Конструкція електромобіля: вивчаємо основні компоненти на прикладі MG ZS EV

Електромобілі зустрічаються на дорогах все частіше і вже сприймаються багатьма як «звичайна машина», а не якась техніка з розряду фантастики. Однак мало хто знає, як влаштовані такі автомобілі. Чим вони відрізняються головним чином від аналогів з ДВЗ? Які основні компоненти, крім мотору та батареї? Запитань багато, відповідей – мало.

 

Тож сьогодні поговоримо якраз про це. Як наочний приклад використаємо кросовер MG ZS EV, найдешевший офіційний електромобіль в Україні.

 

 

Принцип роботи електромобіля

 

Як відомо, для запуску двигуна та вироблення потужності електромобілі використовують електроенергію, яка зберігається в батареї. Таку АКБ, до речі, називають тяговою – щоб її можна було відрізнити в рамках термінологічного апарату від бортового акумулятора. В цьому й полягає найбільша відмінність «електричок» від машин, що «живляться» традиційним паливом: їм не потрібні двигун внутрішнього згоряння і трансмісія – два найважливіші компоненти для автомобілів з ДВЗ.

 

 

Втім, крім електромотора та тягової батареї, електромобіль має ще ряд компонентів: зарядний пристрій, інвертор, контролер та ін. Все це в комплексі дозволяє отримувати електроенергію, зберігати її та перетворювати на кінетичну силу, яка змушує машину їхати.

 

Тягова батарея

 

Батарея – найдорожчий та найважчий компонент електромоблія (в середньому вага варіюється від 500 до 800 кг залежно від моделі автомобіля). Вона складається з великої кількості елементарних акумуляторів, нерідко – пальчикових, звичного нам формату, які пов'язані один з одним та керуються системою мікроконтролерів.

 

 

Батарея MG ZS EV

 

Батареї можуть бути різної ємності (50, 60, 100 кВт*год і т.д.), відрізнятися робочою напругою (від 350 до 900 В). Ба більше, може відрізнятися «хімія» (читай склад) акумуляторів. Наприклад, свинцеві та нікель-металогідридні вважаються вже застарілими, а найбільш ходові на даному етапі – літій-іонні та літій-залізо-фосфатні. У майбутньому автопромисловість хоче перейти на твердотільні акумулятори.

 

Розташовується батарея в днищі електромобіля. Часто її можна помітити зовні: елемент доволі об`ємний і виступає за «межі» кузову.

 

 

 

Батарея є найдорожчим компонентом у конструкції електромобіля: нерідко вона може становити третину, або навіть половину вартості всієї машини. А ще електромобілі були б вічними якби не батарея! Її основний мінус – деградація, тобто втрата ємності. Цей процес природний, проте він може відбуватися або повільніше, або швидше – тут уже все залежить саме від умов експлуатації. Наприклад, вважається, що найбільше батарею «вбивають» часті сеанси заряджання на швидких зарядках (ситуація – точно як зі смартфонами). Середній термін служби батареї – 250 000 – 300 000 км.

 

Електромотор

 

Електромотор є основним компонентом електромобіля. Принцип дії – як електричної динамо-машини. Є дві основні частини – нерухомий корпус (статор) і рухома частина (ротор). Коли ці дві частини взаємодіють між собою, електрична енергія перетворюється на механічну. Цю взаємодію забезпечує магнітне поле: воно створюється у статорі після подачі живлення. Магнітне поле змушує ротор обертатися, внаслідок чого виробляється механічна сила, тобто тяга.

 

Електромотори бувають асинхронні та синхронні. Перші вважаються не такими потужними, але дешевими. А ось другі – дорогі у виробництві (через велику кількість недешевих матеріалів у конструкції магнітів), зате – високоефективними. В конструкції MG ZS EV застосований електромотор синхронного типу.

 

 

Щн одна особливість електромотору – компактні розміри.  У MG ZS EV агрегат розташовується в нижній частині капоту, але він настільки невеликий, що його навіть невидно з першого погляду. 

 

Редуктор. Мотори електромобілів здатні розвивати високий крутний момент відразу на старті і розкручуватися до дуже високих швидкостей (до 18 500 об/хв). Тому таким машинам не потрібна складна та важка багатоступенева коробка передач. Натомість вони використовують порівняно примітивний, але надійний знижувальний редуктор (зазвичай він має вигляд планетарної передачі), який безпосередньо з'єднаний з мотором. Його завдання – просто передавати потужність із двигуна до колес.

 

Часто редуктор одноступеневий, але бувають і винятки: наприклад, у Audi e-tron GT він дводіапазонний. Це дозволяє поєднати потужну тягу «на низах» з високою максимальною швидкістю.

 

Конвертер (перетворювач струму). Виконує роль перетворювача зміннного струму (AC), який поступає від звичайних зарядок (потужністю до 43 кВт), на постійний струм (DC) для батареї, оскільки остання здатна лише приймати саме постійний срум.

 

Інвертор. Окрім того, що тягова батарея приймає виключно постійний струм, вона ще й його віддає. А ось електромотор працює на змінному струмі. Тому завдання цього агрегату – перетворювати постійний струм на змінний, щоб той міг використовуватися мотором. Однак, це не все. Часто інвертор також несе функцію перетворювання змінного струму при рекуперативному гальмуванні на постійний струм, який використовується для підзаряджання батареї. «Коробочка», яка має відразу дві можливості, відноситься до категорії двоспрямованих інверторів.

 

Контролер. Повна назва – контролер силової електроніки. Він керує потоком електроенергії, що подається акумуляторною батареєю, а також потужністю і крутним моментом, які генеруються електродвигуном. Це та річ, завдяки якій машина реагує на натискання педалі.

 

Допоміжний акумулятор. Подібно до автомобілів з бензиновим/дизельним двигуном, електромобіль оснащений 12-вольтовою батареєю, яка використовується для живлення фар, звукового сигналу, аксесуарів та інших «дрібниць». Допоміжний акумулятор живиться від енергії, котра зберігається у тяговій батареї.

 

Теплова система/система охолодження. Електромотори, на відміну від ДВЗ, не схильні до сильного нагрівання і особливо перегріву. А ось про батарею такого не скажеш –вона працює ефективно лише в оптимальному діапазоні температур, схильна сильно грітися під час заряджання, особливо – швидкого. Також терморегулювання може знадобитися інвертору, оскільки через нього проходять потужні струми. Тож так – в електромобілі також є система охолодження, тому не дивуйтеся, якщо виявите в EV радіатор і патрубки.

 

 

Зліва направо: конвертер, інвертор, допоміжна,12-вольтова батарея. Трохи вище – бачок охолоджуючої рідини. 

 

Важливою складовою системи охолодження електромобіля є тепловий насос. Його завдання – забирати тепло, яке виробляється агрегатами автомобіля, та віддавати його штатному опалювачу. В іншому випадку в холодну машину братиме енергію для опалення салону з батареї, через що знижуватиметься запас ходу.

 

Втім, тепловий насос є у багатьох електромобілів привілеєм, а конкретніше опцією. Наприклад, їм оснащуються німецькі версії Volkswagen ID.4, а ось у китайських ID.4 такий агрегат відсутній, так само як і у героя цієї статті.

 

Зарядний порт та бортовий зарядний пристрій (ЗП). За великим рахунком порт заряджання – це як у машини з ДВЗ лючок горловини бензобака, хоча конструктивно, звичайно, значно складніший. Через нього підключається електромобіль до зовнішнього джерела живлення для заряджання батареї. З іншого боку, не все так однозначно. На відміну від тих самих горловин, зарядні порти не стандартизовані: є кілька форматів, європейських, американських, японських та китайських. Ба більше, часто зарядних портів може бути два, а то й три – під різні джерела, від побутової розетки до спеціальних надпотужних терміналів.

 

 

У MG ZS EV встановлений один зарядний порт – європейський, швидкісного типу CCS Combo 2.

 

З бортовим зарядним пристроєм ще трохи складніше. Воно є системою заряджання, яка перетворює електрику змінного струму, отриману від зарядного порту, на електрику постійного струму – для заряджання батареї. Якщо джерелом живлення є станція постійного, а чи не змінного струму, ЗП подає струм напряму. Також система контролює різні параметри, пов'язані з роботою батареї: напруга, температура, швидкість/потужність заряду і т.д.

 

Ходова частина

 

Підвіска та гальмівна система – єдині головні елементи, які «перекочували» до електромобілів від звичайних автомобілів. У підвісці застосовуються ті самі важелі, амортизатори, пружини, в гальмівній системи – диски та / чи барабани та колодки. Однак відрізняється експлуатаційний ресурс. За рахунок наявності згаданої системи рекуперації, у електромобілів гальмівні механізми зношуються рідше, а елементи підвіски – навпаки, частіше через більшу вагу (електромобілі зазвичай важать в 1,5 рази більше за бензинові та дизельні аналоги). 

 

Читайте також: Гальмівні колодки та диски для електромобілів від APPLUS: які моделі охоплюються?

 

 

 

 

Отже, якщо коротко:

 

Батарея та електродвигун – це головні компоненти електромобіля. Водночас найдорожчим і найбільш ніжним компонентом є якраз батарея. Також конструкція електромобіля включає знижувальний редуктор, інвертор, контролер, перетворювач постійного струму, зарядний порт і зарядний пристрій, а також звичайний акумулятор, який живить сервісну електроніку. Нарешті, електромобілі мають систему охолодження, проте її головна роль регулювати температури батареї, меншою мірою – двигуна.  Що ж  до ходової частини, підвіска та гальмівна система в електромобілях в цілому реалізована так само, як у паливних автомобілів.

 

 

Автомобіль надано для огляду компанією Winner Imports Ukraine.