Содержание
Почему двигатель внутреннего сгорания лучше электродвигателя / Автомобили и другие средства передвижения и аксессуары / iXBT Live
Во многих развитых странах планируют в ближайшем будущем отказаться от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Например, в странах ЕС в 2035 году в силу вступит закон, запрещающий продажу новых автомобилей на горючем. В Англии аналогичных закон будет будет принят в 2040 году. ДВС постепенно уходит в прошлое, однако не из-за того, что он устарел, или нашлась достойная альтернатива, а из-за законов, ограничивающих продажи.
Главный конкурент автомобилю с двигателем внутреннего сгорания — электромобиль. Но есть ли на данный момент, то, в чем он лучше?
Большинство электрокаров на одном заряде может проехать около 400 км. Дорогие авто этого класса могут проехать и 1000 км, как например Tesla Roadster, но не стоит забывать, что цена такого автомобиля начинается от 50 000$.
Запас хода у автомобилей с бензиновым двигателем зачастую около 800 км.
Например Lada Vesta, объем топливного бака которой равен 55 литрам, может проехать без дозаправки примерно 797 км.
С дизельными двигателями дела обстоят еще лучше. У многих представителей этого класса запас хода превышает 1100 км. Например, Peugeot 408 на полном баке, объем которого составляет 60 л, может преодолеть дистанцию в 1224 км.
Инфраструктура городов долгое время создавалась под двигатели внутреннего сгорания, и хоть изменения происходят достаточно быстро, зарядные станции значительно меньше распространены, чем заправки. И это понятно, ведь доля электромобилей в мире около 1%.
Стоит отметить, что изменения инфраструктуры зачастую происходят при поддержке государства, к примеру, Китай выделяет субсидии на производство электрокаров, и за счет бюджета устанавливает зарядные станции. Но если нет поддержи от государства, то все не так гладко. В странах, где отсутствуют субсидии и льготы, такие как отсутствие ввозной пошлины, продажи этого вида транспорта провалились.
Исследование американского журнала Consumer Reports 2020 года показало, что водители электрокаров ежегодно тратят на 60% меньше денег на зарядку относительно затрат на топливо, у водителей автомобилей с бензиновым двигателем.
Можно предположить что, если весь мир перейдет на электромобили, то цена на электричество подскочит, и эта разница уже станет не насколько большой. Однако это лишь догадка, а то, что на данный момент зарядить авто значительно дешевле, чем заправить — факт.
Но не стоит забывать, что залить полный бак топлива займет не больше 5 минут, а вот полная зарядка электрокара может занять и больше часа. Конечно, появляются системы, которые позволят заряжать автомобиль значительно быстрее. И, например, Hyundai Ioniq 5, поддерживающий новый тип зарядки, может получить 80% заряда батареи всего за 18-20 минут. Однако такая «заправка» все еще в 3-4 раза дольше, чем у автомобилей с ДВС.
Все мы знаем, что ДВС загрязняют окружающую среду. Однако электромобили тоже не являются полностью экологичными.
Больше 1/3 всего электричества человечество получает при помощи сжигания угля, а это очень «грязный» источник энергии. И миру придется решить, что делать с миллионами вышедших из эксплуатации автомобильных аккумуляторов. На данный момент перерабатывается всего около 5% литий-ионных аккумуляторов.
Разбор батареи на части не простая задача
В среднем электромобили экологичнее, чем автомобили с ДВС. Однако есть большое количество регионов, где электричество в большей степени вырабатывается сжиганием угля, в них электрокары наносят даже больший ущерб природе, чем конкурент.
Власти Сингапура посчитали, что Tesla Model S для преодоления 1 км требует 444 Вт·ч энергии. В этой стране при выработке 1 Вт·ч энергии выбросы CO₂ составляют 0,5 г. Используя эти данные, несложно подсчитать, что Model S опосредованно выпускает в природу 222 г CO₂/км. Даже у спорткаров использующих бензин этот показатель зачастую меньше. Например Porsche 911 Speedster с двигателем на 510 л.с. выбрасывает в воздух 197 г CO₂/км.
На данный момент двигатель внутреннего сгорания во многом превосходит электродвигатель, но вероятно, что уже скоро он потеряет свое лидерство. ДВС уже достиг пика своего развития, а даже если и нет, никто не будет пытаться улучшать его дальше, ведь большое количество стран в ближайшем будущем запретят продажу этого типа двигателей на своей территории.
А электромобили имеют куда больший потенциал, и быстро развиваются. Например, первые модели Tesla Roadster, выпущенные в 2006 году, имели запас хода всего 372 км, а на зарядку такого авто требовалось больше 2-х часов. У современных моделей эти показатели в несколько раз лучше, и «потолок» все еще не достигнут. Проблема с инфраструктурой тоже решается, а растущий процент электромобилей на дорогах ускоряет этот процесс.
