Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электромобиль как вечный двигатель

Как создать бизнес по переделке обычных машин в электромобили

Бренд EVC (Electric Vehicles Center) специализируется на конверсии классических машин в электромобили, а также развивает технические станции по их обслуживанию в России. Около 90% автомобилей Tesla в странах СНГ, а также большое количество электромобилей из других стран, где нет официального сервиса Tesla Motors, обслуживаются в EVC.

Медный довод: создан уникальный двигатель для электромобилей

В России разработан мотор для электромобилей, обладающий рядом преимуществ перед зарубежными аналогами. Чтобы создать магнитное поле, необходимое для движения колес, в нем применяют обычную медную катушку. Двигатель увеличивает время пробега машины без подзарядки на 15% и исключает внезапную остановку из-за перегрева. При этом цена отечественного мотора в 3–4 раза ниже, чем у зарубежного. Разработчик планирует выпустить собственную линейку беспилотных грузовиков, оборудованных такими двигателями. Подобные машины уже тестируются иностранными компаниями, которые занимаются грузоперевозками.

Железо, медь и математика

Чаще всего в электромобилях используют моторы на постоянных магнитах. Однако такие двигатели имеют ряд существенных недостатков.

В постоянном магнитном поле проводник (рамка, по которой протекает ток) начинает двигаться. Движение передается на колеса машины, и она едет. Но когда проводник смещается в магнитном поле, по законам физики в нем возникает противоположно направленная сила (противо-ЭДС). Она уменьшает силу тока в проводнике, и в итоге автомобиль не может развить скорость более 60 км/ч. Чтобы ее увеличить, нужно уменьшить поле постоянного магнита — это снизит противо-ЭДС. Но чтобы сделать это, нужно потратить электроэнергию. В результате коэффициент полезного действия (КПД) двигателя падает, следовательно, аккумулятор быстрее разряжается.

–– Наш мотор, образно говоря, состоит из железа, меди и математики, –– рассказал технический директор компании «Электротранспортные технологии» Илья Федичев. –– Мы создаем магнитное поле с помощью медной катушки, через которую проходит ток. И поэтому можем спокойно им управлять: увеличивать для большей мощности и уменьшать для скоростного разгона авто без снижения КПД. По нашим расчетам, на российском моторе машина проедет примерно на 15% дольше –– конечно, при условии, что скорость и качество дороги будут такими же, как для авто с зарубежным двигателем.

Магнитные катушки с пропускаемым через них током известны в качестве источников магнитного поля с XIX века. Однако задействовать поле в работе электродвигателя –– очень непросто. Инженеры говорят, что их главное достижение — создание особой конструкции двигателя, которая и позволила обойтись без постоянных магнитов, заменив их на медную катушку — она создает магнитное поле с нужным направлением и интенсивностью.

Перегрев не страшен

Еще один недостаток действующих электромоторов –– размагничивание постоянного магнита из-за нагрева двигателя. Дело в том, что для каждого магнита есть точка Кюри –– температура, при которой он теряет свои свойства. Когда электромобиль внезапно начинает терять скорость, это значит, что магнит просто перегрелся. Он больше не создает поле для движения рамки, и автоматика принудительно уменьшает мощность мотора. Конечно, ситуация, при которой машина долго едет на максимальной скорости, встречается нечасто, однако способствовать перегреву может и жара.

Российский электромотор не имеет постоянного магнита, поэтому внезапное отключение ему не грозит. Также ему не нужны сложные, громоздкие и дорогостоящие системы охлаждения, как машинам на электродвигателях с постоянными магнитами. Инженеры провели эксперимент, нагревая мотор собственной разработки и зарубежные аналоги. Оказалось, что отечественный двигатель сохраняет характеристики при температуре до 150 ºС, в то время как иностранные модели перестают работать уже при 100 ºС.

Тем не менее большинство специалистов в мире всё же отдают предпочтение двигателям с постоянными магнитами, сообщил заведующий кафедрой электротехники и промышленной электротехники МГТУ им. Н.Э. Баумана Александр Красовский.

