Електромобил – устройство на електрическо превозно средство с батерия (ЕПС)
Електрическите превозни средства с батерии (ЕПС), в сравнение с класическите превозни средства с двигател с вътрешно горене (ДВГ), са доста прости и лесни за употреба. Най-простата архитектура на задвижването се състои от батерия с високо напрежение, електрически двигател с електронен контролер на мощността и едностепенна скоростна кутия. ЕПС се наричат също чисто електрически превозни средства, за да се разграничат от хибридни електрически превозни средства (ХЕПС), които имат хибридна двигателна система (двигател с вътрешно горене и електрически двигател) и за тях можете да прочетете тук.
При ЕПС задвижването се основава изключително на електрическата енергия, съхранявана в батерията с високо напрежение.
Снимка: Устройство на електромобил Nissan Leaf (http://www.nissan-global.com)
Електрическите превозни средства с акумулаторни батерии увеличават пазарния си дял, тъй като те са най-надеждният начин за постигане на чиста и ефективна транспортна система. В сравнение с превозните средства с ДВГ, най-важните предимства на ЕПС са общата висока ефективност, надеждност и относително ниска цена на електрическия двигател. Основният недостатък е ниската енергийна плътност на батерията.
Обхватът на електрическо превозно средство е максималното разстояние, което може да бъде покрито с “пълна” батерия. Имайте предвид, че диапазонът е даден за конкретен хомологичен тестов цикъл (NEDC, FTP и т.н.).
Снимка: Устройство на електромобил BMW i3 (https://www.bmwgroup.com/en.html)
Класификация на ЕПС
В зависимост от обхвата, максималната скорост и ускорение, електрическите превозни средства могат да бъдат класифицирани като:
• квартални електрически превозни средства: малки превозни средства с много нисък пробег с едно зареждане (по-малко от 25 км)
• градски електрически превозни средства: малки превозни средства с нисък пробег с едно зареждане (по-малко от 50 км)
• Електрически превозни средства с пълна ефективност: това са еквивалентите на класическите пътнически автомобили в ДВГ с диапазон между 100 и 600 км
Сега ще се съсредоточим върху най-високия клас пътнически електрически превозни средства.
Снимка: Устройство на електромобил Renault Zoe (https://group.renault.com/)
Задвижване и елементи в ЕПС
В повечето ЕПС задвижването е на предната ос и батерията с високо напрежение се намира на пода между предния и задния мост. Тази конфигурация дава много свободно пространство за пътниците и голям багажник.
Батерията с високо напрежение, която е най-тежкият електрически компонент на превозното средство, е разположена много ниско в основата на пода под пасажерите. Това дава още едно предимство – много нисък център на тежестта, което подобрява цялостната стабилност на автомобила.
Снимка: Шаси и двигател на Tesla Model S P90D (https://www.tesla.com/)
Висoкият клас ЕПС, като Tesla Model S, имат два електрически двигателя за задвижване, единият на предния мост, а вторият – на задния мост. И двата двигателя имат свои собствени електронни контролери за мощността. Тази конфигурация дава възможности за задвижване на четирите колела (AWD), както и много добри резултати по отношение на ускорението и динамиката на движението (генериране на голям въртящ момент).
Снимка: Rimac Concept One (http://www.rimac-automobili.com/)
Нови разработки ЕПС, като Rimac Concept One, довеждат представянето и динамиката на шофирането до друго ниво. Задвижването се състои от общо 4 двигателя, по един за всяко колело. Всеки двигател има собствена скоростна кутия, отпред са едностепенни, а отзад има двустепенни със съединители от въглеродни влакна. Батерията с високо напрежение се премества във форма “Т” между предния и задния мост. Rimac Concept_One е първият електрически хипер автомобил. Номиналното напрежение на системата за съхранение енергия(включваща батерията) в повечето случаи е между 360 и 450 V. Един ЕПС има и батерия с ниско напрежение – обикновената батерия от 12 V, която се използва като захранване на спомагателното оборудване (осветление, мултимедия и др.).
Снимка: Батерия на високо напрежение на Nissan Leaf (http://www.nissan-global.com)
Батерия на ЕПС – основният компонент
Батерията е ключовият компонент на ЕПС, защото:
• дължината на пробега на автомобила зависи почти изцяло от батерията
• това е най-тежкият електрически компонент
• това е най-скъпият електрически компонент
Има различни видове батерии с високо напрежение, като химията е основният различен фактор. Най-честите батерии са литиево-йонните батерии. Те имат няколко разновидности:
• метално-оксидни (например литиев манганов оксид, LiMn2O2)
• фосфатни (например литиев железен фосфат, LiFePO4)
В автомобилната индустрия фосфатните литиево-йонни батерии са по-подходящи, защото са по-безопасни от гледна точка на химически и топлинни рискове.
Другият основен елемент – електрическият двигател
Снимка: Задвижване на Renault Zoe (https://group.renault.com/)
Легенда:
1. мощен електронен контролер
2. статор
3. ротор
4. едностепенна скоростна кутия и диференциал
Въртящият момент се осигурява от електрическа двигател. В приложенията за леки пътнически автомобили се използват предимно два вида електрически двигатели, които заедно образуват трети тип:
1. двигатели с постоянни магнити
2. индуктивни двигатели
3. двигатели с променливо магнитно съпротивление
По-подходящо дори е да се наричат електрически машини вместо двигатели, тъй като те също могат да генерират електрическа енергия по време на спиране на превозното средство. Този механизъм се нарича възстановяване / регенериране на енергия. Когато автомобилът ускорява, електрическата машина взима електрическа енергия от батерията и произвежда въртящ момент. Това е двигателната фаза. Когато автомобилът спира, кинетичната енергия на превозното средство се използва от електрическата машина за производство на електрическа енергия. Това е генераторната фаза.
Основната разлика между електрическите машини се състои в начина, по който те произвеждат въртящ момент (постоянно магнитно поле от магнити, индуцирано магнитно поле в намотките на ротора или магнитно проводима пътека в ротора, подравнена със статорното поле).
Други системи в ЕПС
Снимка: Силова електроника на Renault Zoe (https://group.renault.com/)
Легенда:
1. токоизправител
2. DC-DC конвертор
3. входящ филтър
4. инвертор
Контролният модул на силовата електроника има няколко подсистеми, всяка от които е с контролна функция. Когато превозното средство се зарежда от електрическата мрежа в нашия дом (230 V), токоизправителят преобразува променливия ток (AC) в постоянен ток (DC), който се подава в батерията с високо напрежение. DC-DC конверторът е отговорен за понижаването на високо напрежение (например 400 V от трифазна мрежа) до ниско напрежение (12 V).
Инверторът контролира скоростта и въртящия момент на електрическата машина, като преобразува постоянен ток от акумулатора в AC трифазен ток за електрическата машина. Когато автомобилът е във фаза на рекуперация на енергия (спиране), инверторът извършва обратното преобразуване, от 3-фазен AC до DC.
За въпроси, забележки и запитвания, използвайте формата за връзка по-долу.
Не забравяйте да харесвате и споделяте!
Дата: 21.06.2017г.
Автор: инж. Димитър Цеков
Източник: Интернет проучване