Экологический вопрос с каждым годом становиться все острее. Уже сейчас электрокары в среднем меньше загрязняют окружающую среду, а с ростом процента «зелёной» энергетики, отрыв будет увеличиваться.
Большой потенциал электромобилей дает понять, что в какой-то момент они станут лучше, чем автомобили с ДВС, но когда это случится неизвестно.
что быстрее, безопаснее и выгоднее
Устойчивость и управляемость ⚡ > ⛽
Низкий центр тяжести превращает даже высокий электрический кроссовер в своего рода неваляшку, которая достигает опасных кренов заметно позже, чем аналог с ДВС. Равно как и оптимальная развесовка существенно снижает риск развития заноса или сноса.
Также важно, что электропривод и трансмиссию значительно проще подружить с электронными системами безопасности.
Особенности компоновки нагляднее проявляются на заснеженных дорогах, когда электромобиль увереннее и быстрее, чем соседи по потоку, меняет полосу и входит в повороты. Фактически, если привычно соблюдать ПДД, скоростной режим и держать дистанцию, порог рискованных реакций заметно отодвигается, создавая дополнительный запас безопасности.
Источник изображения: news.auto24.pro
Динамика ⚡ > ⛽
У электродвигателя есть замечательное качество — у него относительно прямой график крутящего момента.
Другими словами, он способен выдать максимальную тягу буквально сразу после нажатия педали газа (или в нашем случае — «тока»). А вот ДВС — только когда раскрутится до определенного количества оборотов в минуту.
На дороге это придает даже «семейным» электромобилям динамику, сравнимую со спорткаровской, — разгон до сотни за пять секунд сегодня уже не редкость. А претендующие на спортивность электрокары «разменяли» трехсекундную отметку, что раньше было доступно лишь ультрадорогим гиперкарам.
Конечно, это нам нужно не для светофорных гонок, которые остались где-то на рубеже столетий, а исключительно ради безопасности. Незаурядная динамика позволяет электрокару вовремя сменить полосу, сманеврировать, быстро обогнать «длинномер» на узкой загородной дороге — словом, получить в запас те драгоценные мгновения, которые отделяют риск от уверенной езды.
Тормозная динамика, то есть эффективное и безопасное замедление, у электромобилей тоже обычно лучше, чем у обычных авто.
Тормозным механизмам здесь помогает режим рекуперации, когда электродвигатель работает как генератор и преобразует вращение колес обратно в электроэнергию. Впрочем, если кому-то не по душе резкое замедление в ответ на сброс газа, многие модели позволяют регулировать степень рекуперации, а порой и отключить ее вовсе.
Максимальная скорость ⚡ < ⛽
Пусть электродвигатели способны выдать большой крутящий момент на низких оборотах, сильно раскручиваться и удержать в таких условиях высокую мощность — это не для них. Поэтому даже у дорогих люксовых электрических моделей максимальная скорость чаще ограничена на отметке около 200 км/ч.
Если сегодня взять спортивные варианты электрокара и традиционного автомобиля с примерно одинаковыми мощностью и крутящим моментом, то на первых секундах электрический экипаж уйдет в отрыв, но затем машина с ДВС догонит его и оставит далеко за кормой.
В теории, можно снабдить электромобили особой трансмиссией с повышающим рядом передач (и такие эксперименты ведутся), применить и другие технические решения, но возникает поистине философский вопрос — зачем? На дорогах общего пользования, не считая безлимитных автобанов, превышать технологически ограниченный порог скорости, по сути-то, и негде.
Динамика здесь важнее, а с ней у электрокаров все в полном порядке. А дополнительные детали трансмиссии сделают электрокары сложнее, тяжелее и дороже.
Автономность и запас хода ⚡ < ⛽
Скажем прямо — сегодня преимущество в способности пополнить запасы источника энергии у автомобилей с двигателями внутреннего сгорания просто разгромное. АЗС с бензином и соляркой в достаточном количестве есть и в крупных городах, и в глубинке, и на всех мало-мальски «цивилизованных» трассах, чего, увы, не скажешь о специализированных зарядных станциях для электромобилей. Их число неуклонно растет, но пока не в той мере, чтобы существенно повлиять на ситуацию.
Время заправки-зарядки тоже не в пользу электромобилей. Залить полный бак бензина можно буквально за несколько минут, а на полный заряд батареи в среднем потребуется около трех часов. Если же вам попадется так называемая медленная (невысокой мощности) зарядная станция, умножайте время минимум на два.
Запас хода на одном баке у автомобилей с ДВС в среднем в полтора-два раза выше, чем у электромобилей с полным зарядом батареи.
И последний весомый аргумент — никто не мешает закинуть в багажник автомобиля пару канистр с горючим, но вот дополнительный запас электричества с собой не увезешь…
Расходы ⚡ < ⛽
На этапе покупки электромобиль обойдется вам раза в полтора-два дороже сопоставимого по характеристикам авто с ДВС. Даже если вести речь о «семейных» моделях, а не люксовом сегменте, все равно переплата в рублях будет выражаться числами с шестью нулями.
Конечно, расходы на горючее существенно выше, чем плата за электроэнергию, но расчеты показывают, что в зависимости от класса автомобиля разницу в начальной цене электромобиль за счет топлива окупит за 10–25 лет. Но даже если вы собираетесь эксплуатировать электрокар так долго, вам все равно рано или поздно понадобится заменить батарею, а ее стоимость составляет больше половины от цены всего экипажа.
Обслуживать электромобиль, в принципе, проще: у электродвигателя меньше деталей, чем в ДВС, да и трансмиссии в привычном понимании здесь нет.
Вопрос только в стоимости и доступности самих запчастей, в наличии специальных сервисов и цене нормо-часов.
Экологичность ⚡ = ⛽
Формально электромобиль с его «нулевым» выхлопом несопоставимо чище автомобиля с самым «зеленым» ДВС — даже придушенным в мощности и снабженным многочисленными фильтрами и катализаторами.
Но электричество тоже надо где-то получить, особенно в глобальном масштабе — с перспективой замены всего автопарка моделями с электротягой. Тут одними ветряками и солнечными батареями не обойдешься. И что делать? Жечь уголь в теплоэлектростанциях? Массово строить ГЭС, которые, в свою очередь, разрушают целые экосистемы, или повсеместно внедрять атомные станции, которые на бумаге эффективны и безопасны, но, как мы уже убедились, способны устроить локальный армагеддон?
Над этой дилеммой бьются ученые, спорят инженеры и экологи — поэтому мы не станем в этой статье искать готовый ответ, а просто отметим, что такая проблема, увы, существует.
Но все же электромобили — действительно удобный, безопасный и перспективный вид транспорта.
И хочется надеяться, что его основные проблемы получится решить в ближайшем будущем.
Сколько будет стоить переоборудовать автомобиль в электрический в 2022 году
В эпоху, когда мир пытается сократить выбросы парниковых газов, чтобы сохранить климат, переоборудование автомобилей в электромобили постепенно растет. Также не секрет, что Агентство по охране окружающей среды США (EPA) недавно объявило о более строгих правилах выбросов транспортных средств, ограничивающих использование автомобилей с дизельным двигателем в определенных местах.
Содержание
С учетом этих неотложных экологических кампаний и требований, касающихся автомобилей на дизельном топливе, преобразование электромобилей является наиболее реальным решением для процветания автомобилей в будущем.
Идея преобразования транспортных средств в электромобили (EV) кажется относительно новой в общественном сознании. Вот почему в последние годы было много скептицизма относительно его надежности.
У некоторых людей есть вопросы по этому поводу. Другие также задаются вопросом, разрешено ли это на дорогах в определенных географических точках.
В этой статье вы узнаете, как работает преобразование EV, сколько стоит преобразование EV и процесс, связанный с преобразованием EV.
Зачем переходить на электромобили?
Электромобили — это автоматические транспортные средства, которые приводятся в действие электродвигателями, использующими перезаряжаемые литий-ионные батареи, такие как ваш смартфон или ноутбук. Поскольку электромобили являются перезаряжаемыми, они подключаются к внешним источникам электроэнергии, как и наши повседневные устройства.
Лидер по эффективности использования топлива, преобразование EV стало существенным шагом в экологически безопасном транспорте. Электромобили считаются более чистой альтернативой своим обычным аналогам, поскольку они выбрасывают меньший углеродный след.
Это не только приносит пользу окружающей среде, но и является проверенным решением для снижения эксплуатационных расходов владельцев транспортных средств.
Это особенно верно в Соединенных Штатах, поскольку автомобили на дизельном топливе стоят 10 центов за милю, тогда как электромобили стоят всего около 3 центов за милю. Представьте, если вы начнете использовать электромобиль сегодня, через десять лет вы сэкономите примерно 6320 долларов по сравнению с его дизельным аналогом.
Кроме того, покупка нового электромобиля обойдется вам в большие деньги. Таким образом, переоборудование вашего обычного автомобиля — гораздо более практичный вариант, который также позволяет вам сохранить его сентиментальную ценность.
Тем не менее, важно отметить, что хотя в последующие годы вы сэкономите много денег по сравнению с владением автомобилем с дизельным двигателем, переход на электромобиль (EV) требует значительного первоначального капитала.
Что такое преобразование электромобиля?
Преобразование автомобиля в электромобиль — это инновационный процесс замены двигателя внутреннего сгорания и компонентов трансмиссии автомобиля электродвигателем и большим аккумулятором.
В результате получается всеохватывающий электромобиль, за вычетом мощности топливных выбросов.
Как бы многообещающе это ни звучало, понимание процесса и цели электронного преобразования необходимо перед началом проекта по созданию электромобиля. Благодаря этому у вас будет более четкое представление о том, каких результатов ожидать.
Что такое процесс преобразования электромобиля?
Преобразование дизельного автомобиля в электрический — сложный процесс, требующий экспертных знаний и практического опыта в области машиностроения, электротехники и автомобилестроения. Вот упрощенная разбивка того, что вы можете ожидать в процессе преобразования EV.
Выбор подходящего автомобиля
Процесс преобразования начинается с выбора подходящего автомобиля для преобразования. Потенциальный автомобиль должен быть оснащен бензиновым или дизельным двигателем, чтобы пройти квалификацию.
Извлечение и замена трансмиссии
Здесь начинается настоящий процесс преобразования — думайте об этом как об операции, при которой органы извлекаются и заменяются новыми.
В случае переделки электромобиля топливный бак, двигатель, коробка передач, стартер, а также другое сложное связанное с ними оборудование подобны органам, которые впоследствии извлекаются.
После разгрузки снятые детали заменяются новыми компонентами трансмиссии, такими как электродвигатель и комплект аккумуляторов. По сути, это дает вашему автомобилю новую жизнь!
Выбор подходящего типа/источника питания
Блок постоянного тока является наиболее распространенным вариантом замены, но система переменного тока также может быть приемлемым вариантом. Что касается размеров двигателя, это во многом будет зависеть от веса и размера вашего автомобиля, но предпочтение также может быть отдано производительности.
Выбор подходящей батареи
Аккумулятор, конечно же, будет управлять мотором. Свинцово-кислотные аккумуляторы являются стандартным вариантом для установки, хотя они, как правило, имеют небольшой рабочий диапазон при зарядке. Литиевые элементы также являются вариантом с гораздо более впечатляющим диапазоном, не говоря уже о том, что они меньше и легче.
Однако необходимое количество батарей зависит от размера вашего автомобиля. Батареи большего размера по умолчанию занимают больше места.
Настройка системы питания и зарядки
Для управления потоком энергии между аккумулятором и двигателем, проводкой и другими сложными компонентами необходима надежная система зарядки для питания аккумуляторов через электрическую цепь. Чтобы получить максимальную отдачу от преобразования EV, вам необходимо управлять кондиционером автомобиля, обогревателем и системами рулевого управления с усилителем, добавив дополнительное оборудование. Вы также должны принять к сведению, что это может потребовать дополнительных затрат на установку.
Оценка
После того, как ваш автомобиль будет переоборудован, автомобильный инженер или специалист оценит характеристики и безопасность вашего автомобиля, прежде чем подать сигнал, чтобы ваши колеса отправились в путь.
Что влияет на цену переоборудования электромобилей (EV)?
Совершенно новый электромобиль может стоить от 32 900 до 50 990 долларов по стандартной рыночной цене.
В то время как совершенно новый автомобиль может быть отличной сделкой, переоборудование вашего текущего автомобиля может значительно сэкономить деньги, поскольку стандартная стоимость переоборудования составляет всего от 15 000 до 20 000 долларов. Однако это зависит от типа автомобиля, которым вы владеете, и вашего предпочтительного диапазона.
По правде говоря, не существует окончательной и стандартной стоимости переоборудования в электромобиль, поскольку каждый автомобиль и предпочтения уникальны. Помимо труда, на стоимость конверсии влияют и другие факторы, такие как цена аккумуляторов, конструкция кузова и технологические мощности. Ниже приведены факторы, влияющие на стоимость конверсии, которые помогут вам рассчитать предполагаемые общие расходы:
Дизайн автомобиля
Оригинальный дизайн вашего автомобиля и эстетические предпочтения являются первыми факторами, влияющими на стоимость переоборудования. Тщательно продуманные компоненты конструкции повлияют на вес вашего автомобиля — более тяжелым автомобилям требуется больше электроэнергии для разгона.
Это просто означает, что вам нужны большие батареи для пополнения дополнительной электроэнергии.
Сложность конструкции и возраст вашего автомобиля также повлияют на расчет стоимости. Большинство старых автомобилей имеют более простую конструкцию, что означает меньшие затраты на установку.
Аккумуляторы
Аккумуляторы являются основным компонентом, который отличает электромобили от автомобилей, работающих на дизельном топливе. Это также самая дорогая часть преобразования EV. Стоимость батарей зависит от двух переменных: требуемой мощности и предпочитаемого диапазона. Чем выше диапазон, тем больше энергии он требует и тем дороже он становится.
Зарядное устройство
Знание напряжения вашей батареи имеет решающее значение при выборе зарядного устройства для переоборудования электромобиля. Вам необходимо определить максимальное и минимальное напряжение вашего аккумуляторного блока, а также диапазон напряжения вашего зарядного устройства должен соответствовать емкости аккумулятора.
Зарядные устройства, которые могут поддерживать более высокий диапазон напряжения, естественно, будут стоить вам значительную сумму денег.
Электродвигатель или двигатель
Электродвигатель зависит от мощности, напряжения и производителя аккумуляторной батареи. Если двигатель имеет выходную мощность 14 кВт и рабочее напряжение 100 В, он будет стоить вам от 800 до 1000 долларов. Если двигатель имеет выходную мощность 200 кВт и выше, стоимость может доходить до 3200 долларов и более.
Контроллер
Если вы покупаете электродвигатель, есть вероятность, что контроллеры можно купить в комплекте с двигателем. Вы можете не только воспользоваться скидками, но и комбинации двигателей и контроллеров также обычно настраиваются друг для друга. Это избавит вас от дополнительных расходов и догадок. Несколько брендов, таких как Curtis, продают комбинации мотор-контроллер с удобными функциями на случай, если вам нужно будет перемещаться по настройкам.
Хотя цена на контроллеры зависит от двигателя и поставщика, самый дешевый обойдется вам примерно в 1000 долларов, а более дорогие варианты могут достигать 10 000 долларов.
Мы рекомендуем вам сначала проконсультироваться со своим автомобильным инженером по электромобилям, чтобы узнать о практических альтернативах.
Обзор стоимости переоборудования в электромобиль
Итак, сколько стоит переоборудование в электромобиль? Ниже приводится разбивка того, как различные факторы могут повлиять на общую цену. Обратите внимание, что общие расходы по-прежнему различаются, так как вам все равно придется платить за любые прочие расходы и расходы на предпочитаемые вами дополнения.
| Компоненты | Минимальная стоимость | Максимальная стоимость |
| Дизайн автомобиля + конфигурации | Зависит от автомобиля | Зависит от автомобиля |
| Аккумуляторы | 16 000 долларов США | 46 000 долларов США |
| Зарядное устройство | 600 долларов | 6000 долларов |
| Электродвигатель | $800+ | $3200+ |
| Контроллер | 1000 долларов | 5000 долларов |
| Прочие расходы | 2000 долларов | 5000 долларов |
| Общая стоимость | 20 400 долл. США (за исключением конструктивных конфигураций автомобиля) | 65 200 долл. США (за исключением конструктивных конфигураций автомобиля) |
Часто задаваемые вопросы о переходе на электромобиль
Вот краткая сводная таблица наиболее распространенных вопросов, которые люди задают о переходе на электромобиль (EV):
Какие автомобили идеально подходят для переоборудования в электромобили и почему?
Идеальные автомобили для переоборудования в электромобили — это автомобили с достаточным пространством для аккумуляторов и более тяжелыми компонентами трансмиссии, поэтому вы можете наслаждаться большим запасом хода и дополнительными опциями.
Сколько времени потребуется, чтобы переоборудовать мою машину?
Поскольку работа по переоборудованию электромобиля включает в себя множество движущихся частей и конфигураций, приблизительный срок полной переделки вашего обычного автомобиля в электрический составляет от 3 до 6 месяцев.
Можно ли переоборудовать любой автомобиль в электрический?
Да, пока он в отличном состоянии.
Можно ли после преобразования электромобиля вернуть моему электромобилю его первоначальную форму с дизельным двигателем?
Да, но это противоречит цели преобразования и будет стоить вам больше денег.
Будет ли законно водить электромобиль?
Да, если он зарегистрирован и авторизован Департаментом транспортных средств и альтернативных видов топлива США для центра обработки данных. Ваш автомобильный специалист может предоставить вам точный процесс и советы о том, что вам нужно сделать в течение первых 30 дней после переоборудования вашего автомобиля.
Рекомендуется ли делать конвертацию EV самостоятельно?
Не рекомендуется, так как некоторые специфические реконфигурации требуют экспертизы и авторизации. Это также предотвратит возникновение проблем с вашим электромобилем в будущем.
Заключительные мысли
Проект по переоборудованию электромобиля включает множество движущихся частей, для успеха которых требуется время и бюджет.
Если вы хотите превратить свой автомобиль в высокопроизводительный электромобиль, рассчитывайте потратить больше на аккумуляторы и другие компоненты трансмиссии.
Хотя процесс может быть запутанным, не забудьте проконсультироваться со своим автомобильным специалистом, чтобы узнать четкие сроки завершения. Если у вас есть какие-либо вопросы или вы хотите узнать, как далеко может проехать электромобиль, ознакомьтесь с нашей статьей здесь.
Читайте также:
Сколько времени электромобиль окупится
Сколько стоит замена аккумулятора в электромобиле
Используют ли электромобили масло?
Эволюция двигателей электромобилей только начинается
Когда автомобильная промышленность тренирует свои разработки продукта на компоненте, этот элемент обычно становится меньше, легче, проще, мощнее и эффективнее. Это происходит сейчас с электродвигателем.
04 декабря 2022 г. 00:00
{{/содержание}}
AUTOMOTIVE NEWS ILLUSTRATION
По мере того, как электродвигатель начинает заменять двигатель внутреннего сгорания, автопроизводители и поставщики спешат найти способы снизить стоимость, вес и трение в двигателе и приводе, одновременно улучшая силовую электронику автомобиля. Эффективность трансмиссии электромобиля является ключом к прибыльности.
Примечание редактора: японский поставщик Aisin производит тяговые двигатели для гибридов и электромобилей. Более ранняя версия этой истории говорила об обратном.
Когда речь идет об электромобилях, эффективность стоит денег.
Даже повышение эффективности на 2 или 3 процента может сэкономить автопроизводителям сотни долларов на каждый электромобиль, приближая их к паритету затрат с автомобилями внутреннего сгорания и, что более важно, повышая рентабельность.
Когда автомобильная промышленность тренирует свои разработки продукта на компоненте, этот элемент обычно становится меньше, легче, проще, мощнее и эффективнее. Часто компонент проходит через это преобразование с меньшими затратами, поскольку инженеры находят способы уменьшить содержание драгоценных металлов и другого сырья и повысить эффективность производства.
Automotive News Daily Drive · 5 декабря 2022 г. | результаты выборов СРА; Эволюция электродвигателей
Вот что происходит сегодня с электродвигателем, который только начинает свой путь в автомобиле, который, вероятно, будет очень долгим.
«Все дело в потерях в двигателе, и сейчас мы находимся только в начале пути оптимизации этого и управления двигателем», — сказал президент General Motors Марк Ройсс Automotive News .
В октябре компания Bosch открыла новый завод по производству электродвигателей в Чарльстоне, Южная Каролина
GM, как и практически все другие автопроизводители и большинство поставщиков, вкладывает деньги в разработку электродвигателей. Цель состоит не только в том, чтобы заставить их работать более эффективно при меньшей мощности и использовать меньше редкоземельных магнитов и меди, но и в снижении производственных затрат.
«Как отрасль, мы можем учиться друг у друга, что мы всегда делаем очень хорошо», — сказал Ройсс на мероприятии в октябре, представляя ультра-роскошный Cadillac Celestiq с батарейным питанием.
Tula Technologies, стартап из Кремниевой долины, который создал современную систему отключения цилиндров, используемую в больших пикапах и внедорожниках GM, близок к совершенствованию стратегии энергосбережения под названием Dynamic Motor Drive для электромобилей. Он подает электричество на двигатель, эффективно включая и выключая его тысячи раз в секунду.
Установив дифференциал внутри ротора, инженерам Lucid удалось уменьшить размер и вес электропривода роскошного седана Air.
Джон Фюрст, старший вице-президент Dynamic Motor Drive и инженерно-технического отдела Тулы, объяснил, что может означать повышение эффективности на 3% для Chevrolet Bolt. Тула тестирует парк Болтов с Dynamic Motor Drive.
«То, как промышленность на самом деле смотрит на процентные выгоды, — это стоимость батареи за киловатт-час. Насколько велика ваша батарея? И прямо в нашем Bolt это батарея стоимостью 7200 долларов. у вас на 216 баксов меньше», — сказал Фюрст.
Автопроизводители борются за экономию десяти центов и четвертаков. Экономить в сотни раз трудно, поэтому идет гонка по совершенствованию электродвигателей и управляющей ими силовой электроники.
Обновление зрелой технологии
Электродвигателю почти 200 лет. В транспорте электродвигатели приводят в действие все, от скутеров до локомотивов. Но в основном из-за количества энергии, содержащейся в бензине, и его низкой стоимости по сравнению с другими видами топлива, электродвигатель — за исключением гибридов, таких как Toyota Prius и Chevrolet Volt — в автомобилях за последнее время видел лишь урывки.
120 или около того лет.
До сих пор это не позволяло оптимизировать электродвигатель под уникальные требования легковых автомобилей. Ситуация, конечно, меняется, поскольку автопроизводители стремятся заменить автомобили с двигателями внутреннего сгорания электромобилями.
Кессельгрубер: путь недолгий
Дирк Кессельгрубер, президент ePowertrains в GKN, британском поставщике, наиболее известном своими осями и карданными валами, считает, что разработка электродвигателей будет происходить намного быстрее, чем разработка двигателя внутреннего сгорания, который постоянно совершенствуется. уже более века.
«Я не думаю, что электродвигатель сможет проделать такой долгий путь, чтобы быть оптимальным», — сказал Кессельгрубер. Как и Bosch, American Axle, Dana и другие поставщики трансмиссий, GKN имеет портфолио электроприводов, многие из которых уже производятся в больших объемах.
«Электрические машины (двигатели) очень стары, и вокруг них много научных исследований», — сказал Кессельгрубер.
«Итак, в автомобильной промышленности мы рассматриваем два аспекта. Эффективность двигателя — «Сколько энергии мне нужно для преобразования в крутящий момент?» И, во-вторых, это элемент затрат, который включает в себя все — размер двигателя, воздействие критических материалов, охлаждение и управление температурой, высокие скорости электродвигателя».
Привод для повышения эффективности
Министерство энергетики США сообщает, что типичная система привода электромобиля несет ответственность за потерю энергии от 15 до 20 процентов по сравнению с потерей энергии от 64 до 75 процентов для бензинового двигателя. Некоторые из этих потерь вызваны трением, а другие — тепловыми потерями.
Инженеры автопроизводителей и поставщиков добиваются быстрого прогресса в повышении общей эффективности при одновременном снижении затрат. Повышение эффективности заключается не только в уменьшении трения внутри двигателя и коробки передач, к которой он прикреплен, — это включает в себя такие вещи, как уменьшение веса и размера двигателя, управление нагревом и оптимизацию скорости двигателя в соответствии с потребностями автомобиля.
Прорыв
Компактный двигатель Lucid Air мощностью 10 л.с. на фунт является одним из самых легких и мощных из имеющихся. В видео-презентации, объясняющей, как все это работает, представители Lucid показали, как компания уменьшила вес и увеличила удельную мощность по сравнению с двумя неназванными конкурентами, описанными как «немецкий производитель спортивных автомобилей» и «высокотехнологичная американская компания».
В статоре двигателя 72 прорези больше, чем у конкурирующих двигателей, и заполнены одной толстой медной проволокой, образующей непрерывную волну. В большинстве других двигателей эти пазы заполнены многочисленными жилами изолированного медного провода, воздух между которыми снижает эффективность.
«Я ценю эффективность превыше всего», — сказал на презентации генеральный директор Lucid Питер Роулинсон.
Использование крошечных охлаждающих прорезей в пластинах статора, куда направляется трансмиссионная жидкость под высоким давлением, что отводит тепло у источника, является прорывом для Lucid.
Это значительно увеличивает мощность и эффективность двигателя, особенно на более высоких скоростях. Двигатель мощностью 670 л.с. весит всего 67 фунтов. Еще одно нововведение заключается в размещении дифференциала, который приводит в движение обе планетарные передачи, внутри ротора, что делает весь привод чрезвычайно компактным и легким.
RICHARD TRUETT
Двигатель вентилятора радиатора от Brose. Поставщики небольших двигателей, используемых во всех транспортных средствах, также работают над повышением эффективности.
«Мы достигли такой революционной плотности мощности и эффективности, используя целостный подход», — сказал Эмад Длала, вице-президент Lucid по силовым агрегатам, Automotive News . «Нельзя сосредоточиться на одной области. Вы должны искать улучшения повсюду. Где я вижу дальнейшие улучшения? Короткий ответ — везде. Мы видим потенциал для улучшений в инверторе, двигателе и трансмиссии».
«Мы открыли новые горизонты в области охлаждения двигателя, но думаем, что возможны дальнейшие улучшения», — сказал он.
«Технология медных обмоток будет продолжать развиваться и совершенствоваться. То же самое относится и к электромеханической архитектуре. Кроме того, с силовой электроникой можно сделать еще больше — чипы, конденсаторы и т. д.
«Каждый из них будет иметь различные степени улучшения удельной мощности и эффективности, — сказал Длала, — но в совокупности потенциал улучшения всей трансмиссии может быть значительным. Мы ни в коем случае не останавливаемся на достигнутом».
Скорость, магниты, температура
Электродвигатели вращаются с гораздо большей скоростью, чем двигатели внутреннего сгорания, и количество оборотов в минуту, вероятно, будет увеличиваться по мере совершенствования технологии. Некоторые автомобильные электродвигатели развивают скорость до 20 000 об/мин и более, а это означает, что ротор, статор и магниты должны быть чрезвычайно прочными, чтобы они не разлетались на части.
«В том, как удерживать эти магниты и как развивать такую высокую скорость, столько же настроек и инженерных разработок, сколько и в настройке впускного коллектора», — сказал Тим Грю, генеральный директор GM по стратегии электрификации и разработке элементов.
Grewe работал над каждым электромобилем и гибридом, созданным GM — начиная с EV1 в конце 99-го.0 до Cadillac Celestiq, новейшего электромобиля компании, который появится в четвертом квартале следующего года.
Компания GM посвятила большую часть своих ресурсов в области исследований и разработок электромобилей изучению способов оптимизации магнитов в своих электродвигателях. Улучшения, которые компания сделала в этой области после гибрида Chevrolet Volt 2011 года, показывают лишь один путь, по которому инженеры GM идут для повышения эффективности и снижения затрат.
«На уровне конструкции мы сделали двигатели еще лучше, используя меньшее количество редкоземельных элементов. Тербий, неодим и диспрозий подобны катализаторам внутри самого магнита», — сказал Грю. «В первом поколении Volt мы просто поместили тербий и диспрозий повсюду в магните. Во втором поколении Volt мы в основном сократили тербий и диспрозий пополам, просто поместив их там, где они нам нужны».0003
«А теперь, с нашими двигателями Ultium, мы поднялись на новый уровень», — сказал он.
«Мы еще больше усовершенствовали наши магнитные модели и наши возможности трехмерных магнитных вычислений и нанесли важные редкоземельные элементы непосредственно на магнит только там, где это необходимо. Вы действительно можете настроить это, потому что сила магнита — это крутящий момент».
Всего за три года инженеры немецкого поставщика Bosch уменьшили размер одного из своих электроприводов почти на 50 процентов. Они сделали это, интегрировав двигатель, инвертор и трансмиссию в один блок, состоящий из единого штампованного корпуса, что позволило снизить производственные затраты, затраты на материалы и вес.
Компания Bosch также ищет способы уменьшить количество редкоземельных магнитов — самой дорогой части двигателя.
«Двигатель имеет большой потенциал для улучшения», — сказал Артуро Майя, менеджер по продукции eMotor/eAxle в Bosch. «Редкоземельные материалы очень важны, и мы надеемся, что сможем получить магниты более доступным способом».
Магниты, по словам Майи, составляют половину стоимости электродвигателя.
Инженеры Bosch также работают над медными обмотками двигателя и металлами, используемыми в конструкции компонентов.
Компания Aisin, японский поставщик трансмиссий и компонентов трансмиссии, работает над повышением эффективности трансмиссии электромобилей за счет управления температурным режимом. Поддержание оптимальной температуры аккумуляторов и двигателя увеличивает запас хода и продлевает срок службы аккумуляторов
RICHARD TRUETT
Инженеры британского поставщика GKN повысили эффективность за счет снижения трения в шестернях и подшипниках электропривода.
На автосалоне в Детройте в сентябре компания Aisin продемонстрировала полную трансмиссию электромобиля с системой терморегулирования, которая интегрирует систему HVAC автомобиля. Если двигатель необходимо охладить, с этой задачей справится компрессор кондиционера автомобиля. Система HVAC также поддерживает оптимальную температуру батареи.
«Прямое охлаждение самих двигателей поддерживает их на правильном уровне управления температурой для вождения», — сказал Эдвард Пероски, вице-президент Aisin по разработке силовых агрегатов.
Преимущества эффективности
Поскольку аккумуляторная батарея является самой дорогой частью электромобиля, более высокая эффективность двигателя позволяет автопроизводителю уменьшить его размер без ущерба для запаса хода или производительности.
Быстрые усилия по улучшению электрических силовых агрегатов возможны отчасти потому, что электродвигатель и привод, к которому он прикреплен, намного проще, чем обычный бензиновый двигатель и трансмиссия. Силовой агрегат типичного переднеприводного автомобиля с четырьмя цилиндрами насчитывает около 200 движущихся частей. В Chevrolet Bolt всего 13 движущихся частей.
Эти усилия по улучшению электромобилей затрагивают все области отрасли.
Даже поставщики, производящие двигатели меньшего размера, которые используются во всех транспортных средствах, такие как Brose, немецкая компания, которая производит двигатели для всего, от раздвижных дверей с электроприводом, окон, задних дверей, вентиляторов и люков на крыше, работают над улучшением своих двигателей.