–– Следует учесть, что применяемая дополнительная «обмотка возбуждения», то есть та самая медная обмотка, потребляет дополнительную электрическую энергию аккумулятора, что несколько снижает КПД созданного двигателя, –– рассказал эксперт. –– Наличие обмотки ведет еще и к некоторому увеличению массы и габаритов двигателя. Зато к преимуществам предложенного российскими учеными аналога относится выгодная цена –– двигатели с постоянными магнитами имеют более сложную конструкцию, поэтому и стоят дороже.

Российский двигатель такой же мощности, как и зарубежный, дешевле не только благодаря простоте конструкции, но и применяемым материалам. Ведь 90% рынка постоянных магнитов занято Китаем, и производители диктуют цену на товар по своему усмотрению. Монополия может привести к внезапному скачку цен на постоянные магниты, а следовательно, и на электромоторы. Да и сегодня произведенный в Китае мотор стоит около 300 тыс. рублей, еще около 100 тыс. рублей уйдет на перевозку и налоги. Стоимость отечественного мотора при серийном производстве составит около 80 тыс. рублей.

Будущее за электромобилями

Электрические машины не наносят вреда экологии, поэтому власти Москвы планируют всячески поощрять их применение. На данный момент все электрокары имеют право на бесплатную парковку в любой точке столицы, сообщалось на конференции Forbes «Как заработать с помощью искусственного интеллекта в России». Также руководители мэрии предложили проекты по удешевлению оформления ОСАГО для электромобилей и предоставлению льгот для проезда по платным трассам. Некоторые компании, имеющие отношение к разработке транспортных средств, увидели и техническое преимущество электромобилей перед машинами на двигателях внутреннего сгорания.

Читать еще:  Двигатель 1мз какое лить масло

–– Появление таких моторов –– значимое событие для машиностроения, особенно для формируемого рынка беспилотных транспортных средств, –– отметил эксперт в области робототехники и систем автоматизации транспорта Виталий Савельев. — Неприхотливость подобного мотора и высокий ресурс работы без обслуживания дают возможность эксплуатировать технику на его базе более эффективно. Развитие двигателей такого типа позволяет получить высокие тяговые характеристики одновременно с низким энергопотреблением, что увеличивает запас хода электромобиля. В перспективе электромоторы могут использоваться и на водных видах транспорта –– с их помощью можно создать практически бесшумные и энергоэффективные яхты и катера.

Разработчик отечественного двигателя в скором времени планирует выпустить линейку беспилотных грузовиков, которые могут быть востребованы, например, в компаниях, связанных с грузоперевозками, почтовой и курьерской доставкой.

При этом некоторые крупные зарубежные автоконцерны совместно с логистическими компаниями уже тестируют тягачи, рассчитанные на эксплуатацию без водителей.

Через несколько лет электромобили вытеснят с рынка машины с двигателями внутреннего сгорания, предполагают в компании-разработчике. Когда цена на литиевые батареи, используемые в электрокарах, упадет, ездить на них станет гораздо выгоднее. По информации зарубежных экспертов, стоимость батарей в последнее время быстро снижается. Так, в 2016 году цена литиевых аккумуляторов составляла $400–600 на киловатт-час емкости, а год назад — уже $250–300.

А как на ходу?

Проехали и мы на этом чуде технике. Не сказать, что ураган, но одну светофорную гонку мы выиграли. Правда, остальные участники вряд ли были в курсе, что это была гонка.

Мотор выдает максимальную тягу с 0 оборотов, его не нужно раскручивать, поэтому нажал — сразу поехал. В любом случае явно резвее, чем с 1,2-литровым мотором.

Управлять им просто. Есть ручка переключения направления движения вперед-назад, «ручник», педаль тормоза и «газа». И все. Тормоза неплохие, выворот хорош, сидеть удобно. Вроде самоделка, но ездить можно вполне нормально.

В поворотах, если проходить их быстро, страшновато. Мотор расположен под днищем по центру, батарея тоже низко, но все равно кренится автомобиль прилично. Тихим его не назовешь — очень много звуков создает сама электрическая установка. Плюс возраст авто все же сказывается… В любом случае по своим возможностям, учитывая размеры, это просто монстр, а не кей-кар.

Дорожный просвет большой, свесы короткие, веса мало, поэтому и в переднеприводном варианте он остается достаточно проходимым автомобилем.

«Когда был Хавьер, у меня был бензиновый Libero. Мы по полю ехали, машина остановилась только тогда, когда лобовое стекло уперлось в снег. Причем обратно она выехала. Это очень проходимый автомобильчик. Да, привод теперь передний, но все равно проходимость остается на уровне».

По подсчетам Алексея автомобиль за 2,5-3 года отобьется, «потому что обслуживать не надо, «зарядки» на «Белоруснефти» бесплатные, ездишь бесплатно. Да, я старый «субарист», но пересел на электромобиль и теперь пересаживаться обратно на ДВС мне не хочется».

Внутренняя конструкция электрического авто

Большинство современных электрокаров имеет похожее устройство. Различаются они между собой мощностью батареи, количеством электромоторов, аэродинамикой и внутренним оснащением.

Основными элементами конструкции электромобиля являются:

  1. Аккумуляторная батарея.
  2. Электродвигатель.
  3. Трансмиссия.
  4. Бортовое зарядное устройство.
  5. Инвертор.
  6. Преобразователь постоянного тока.
  7. Электронная система управления.
  8. Ходовая часть.

Батарея – главный компонент электромобиля. Она обеспечивает электричеством тяговый электромотор и аксессуары транспортного средства. В современных электрокарах она расположена в подпольном пространстве. Преимуществом такого размещения является низкий центр тяжести и освобождение полезного пространства в салоне и багажнике.

Батарея состоит из ячеек, каждая из которых содержит несколько десятков обычных бытовых литий-ионных батареек типа ААА. Такое решение позволяет быстрее охлаждать быстро нагревающиеся элементы. Система охлаждения имеет множественную сеть каналов, заполненных гликолевым хладагентом, контур движения которого связан с компактными радиаторами в передних воздухозаборниках. По этой причине большинство электромобилей имеют совершенно гладкий обтекаемый профиль. Ёмкость современных батарей в зависимости от класса электромобиля составляет от 40 до 100 кВт.ч, что позволяет проезжать от 150 до 400 км на одном заряде.

Порт зарядки позволяет электромобилю подключаться к внешнему источнику питания для зарядки тягового аккумулятора. На сегодня существует около 5 типов портов зарядных устройств. Производители стараются использовать наиболее популярный тип порта для большего охвата рынка.

Преобразователь постоянного тока в переменный

Это устройство под названием инвертор преобразует мощность постоянного тока высокого напряжения от тягового аккумуляторного блока в мощность переменного тока низкого напряжения, необходимую для работы электромоторов, аксессуаров автомобиля и зарядки вспомогательной батареи.

Читать еще:  Algodoo как сделать двигатель

Новый прорыв

Для электромобиля важна надёжность конструкции и ещё более – высокий кпд электродвигателя. От эффективности работы электродвигателя зависит величина расстояния пробега электромобиля от одной зарядки аккумуляторов, поэтому: чем выше кпд, — тем лучше.

Мировой рынок сбыта электродвигателей стремительно развивается. Согласно новому отчету Grand View Research, Inc. к 2025 году, как ожидается, он достигнет 214,5 млрд. долларов США. Именно быстрые технологические достижения являются основным драйвером роста рынка.

С целью достижения высоких технико-экономических показателей электродвигателя, прежде всего получения максимальной мощности и крутящего момента, при минимальном потреблении энергии необходимо уменьшить ее внутренние потери.

В России запатентован высокопроизводительный оригинальный электродвигатель американской компании Buddha Energy Inc. Примечателен тот факт, что автор электродвигателя является россиянином. В США электродвигатели продаются под торговой маркой HELV Motors. Компания Buddha Energy Inc. занимается разработкой инновационных электронных контроллеров и электродвигателей. Компания имеет патенты на разработку в крупнейших индустриальных странах. Их разработки ориентированы на зеленые технологии и охрану окружающей среды, сокращение использования природных ресурсов.

Особенностью электродвигателя HELV является его форма. Он спроектирован в виде шара таким образом, что полная площадь магнитного поля статора взаимодействует с полной площадью магнитного ротора при минимальном рассеивании магнитного поля, что дает высокий крутящий момент при небольшом размере двигателя.

В ходе стендовых испытаний, сила на валу тестового двигателя массой 2,8 кг и диаметром 119 мм составила 80 Нм. Примечательно, что сам двигатель может развить и большую мощность, но на текущий момент контроллер для его управления рассчитан только на 6 кВт. Таким образом при напряжении в 60 вольт и токе 100 ампер, двигатель показал статический крутящий момент в 80 Ньютон метров при оборотах 3900 об/м. Максимальная мощность двигателя может быть увеличена в несколько раз. Компания работает над созданием контроллера на 22 кВт.

Обычно с целью уменьшения воздействия токов Фуко на металл электродвигателя, а, соответственно, уменьшения потерь на нагрев, статоры синхронных и асинхронных электрических машин изготовлены из набора изолированных между собой пластин из тонкого железа. На электродвигателях марки «HELV Motors» компании Buddha Energy Inc. корпус статора выполнен из композитов, что позволило уменьшить его вес и максимально сократить потери от эффекта токов Фуко. В двигателях HELV не используются металлические сердечники, это позволяет значительно снизить вес двигателя без потери мощности. Особенно это важно для квадрокоптеров и вертолетов.

Благодаря специальному корпусу (крышке) диамагнитного статора все магнитные поля ротора и катушек концентрируются на небольшой площади и не выходят за пределы двигателя, что позволяет создавать высокую мощность при низком потреблении электроэнергии.

Композит статора дает возможность легко придавать ему нужную форму без использования дорогостоящего оборудования для обработки металла. Это позволит дополнительно снизить стоимость готовых электродвигателей.

Статор изготовлен таким образом, что двигатель может быть установлен как вертикально, так и горизонтально.

К преимуществам электродвигателя HELV следует также отнести:

  • небольшие габариты и малый вес;
  • максимальный крутящий момент, который доступен с момента включения (при нулевых оборотах) двигателя;
  • возможность получения рекуперативной энергии;
  • экологически чистая работа;
  • минимум движущихся деталей, требующих замены или ремонта;
  • отсутствие необходимости в коробке передач автомобиля.

Компания Buddha Energy Inc. предлагает ряд высокоэффективных низковольтных электродвигателей нового поколения на основе оригинально расположенных магнитных полей под торговой маркой «HELV Motors» мощностью от 5,6 кВт до 75 кВт

Так электродвигатель HELV мощностью 5,6 кВт при макс. 5600 об / мин, требует напряжения 75 В и потребляет ток до 100 А, в зависимости от нагрузки. В зависимости от модели двигателя обороты составляют от 65 до 75 оборотов на Вольт.

В целом к преимуществам электродвигателей компании «HELV Motors» следует отнести: малый вес и компактный размер, низкое потребление напряжения, умеренный нагрев при работе и большой крутящий момент вала в сравнении с низким энергопотреблением. Сферические катушки статора имеют низкое сопротивление, что позволяет создавать сильные магнитные поля внутри катушек при низком напряжении.

По имеющейся информации можно предположить, что авторы разработки изобрели нечто уникальное, которое может осуществить новый виток в энергетике, в понимании использования сил природы на благо человечества.

В целом изобретателям удалось решить сложную техническую задачу — смоделировать точное взаимодействие магнитных полей в пространстве, в том числе внутри композитов. Они также проверили магнитные взаимодействия полей на практике. С этой целью на 3D принтере был напечатан лабораторный стенд для проверки взаимодействия магнитных полей ротора и статора. После проверки нескольких десятков вариантов обмоток статора был найден вариант, при котором взаимодействие полей статора и ротора происходило наилучшим образом. Всё остальное было делом техники. На этом же принципе сконструирован шарообразный электродвигатель HELV.

Читать еще:  Что такое двигатель quattro

Как утверждают авторы разработки, моторы HELV с их соотношением размеров и мощности — это нечто фантастическое. Реализация данного изобретения стала возможной благодаря новым доступным материалам и новым идеям, которые стали ключевым фактором успеха прорывного эксперимента — изобрести что-то новое, что-то важное. При доводке конструкции синхронизировать контроллер с электродвигателем HELV было достаточно непросто. Контролировать его на высоких нагрузках еще сложнее. Но на сегодняшний день изделие почти готово к массовому производству.

Компания утверждает, что двигатель рассчитанный на мощность 40 кВт будет весить не больше 9,7 кг, а диаметр будет не больше 22 сантиметров. Такие характеристики дадут возможность устанавливать данный двигатель на электрические автомобили, лодки, электромотоциклы и квадрокоптеры. В 2019 году компания заявила, что скорость вращения топовой модификации двигателя составляет 30 000 оборотов в минуту при напряжении в 400 вольт, а пиковая мощность электродвигателя в линейке продукции составляет 95 кВт. Данная модель еще не представлена в линейке продукции компании.

Таким образом, произведен прорыв в создание самых современных и эффективных электродвигателей. Остаётся только правильно подобрать его мощность для достижения заданных технических характеристик автомобиля. Требуемая мощность, во многом зависит от типа трансмиссии. Если электродвигатель будет подключен к колёсам через коробку передач, — то достаточно и небольшой мощности, а если напрямую к дифференциалу, – тогда потребуется двигатель более мощный.

Если рассматривать общую стоимость всех комплектующих электромобиля, в среднем выходит от 5000 до 8000 долларов. Но вложения в переоборудованный транспорт окупаются буквально через полтора—два года.

Поэтому, если есть желание и возможность, можно попробовать самому сделать электромобиль. Такие конструкции — это будущее для многих транспортных средств.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Как устроено отопление

Теперь подробнее рассмотрим, как обогревается салон электромобиля зимой. Ее принцип очень прост. Сначала газообразный теплоноситель сжимается с помощью компрессора высокого давления, и происходит повышение температуры. После этого жидкость направляется радиатор отопителя, после чего тепло отдается в салон машины. На следующем этапе теплоноситель направляется через расширительный клапан, где его температура снова снижается.

После этого происходит разделение теплоносителя на газовую и жидкую форму. Первая часть становится холодной, после чего она идет в теплообменник и обдувается заборным воздухом. При этом происходит абсорбция части тепла воздуха из вне. На следующим шаге происходит новое сжатие теплоносителя компрессором с передачей тепла в салон. При этом получается замкнутый цикл.

Зная, как устроено отопление в электромобиле, можно делать выводы о его эффективности. По сути, это классический кондиционер, но с обратным принципом работы (на нагрев). Для работы печки необходимо немного энергии. Такая особенность позволяет лишь немного снизить первоначальный запас хода при включенной печке. Интересно, что тепловой насос имеется во многих моделях, к примеру, Тесла Model Y.

Рассматривая вопрос, как, и каким образом работает система отопления в электромобиле, нельзя не отметить и другие подходы, применяемые производителями. К примеру, представители концерна БМВ уверены, что решение проблемы лежит в применении инфракрасного отопления. Такая печка работает только на нагрев предметов и человека, поэтому не расходует энергию на нагрев воздуха. Благодаря этой особенности, на отопление уходит не менее минуты, а энергии нужно минимум. В качестве препятствия может выступать только предмет, с которым сталкивается электромагнитная волна.

В сравнении с классическим воздушным отоплением ИК печка работает с большей эффективностью и отличается экономичностью. Конечно, ее не планируют использовать в качестве основного источника, но как дополнительный элемент обогрева она вполне подойдет.

В классических Ниссан Лиф печка работает еще проще. Здесь ставится фен, который прогревает воздух и работает на «дизеле». Сгорающий в устройстве «дизель» по принципу паяльной лампы греет корпус, после чего через последний проходит воздушный поток. В результате даже при 20-градусном холоде удается прогреть электромобиль за 6-8 минут. При небольших поездках можно оставить печку включенной и пойти по делам. При этом в автомобиле поддерживается тепло и нет необходимости оставлять включенный мотор.

Теперь вы знаете, как отапливаются электромобили, и по какому принципу работает печка в таком транспорте. Каждый производитель старается продумать свою систему, которая будет создавать минимальную нагрузку на аккумуляторную батарею и не повлияет на общий запас хода транспортного средства. При этом избежать траты энергии все равно не получается. Да и это не единственная проблема для электрокаров зимой.

В комментариях расскажите, о каких системах работы печки в электромобиле вы еще знаете, и как работает эта система у вас.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector