цепи в Москве можно приобрести по стоимости около 257 000 рублей. Быстрая зарядная станция прямого тока стоит около 2 500 000 рублей. Сумма может значительно варьироваться в зависимости от производителя и мощности устройства

Многие энтузиасты собирают зарядки самостоятельно, а также переделывают ЗУ, увеличивая их мощность и, следовательно, эффективность. Но переделка зарядки требует соответствующих знаний в радиоэлектронике.

Как часто придется заряжать электрокар

Как уже говорилось выше, оборудование для зарядки электромобилей влияет только на скорость зарядки батареи. Но ответ на вопрос, как часто придется заряжать автомобиль, зависит только от манеры езды и ежедневного пробега. Кроме этого, многое зависит от самой батареи и оптимизаций, которые указываются в технических характеристиках.

Также немаловажным является и запас хода авто. Ведь некоторые автомобили могут проезжать на одном заряде не больше 100 км, другие – свыше 500 км. Поэтому однозначного ответа просто нет. Одни электрокары нужно заряжать несколько раз в день (в зависимости от пробега и манеры езды), другие смогут ездить несколько дней.

Где и как можно зарядить электрический автомобиль

В наше время сети электрозаправочных станций активно развиваются, постоянно устанавливаются новые точки, специализированные стоянки для электрокаров и так далее.

На данный момент многие АЗС уже оборудованы специальными ЗУ для электромобилей. Кроме этого, при наличии портативной зарядки вы сможете зарядить свой автомобиль в любом месте, где есть доступ к бытовой розетке. Многие придорожные кафе и гостиницы разрешают подключить электромобиль для зарядки, естественно, за отдельную плату.

Подведем итоги

Учитывая темпы развития электромобилей, можно сделать вывод, что это перспективный вид транспорта. А постоянно развивающиеся сети электрозаправок в скором времени позволят без ограничений ездить не только в пределах города, но и на загородных трассах. Более того, благодаря наличию портативных ЗУ уже сегодня можно сделать остановку на ночь и зарядить батарею в придорожной гостинице.

Как работают аккумуляторы для электромобилей, из чего делают источники питания? В основе всегда лежит литий, который может выступать в разных конфигурациях. Основные производители — BYD, Panasonic, LG Chem, Samsung SDI и другие. Срок службы около 5-8 лет в зависимости от активности эксплуатации, а запаса хода одного заряда может хватать на 200-800 км. Ниже рассмотрим главные особенности АКБ для электрических автомобилей, поговорим о сроках их эксплуатации.

Из чего делают аккумуляторные батареи для электромобилей

Один из распространенных вопросов в Сети — материалы для аккумуляторов электромобилей. В большинстве случаев они отличаются активными компонентами, которые находятся внутри. С учетом этого АКБ бывают литий-фосфатными, литий-ионными, литий-серными и других типов. Кроме того, в состав батареи электромобиля входит полипропилен и пенополистирол. Разработчики постепенно переходят на эти компоненты, отличающиеся более высокой экологичностью и способностью вторичной переработки

Виды АКБ

Рассматривая вопрос, из чего делают аккумуляторы для электромобилей, достаточно разобраться с их видами. Как правило, на электрических машинах применяется четыре вида аккумуляторов. Рассмотрим основные варианты.

Литий-ионные

Применение Li-Ion батарей — наиболее распространенный вариант для электромобилей. К плюсам таких устройств стоит отнести:
- более высокое напряжение;
- повышенная плотность накопленной энергии;
- минимальный саморазряд, не превышающий 20% в год;
- отсутствие «эффекта памяти», что позволяет заряжать и разряжать АКБ в любое время;
- срок эксплуатации до 10 лет.
Из минусов стоит отметить высокую цену и небольшой температурный диапазон. Так, при температуре ниже -20 градусов Цельсии возможны проблемы. Также высок риск взрыва при нарушении герметичности.

Алюминий-ионные

Рассматривая, из чего состоят батареи для электромобилей, стоит отметить добавление в состав алюминия. Наличие этого компонента повышает безопасность применения АКБ. Такой аккумулятор требует меньших расходов при изготовлении и более безопасен. Активному внедрению таких устройств мешает небольшая катодная производительность и ограниченное число зарядов и разрядов.

Специалисты КНР делают большую работу по усовершенствованию характеристик источника питания. Ученые уже оптимизировали изделие, увеличив его емкость и ресурс, а также положительно влияющих на цену. Обновленный вариант еще не применяется на серийных машинах, но в ближайшем будущем это должно быть исправлено.

Литий-серные

В состав аккумуляторов для электромобилей также может входить литий и анод с содержанием серы. Такие устройства являются многослойными и отличаются повышенной емкостью. Для сравнения этот параметр вдвое выше, чем для Li-Ion. К плюсам стоит отнести и более высокий температурный диапазон, что позволяет использовать устройство на холоде.

Из минусов — ограниченное число перезарядов (не более 60), поэтому такие аккумуляторы не делают на серийных машинах. Но некоторые компании уже работают над исправлением недостатка, что в дальнейшем позволит использовать такие АКБ.

Металл-воздушные

Последнее время все чаще производят аккумуляторы для электромобилей на металл-воздушном принципе. Такие источники питания имеют меньший вес, позволяют пройти большее расстояние на одном заряде и отличаются сравнительно небольшой ценой. Кроме того, их легко утилизировать в сравнении с литиевыми устройствами.

Из минусов таких аккумуляторов выделяется уменьшение производительности на морозе, необходимость в системе фильтрации, а также возможность внезапного выхода из строя. Дополнительным недостатком также является небольшое число циклов заряда-разряда.

Прочие варианты

Рассматривая, из чего делают аккумуляторы для электромобилей тесла, стоит отметить применение современного материала в виде графена. Его добавления позволяет улучшить качества источника питания и улучшит проводимость электродов. Кроме того, такие аккумуляторы делают для уменьшения веса и увеличения запаса хода. На одном заряде можно пройти более 1000 км. К примеру, такими параметрами может похвастаться Tesla Model S.

Кроме того, на АКБ для электрических машин делают из сочетания других элементов — никель-кобальт-алюминиевые, на базе фосфата железа, с применением кремния и графита, а также в других вариантах.

Можно ли поменять батарею на электромобиле

Разобравшись в вопросе, из каких материалов сделаны батареи для электромобилей, возникает не менее важная дилемма — можно ли их заменять в случае износа. Это необходимо делать, если АКБ потерял часть емкости. Но сам процесс проходит в несколько этапов:
1. Проверка правильности крепления нового источника питания.
2. Программирование систем автомобиля, чтобы обеспечить корректную работу блока управления АКБ с бортовым компьютером.
3. При незначительном повреждении не обязательно менять источник питания полностью — достаточно заменить поврежденные блоки.
Но стоит учесть, что покупка источника питания может вылиться в крупную сумму. К примеру, для Теслы один блок стоит от 1000 долларов, а их нужно 16. Вот почему многие делают проще — они меняют не всю АКБ, а только поврежденные элементы. Б/у блоки стоят дешевле, но и ресурс у них будет ниже.

Основные производители

Сегодня многие компании делают аккумуляторные батареи для электромобилей. К наиболее популярным можно отнести следующие компании: BYD, Panasonic, LG Chem, Farais, AESC, Samsung SDI, CATL. При этом лидирующие позиции занимает именно CATL, что обусловлено большими субсидиями от государства. Что касается Тесла, для нее делают АКБ на заводе Панасоник, а вот BYD выпускает необходимое оборудование для электрических автобусов. У многих производителей имеются мощности в США и Европе.

Сколько можно проехать на аккумуляторе

Ресурс источника питания зависит от того, из чего делают аккумулятор для автомобилей. В среднем на одном заряде машина может пройти около 500-700 км. Некоторые модели Тесла имеют показатель до 1000-1200 км. При этом многое зависит от того, из чего сделаны батареи, какая технология была использована, и в чем особенности.

Что касается времени применения, средний срок службы около 5-8 лет при ежедневном заряде. По истечении этого периода девайс потеряет около 30-40% мощности, но можно продолжать эксплуатацию в прежнем режиме.

Теперь вы знаете, из чего делают аккумуляторы для электромобилей, в чем их особенности, и какие компании занимаются их изготовлением. В комментариях расскажите, что вы знаете об источниках питания для таких авто.

Читайте также: