Моторы для электромобилей: асинхронный, синхронный или на постоянных магнитах?

Содержание

асинхронный, синхронный или на постоянных магнитах?

Можно ли буксировать электромобили? Зависит от типа двигателя. Да, бывают разные. Если вы только собираетесь покупать электрокар, то знайте: до полной разрядки его лучше не доводить. И вот почему

Автомобили с двигателями внутреннего сгорания допускают буксировку. Если у вас механическая коробка передач, то это самое простое дело: ставите нейтраль в коробке передач или выжимаете сцепление – и ваш мотор оказывается физически отключен от колес, а машина превращается в обычную телегу: тяни не хочу.

С автоматами чуть сложнее, в них полного разрыва связи между колесами и мотором не предусмотрено. Но и они в режиме N позволяют буксировать машину на короткие расстояния и с невысокой скоростью.

Однако в инструкциях к электромобилям вы прочтете, что буксировка или не допускается вовсе, или, как в случае с современными моделями Tesla, допускается со скоростью не более 5 км/ч на расстояние не более 10 метров: иными словами, вы в праве только оттолкать сломанную машину на обочину.

А может ли быть иначе? Да, старые модели Tesla такое позволяли. Как и GM EV1 – легенда электрокаров 90-х годов прошлого века. Так в чем же дело? В типе электрических двигателей. Или, если уж говорить совсем правильно, электрических машин, так как в электромобилях эти устройства служат не только двигателями, но и генераторами. И на современных типах электрокаров встречается три типа таких устройств. Но для начала немного истории.

В 1821 году британский ученый Майкл Фарадей в своей статье впервые описал основные принципы преобразования электроэнергии в движение. Фарадей уже знал, что электрический ток, проходя через проволоку, создает магнитное поле. Закрученный в катушку, такой провод становится электромагнитом.

Он также знал, что противоположные полюса магнитов притягиваются, а одинаковые – отталкиваются. В электромагнитах же полярность зависит от направления движения тока, то есть ее можно быстро менять. И вот что придумал Фарадей. Берем магнит, который движется к другому. В последний момент полярность меняется, но рядом расположен третий магнит, к которому можно тянуться. Затем четвертый, пятый. Эти разнополярные магниты выстроены в линию. И если ее закольцевать, движение будет идти по кругу до тех пор, пока сквозь электромагниты идет ток и пока его направление не перестает меняться.

Чтобы понять, как это действует, представьте, что у вас в руках два школьных магнита в форме подковы или буквы U – помните, были такие. Если их повернуть друг к другу взаимоотталкивающимися полюсами, то они будут стремиться сделать полуоборот, чтобы снова друг к другу притянуться. А теперь представьте, что их полюса постоянно меняются местами: тогда они станут вертеться друг относительно друга. Это и есть электродвигатель.

Так впервые был описан принцип действия всех электромоторов в целом и самого древнего в частности: того, который работает от постоянного тока и использует с одной стороны постоянные магниты из намагниченного сплава, а с другой – переменные электромагниты. Это наш первый герой: мотор-генератор постоянного тока на перманентных магнитах.

Изобретения Фарадея были развиты его полседователями, в частности изобретателем электрической лампочки Томасом Эдисоном. Эдисон усовершенствовал генераторы постоянного тока и стал пионером в электрификации Нью-Йорка. В 1884 году на пороге его кабинета появился молодой сербский инженер. Звали иммигранта Никола Тесла.

Тесла предложил улучшить конструкцию Эдисона и попросил за работу 50 тысяч долларов – баснословная в те времена сумма. По легенде Эдисон согласился, но когда Тесла действительно существенно улучшил существующую модель, любимец Америки просто кинул безвестного сербского эмигранта.

Тесла рассердился и отправился к главному конкуренту, адепту переменного тока Джорджу Вестингаузу. Так началась «Война токов», окончательно проигранная постоянным током только в 2007 году, когда Нью-Йорк последним из городов перешел на ток переменный.

Генераторы Эдисона вырабатывали электричество с напряжением, близким к потребительскому: 100-200 вольт. Это удобно для домов, но его сложно передавать на большие расстояния из-за сопротивления проводов. Тут было два решения: увеличивать диаметр кабелей или повышать напряжение. Первый вариант позволял делать линии длинной 1,5 километра. Да, совсем немного. Второй вариант был невозможен из-за отсутствия в те годы эффективных способов повышения напряжения постоянного тока.

Однако еще в 1876 году русский ученый Павел Яблочков изобрел трансформатор, меняющий напряжение переменного тока. Подача энергии на большие расстояния перестала быть проблемой.

Но была другая проблема. Лампочкам Эдисона все равно от какого тока питаться: постоянного или переменного. А вот с электродвигателями сложнее: они в те годы требовали только постоянного. В 1888 году Тесла запатентовал в США асинхронный электрический двигатель переменного тока. Он же изобрел и синхронный генератор, впоследствии использованный и как двигатель. Это второй и третий герои нашей статьи.

Так поговорим же о них поподробнее

Если в детстве вам доводилось разбирать игрушечные электрические машинки, то вы должны помнить устройство их простейших двигателей. Для остальных напомним. Все применяемые в электромобилях моторы состоят из двух частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.

В игрушечных машинах на статоре стоят постоянные магниты, а на роторе – электрические переменные. При вращении на них через специальные щетки подается постоянный ток от батареек, и их последовательное включение и обеспечивает движение.

Похожая конструкция встречается практически у всех электромобилей. С одним отличием: на роторе там стоят постоянные магниты, а на статоре, напротив, электрические и переменные. Так в том числе можно избавиться от щеток: одного из немногих элементов электродвигателя, который подвержен износу.

Преимущество моторов на постоянных машинах в том, что они легкие, компактные, мощные, эффективные, работают от вырабатываемого аккумуляторами постоянного тока… так, стоп! А какие недостатки?

Недостаток прост. Таким моторам не хватает тяги. Так перейдем же к асинхронным инверсионным моторам переменного тока.

Бородатый анекдот про умирающего мастера заваривать чай, который делился своим секретом словами «не жалейте заварки» – это прям притча про компанию Tesla. Вопреки расхожему мнению, ее основал не Илон Маск (он позже стал главным инвестором и владельцем), а Мартин Эберхард и его партнер Марк Тарпенинг.

Эти двое придумали немыслимое. Создать не тихоходный, эффективный и относительно дешевый электрокар, а дорогой, быстрый и клевый. Маск же первым идею оценил и быстро прибрал ее к рукам.

Имя компании Tesla не случайно. Одной из ее технических революций стало использование асинхронного двигателя без постоянных магнитов, работающего на переменном токе – того самого, который изобрел Никола Тесла. Эта конструкция дороже как сама по себе, так и благодаря необходимости в установке преобразователя постоянного тока от батареи в переменный для электродвигателя. Успешное решение данной задачи и стало первым из множества теперь уже легендарных прорывов «Теслы».

Благодаря мощному асинхронному мотору электрокары Tesla с самого начала были очень динамичным, что стало ключевой причиной роста их популярности. В таком моторе переменный ток в обмотке статора создает вращающееся магнитное поле. Оно вызывает индукцию в роторе, заставляя его вращаться чуть медленнее, чем вращение самого поля – поэтому двигатель и называется асинхронным. Если скорости вращения синхронизируются, поле перестает создавать в роторе индукцию, и он начинает замедляться, рассинхронизируясь обратно. Важно заметить, что собственно на ротор никакого электричества напрямую не подается.

Итак, есть еще третий тип электрического двигателя, который встречается в современных электромобилях: синхронный на электромагнитах. Он похож по устройству на двигатели с постоянными магнитами на роторе, только эти магниты – электрические. На них подается постоянный ток, так что полярность магнитов ротора остается неизменной.

А вот полярность магнитов статора, напротив, меняется, что и обеспечивает вращение.

Такие синхронные моторы на электромагнитах славятся своей способностью обеспечивать стабильность оборотов и ставятся, обычно, на всякие установки вроде насосов. А еще… на электрокар Renault Zoe. Зачем? Честно сказать, найти быстрый ответ на этот вопрос не получилось. Можем лишь предположить, что это связано с лучшей способностью такого двигателя служить генератором, рекуперируя энергию торможения. Мотор на Zoe не самый мощный, а мощным генератором он быть обязан.

Так что же лучше? Большинство автоконцернов выбирает моторы на постоянных магнитах: они эффективнее. Tesla в первые годы настаивала на асинхронных моторах. Но потом… сделала ставку на двух моторную полнопривродную схему, в которой асинхронный мотор обеспечивает динамику, а двигатель на постоянных магнитах гарантирует низкий расход энергии при небольших нагрузках. И только Renault… ну вы поняли.

А теперь о том, что ждет нас дальше. При буксировке даже обесточенный двигатель на постоянных магнитах тут же начинает работать как генератор, что чревато перегревом и возгоранием энергосистемы электромобиля. В синхронных моторах Renault оставшейся магнетизм в роторе также способен вызвать индукцию в катушках статора, ну и пошло поехало – генерация тока, перегрев, пожар.

И только асинхронные двигатели, когда их статоры не под напряжением, не являются генераторами: их можно буксировать.

Так вот, современная тенденция такова. Моторы на постоянных магнитах становятся все мощнее и тяговитее, оставаясь самыми эффективными. Производители постепенно переходят на них. Но придумать, как машины с ними безопасно буксировать инженерам еще предстоит. Пока они декларируют принцип «Наши электромобили не ломаются и в буксировке не нуждаются». Но звучит не больно убедительно.

Двигатель электромобиля - принцип работы, устройство, виды

По планам многих автоконцернов – именно за тяговым двигателем для электромобиля – будущее.
Так известно, что в плане развития известного гиганта Bentley Motors значится, что к 2030-му году компания полностью трансформируется в производителя электроавтомобилей. На электродвигатели ставки также делают такие известные на весь мир компании, как Nissan, Volvo, Aston Martin. 

Тенденции таковы, что в массовом производстве сейчас больше представлены легковые электромобили и городской электротранспорт (согласно планам, в ряде таких стран как, к примеру, Франция и Норвегия в 2025-2030-м гг. автобусы в городах будут полностью заменены на электротранспорт).

Но чувствуется интерес и к установке электромоторов на грузовой транспорт. Особенно электродвигатели интересны производителям городских развозных фургонов, терминальных тягачей и коммунальных грузовиков.

На весь мир уже хорошо известен седельный тягач капотного типа Tesla Semi, в коммунальном хозяйстве США активно не первый год используют мусоровозы PETERBILT на электротяге, в Евросоюзе возрастает интерес к седельному тягачу с электродвигателем Emoss Mobile Systems B.V. и Renault Trucks –развозному автомобилю для продуктов.

На постсоветском пространстве свой коммерческий электротранспорт пока только начинает появляться, но уже активно говорят про грузовик МАЗ-4381Е0 (на грузовике установлен асинхронный тяговый электродвигатель мощностью 70 кВт (95 л.с.), ориентированный на транспортировку грузов в черте города, и электрогрузовик Moskva опытно-конструкторского бюро Drive Electro (главное назначение - доставка товаров в магазины). Не за горами время, когда этот коммерческий транспорт с электромоторами будет активно востребован автопарками, логистическими центрами, предприятиями.

Также, безусловно, давно, как данность мы принимаем, что на электродвигателе работают трамваи, троллейбусы, погрузчики на складах и локомотивы. Трёхфазный асинхронный двигатель помогает двигаться на давно полюбившихся поездах «Ласточка» и «Сапсан».

Принцип работы

Принцип работы двигателя электромобиля основан на преобразовании электроэнергии в механическую энергию вращения.
Главные участники преобразования энергии – статор и ротор.

Как работает традиционный электромотор?

  1. Магнитное поле статора действует на обмотку ротора.
  2. Возникает вращающий момент.
  3. Ротор начинает двигаться.

Наглядная схема двигателя электромобиля в системе электропривода представлена ниже:

Важная особенность классического электрокара – отсутствие дифференциала, коробки передач, передаточных устройств с шестеренками. Энергия от электромотора поступает прямо на колеса.

Без коробки передач – и большинство «гибридов» с электродвигателем и ДВС. Исключение – «гибриды» с параллельной схемой передачи на колёса крутящего момента. К ней мы ещё вернёмся в этой статье в разделе, посвящённом гибридным автомобилям.

Принцип работы любого электродвигателя базируется на процессах взаимного притяжения и отталкивания полюсов магнитов на роторе и статоре. Движение осуществляется под действием самого магнитного поля и инерции.


Устройство

Как устроен двигатель электромобиля?

При описании принципа работы электродвигателя, уже было упомянуто, что главные компоненты двигателя электромобиля– ротор и статор.

  1. Ротор – это вращающийся компонент двигателя.
  2. Статор находится в неподвижном состоянии. Он ответственен за создание неподвижного магнитного поля.

Ротор

Классический ротор автомобиля состоит из сердечника, обмотки и вала. У некоторых электродвигателей в состав ротора также входит коллектор.
  • Сердечник – это металлический стержень, на периферии которого располагается обмотка. Непосредственно через сердечник происходит замыкание магнитной цепи электродвигателя. Сердечник изготавливается из стальных пластин круглой формы. По структуре похож на слоёный пирог. При производстве сердечников используют изолированные листы стали с присадками кремния. В этом случае обеспечены увеличение КПД электродвигателя, наименьшие удельные потери в металле на единицу массы, снижение величины размагничивающих вихревых токов Фуко, которые возникают из-за перемагничивания сердечника. На поверхности сердечника есть продольные пазы. Через них прокладывается обмотка.
  • Вал – металлический стержень, который непосредственно передаёт вращающий момент. Также изготавливается из электротехнической стали. Служит основой для насаживания сердечника. На концах вала есть резьба, выемки под шестерёнки, подшипники качения, шкивы.
  • Коллектор – блок, крепящийся на валу. Представляет собой систему медных пластин. Изолирован от вала. Служит выпрямителем переменного тока, переключателем-автоматом направления тока (в зависимости от вида электродвигателя).

Статор (индуктор)

Статор состоит из станины, сердечника и обмотки:
  • Станина статора – корпус статора. Как правило, корпус бывает алюминиевым или чугунным. Алюминиевые станины популярны у электродвигателей легковых авто, чугунные – у спецтехники, которая вынуждена работать в условиях высокой вибрации. Станина служит базой крепления основных и добавочных полюсов.
  • Сердечник статора – цилиндр из профилированных стальных листов. Фиксируется винтами внутри станины. Снабжён пазами для обмотки.
  • Обмотка. Создаёт магнитный поток. При пересечении проводников ротора наводит в них электродвижущую силу.

Виды

Электродвигатели классифицируют по типу питания привода, конструкции щеточно-коллекторного узла, количеству фаз для запитывания:
  • По типу питания привода. Устройства делятся на моторы переменного и постоянного тока. Двигатели постоянного тока способны обеспечить более точную и плавную регулировку оборотов, высокий КПД. Двигатели переменного тока выручают, когда важна высокая перегрузочная способность. Это удачный вариант для подъёмно-транспортных машин. Впрочем, существуют и универсальные моторы, которые функционируют от переменного и постоянного тока.
  • По конструкции щеточно-коллекторного узла. Выпускаются бесколлекторные и коллекторные моторы. Бесколлекторный мотор работает за счёт движения ротора с постоянным магнитом. У конструкции нет щеточно-коллекторного узла. Решение обеспечивает достойный крутящий момент, широкий диапазон скоростей и высокий КПД. Важные преимущества бесколлекторного мотора – надёжность, способность к самосинхронизации, возможность подпитываться при переменном напряжении. Ресурс бесколлекторного мотора ограничен исключительно ресурсом подшипников. У коллекторных моторов присутствует щелочно-коллекторный узел. Удобство решения связано с тем, что он может использоваться и в качестве переключателя тока в обмотках, и как извещатель положения ротора, нет необходимости в контролле. Проблема коллекторных моделей – в том, что они зависимы от постоянных магнитов, которые, как известно, со временем, к огромному сожалению, теряют свои свойства.
  • По количеству фаз для запитывания. В зависимости от того, как запитывается обмотка, электродвигатели бывают однофазными и трёхфазными. В автомобилестроении широкое распространение получили трёхфазные решения, это связано с рядом технических характеристик (мощность, перегрузочная способность, частота вращения на холостом ходу).
Обратите внимание! Работать трёхфазные моторы могут синхронно и асинхронно, а в качестве ротора используются как короткозамкнутые, так и фазные модели. Самый популярный вариант – трехфазные асинхронные моторы с короткозамкнутым ротором. Они стоят на большинстве современных электрокаров.

Асинхронные и синхронные двигатели

Синхронные моторы – двигатели переменного тока, у которых частота вращения ротора идентична частоте вращения магнитного поля (измерение производится в воздушном зазоре). В автомобилестроении синхронные моторы встретить можно нечасто (хотя в мире техники – это, в целом, очень популярное решение – особенно в климатотехнике, насосных системах).

Но есть производители авто, которые при производстве электрокаров предпочитают устанавливать на свои машины именно синхронные двигатели. Яркий пример – концерн Renault. Синхронными двигателями на электромагнитах он оснастил электрокар Renault Zoe. На электромагниты подаётся постоянный ток. Полярность магнитов ротора стабильна. Полярность магнитов статора при этом изменяется и обеспечивает бесперебойное вращение.

Преимущество синхронных двигателей на электромагнитах у авто – максимальная оптимизация рекуперации энергии торможения. И главный «конёк» авто с таким типом электродвигателя – полная безопасность при буксировке.

Гораздо более популярный вариант – асинхронные двигатели. Это двигатели переменного тока, у которых потенциал напряжения – магнитного поля не совпадает с частотой вращения ротора. Типичным 3-фазным асинхронным двигателем оснащены, например, хорошо известные автомобили Tesla S и Tesla Х.

Иногда асинхронные моторы называют индукционными, так как в роторе в соответствие с законом Ленца у них индуцируется электромагнитная сила.

Двигатель-колесо

Обособленно среди электромоторов стоит двигатель-колесо. Особенность двигателя- колеса – ориентир крутящего момента и силы напряжения на конкретное колесо.

Такие решения можно встретить в плагин-гибридных автомобилях («гибридах» с параллельной схемой, при описании устройства гибридных авто ниже по тексту мы остановимся на них подробнее). Работает двигатель-колесо в паре с ДВС.

У первых плагин-гибридных автомобилей с двигателем-колесом агрегат был монтирован в ступицу колеса, а работа осуществлялась исключительно в паре с внутренним зубчатым редуктором.

Некоторые же современные модели моторов, монтируемые внутри колёс, вполне могут работать без зубчатого редуктора. Это увеличивает управляемость, позволяет избежать увеличения удельного веса шасси, уменьшить риски, повышает КПД.

Преимущества и недостатки электродвигателей

Преимуществ у электродвигателей существенно больше, нежели недостатков. Более того, за счёт усовершенствования и конструктивных особенностей самих электроприводов, и инфраструктуры, связанной с зарядкой, многие вещи, которые вчера ещё казались критичными, сегодня теряют свою актуальность.

Преимущества

  • Не требуется «раскачка». Крутящий момент достигает максимума непосредственно при включении. Именно по этой причине электрический двигатель электромобиля не требует наличия стартеров и сцеплений – неотъемлемых спутников ДВС.
  • Удобство. Для включения заднего хода (то есть коррекции со стороны вращения мотора) достаточно поменять полярность, сложная коробка передач не требуется.
  • Высокий КПД. У машин с электродвигателями он достигает 95 %.
  • Независимость. На любой отметке скорости достигается максимальный показатель крутящего момента.
  • У мотора – малый вес. Производители могут себе легко позволить создавать компактные автомобили.
  • Есть все возможности для рекуперации энергии торможения. Если у авто с ДВС кинетическая энергия просто уходит в колодки (и стирает их), то у электромобиля в режиме рекуперации мотор может функционировать как генератор. В режиме генерации электроэнергия просто трансформируется в другую форму и быстро накапливается в АКБ. Особенно решение эффективно для транспортных средств с длинным тормозным путем. На объём генерируемой и накопленной энергии существенно влияет маршрут (рельеф, в частности наличие холмистых участков на дороге и уклон дороги).
  • Снижение расходов на эксплуатацию машины. Зарядку можно производить от электросети. Это существенно дешевле, нежели использование дизеля, бензина. Выгода очевидна даже по сравнению с бензиновыми авто эконом-класса.
  • Малый уровень шума.
  • В большинстве случаев для мотора не требуется принудительное охлаждение.
  • Экологичность. Использование транспорта с электродвигателем снижает количество выхлопных газов в воздухе.

Недостатки

Долгое время считалось, что самый большой минус использования электродвигателя – его зависимость от аккумуляторов, которые быстро выходят из строя. Теперь это неактуально. Современные батареи электрокаров, представленных в массовом выпуске, гарантируют пробег автомобиля 150-200 тыс. км. Потерял актуальность и тот фактор, что машины с электродвигателем существенно уступают бензиновым по мощности. Электротяга современных электромоторов уже не уступает ДВС.

Поэтому недостатки электродвигателей сейчас правильно свести не к недостаткам конструкции, а к плохо развитой инфраструктуре для того, чтобы подзаряжать электромобили. Если в США, Скандинавии подзарядить электрокар легко, то до недавнего момента даже в Западной и Центральной Европе с инфраструктурой для подзарядки таких машин были проблемы.

В России, Беларуси, Украине, Казахстане, пока, увы, с инфраструктурой ситуация ещё хуже. Хотя, например, в России число заправок для электрокаров с 2018 по 2020 год возросло в 3 раза, но полотно покрытия площадками для зарядки очень неоднородное. В Москве – более плотное, в регионах – слабое. Даже разрыв с такими городами-гигантами как Санкт-Петербург и Челябинск - колоссальный.

Устройство электромобиля

Рассматривая электродвигатель, важно остановиться на устройстве электромобиля в целом, изучение электродвигателя не самого по себе, а как части системы электропривода, где электродвигатель – один из его базовых компонентов, его «сердце». Но «организм», функционирует только тогда, когда в порядке все другие «органы» – части электропривода:
  • Аккумуляторная батарея.
  • Бортовое зарядное устройство. Его функция – обеспечение возможности заряжать аккумуляторную батарею от бытовой электрической сети.
  • Трансмиссия. Распространены трансмиссия с одноступенчатым зубчатым редуктором (чаще всего встречающийся и наиболее простой вариант) и бесступенчатая трансмиссия с гидротрансформатором (для старта с места), плавно изменяющие отношение скоростей вращения и вращающих моментов мотора и ведущих колес транспортного средства во всём рабочем диапазоне скоростей и тяговых усилий.
  • Инвертор. Назначение инвертора – трансформирование высокого напряжения постоянного тока аккумулятора в трехфазное напряжение переменного тока.
  • Преобразователь постоянного тока. Функция – зарядка дополнительной батареи, которая используется для системы освещения, кондиционирования, аудиосистемы.
  • Электронная система управления (блок управления). Отвечает за управление функциями, связанными с энергосбережением, безопасностью комфортом. В её «подчинении» – оценка заряда АКБ, оптимизация режимов движения, регулирование тяги, контроль за использованной энергией и за напряжением, управлением ускорением и рекуперативным торможением.

Аккумуляторная батарея

Аккумуляторная батарея (аккумулятор) – один из наиболее дорогих компонентов системы. По своей значимости играет такую же роль, как бензобак для ДВС. Электромобиль движется за счёт электричества, полученного от электросети во время зарядки и хранящегося в АКБ.

При этом важно помнить, что у большинства электромобилей устанавливаются одновременно два аккумулятора: один тяговой – он питает именно мотор и стартерный (как и в машинах с ДВС, он помогает системе освещения, системе подогрева). Эти аккумуляторы разные не только по назначению, но и техническим характеристикам.
Тяговый аккумулятор электрического двигателя электромобиля предназначен для питания мотора, запуска двигателя. У него нет высокого пускового тока, но он заточен на длительную работу, выдерживает большое количество циклов заряда-разряда.

Типичная тяговая АКБ – моноблочная секционная конструкция. Тяговая АКБ состоит из толстых электронных пластин – пористых сепараторов и электролитного вещества.
Самые распространенные аккумуляторы – литий-ионные. У них – наиболее высокая энергетическая плотность, не требуется обслуживание, достаточно низкий саморазряд.

Устройство и особенности гибридных систем


Свои особенности – у гибридных систем. В гибридных системах электродвигатель может рассматриваться и как «партнёр» ДВС, и как допэлемент, помогающий добиться экономии топлива и при этом повышения мощности.

Устройство «гибрида» отличается в зависимости от реализованной схемы передачи на колёса крутящего момента.

  • Параллельная. Аккумуляторы передают энергию электромотору, бак – топливо для ДВС. Оба агрегата равноправны и способны создать условия для перемещения авто. Но работает такая схема только при наличии коробки передач. Параллельная схема успешно реализована у автомобиля Honda Civic. Нередко гибриды с параллельной схемой выделяют в отдельную группу и называют плагин-гибридными.

  • Последовательная. Любое действие начинается с включения ДВС. Он же отвечает за последующие действия: поворот генератора для запуска электромотора, зарядку аккумуляторов.


  • Последовательно-параллельная. Через планетарный редуктор соединены ДВС, электродвигатель и генератор. В зависимости от условий движения может использоваться тяга электродвигателя или ДВС. Режим выбирается программно системой управления транспортного средства. Среди хорошо известных последовательно-параллельных «гибридов» – Toyota Prius, Lexus-RX 400h.

Классический гибридный автомобиль использует интегрированный в трансмиссию электрический мотор-генератор.

При этом для получения электрической тяги у гибридных систем задействованы четыре базовых компонента:

  • Мотор-генератор. Является обратимой силовой установкой. Может работать в двух режимах: непосредственно тягового мотора и генератора для зарядки высоковольтной аккумуляторной батареи. При работе в режиме мотора возможно создание крутящего момента и мощности, которых хватит для старта и движения автомобиля с выключенным ДВС, при работе устройства в режиме генератора продуцируется высоковольтная электроэнергия.
  • Высоковольтные силовые кабели. Изолированные электрические кабели большого сечения. Важны для переноса энергии между компонентами высоковольтных электроцепей.
  • Высоковольтные аккумуляторные батареи. Включенные в последовательную цепь аккумуляторные элементы. Позволяют накопить в батарее большой объём электроэнергии.
  • Высоковольтный силовой модуль управления для управления потоком электроэнергии для движения транспортного средства на электрической тяге.

Гибридные авто открывают новые эксплуатационные возможности, с одной стороны можно быть максимально экологичным, радоваться комфортной езде и сэкономить на топливе, а с другой стороны, при разряде аккумулятора владелец авто не попадёт впросак, если невозможно подзарядить мотор: в работу вступит ДВС.

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях напрямую связаны с тем, насколько активно будет развиваться инфраструктура. Там, где она не обеспечена, использование электрокаров действительно ограничено. Ведь без подзарядки у многих авто – малая дальность пробега.

Впрочем, даже последняя проблема активно решаемая. Немецкие и японские разработчики (компании DBM Energy, Lekker Energie, Japan Electric Vehicle Club) сумели доказать миру: потенциал у электродвигателей, аккумуляторов без подзарядки может достигать 500 -1000 тысяч километров пробега. Правда, пока что 1 000 тысяч км пробега без подзарядки возможны только в теории, а 500-600 уже на практике.

На данный момент доступность такого транспорта – на уровне инженерно-конструкторской работы, экспериментальных выпусков, но есть перспективы что их подхватят автогиганты, и не за горизонтом – серийное производство.

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях очень тесно связаны и с политикой отдельных государств. Например, в Норвегии обладатели электромобилей освобождены от уплаты ежегодного налога на транспорт, пользования платными дорогами, паромными переправами и даже большинством парковок. С учётом того, что налоги и тарифы в Скандинавии одни из самых высоких, мотивация приобрести именно авто с электродвигателем, а не ДВС – очень высокая.

Обратите внимание, что на базе LCMS ELECTUDE есть специальный раздел “Электрический привод”, в нём подробно разбираются электродвигатели, виды электропривода, системы зарядки, особенности обслуживания транспорта с электромотором. Кроме комплексных теоретических знаний в обучающих модулях приводятся многочисленные практические примеры.

Оборудование для электромобиля

Описание

 

Комплект силового электропривода (СЭ) электромобиля состоит из тягового электродвигателя, управляющего его работой тягового преобразователя, бортового зарядного устройства, выполняющего также роль вспомогательного инвертора, DC/DC преобразователя для питания бортовой сети.

Состав оборудования

Тяговый преобразователь ТП80-200

Параметры тягового преобразователя:

      -   Тип.......................................................Трехфазный двухуровневый инвертер напряжения на IGBT транзисторах

      -   Номинальная мощность......................................................................................................30 кВт

      -   Максимальная мощность*...................................................................................................80 кВт

      -   Номинальное напряжение питания (от АКБ).....................................................................192 В

      -   Ток максимальный.................................................................................................................365 А

      -   Климатическое исполнение.................................................... ............................................“У”, категория 2

      -   Температура эксплуатации...................................................................................................от минус 40 до плюс 40 °С

      -   Номинальная частота вых. напряжения..............................................................................50 Гц

      -   Максимальная частота вых. напряжения...........................................................................166 Гц

      -   Масса.......................................................................................................................................15 кг

      -   Габариты. .................................................................................................................................413x262x207

      -   Исполнение............................................................................................................................ IP54

      -   Способ охлаждения............................................................................................................. Жидкостное

      -   Расход охлаждающей жидкости.......................................................................................... не более 11 л/мин

      -   Падение давления охлаждающей жидкости........................................................................0,2 бар

      -   Способ управления АД......................................................................................................... Векторное управление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тяговый электродвигатель AFMT 30/80.

 

Параметры тягового двигателя:

      -   Тип двигателя........................................................................... Асинхронный с короткозамкнутым ротором

      -   Номинальная мощность...........................................................30 кВт

      -   Максимальная мощность *.......................................................80

      -   Входное напряжение................................................................3 фазы 140 В

      -   Номинальный момент...............................................................288 Нм

      -   Максимальный момент.............................................................600 Нм

      -   Номинальная скорость.............................................................1000 Об/мин

      -   Максимальная скорость. ...........................................................5000 Об/мин

      -   Система охлаждения.................................................................Жидкостная

      -   Расход охлаждающей жидкости................................................не более 15 л/мин

      -   Падение давления охлаждающей жидкости............................0,2 бар

      -   Масса..........................................................................................214 кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бортовое зарядное устройство+вспомогательный инвертор ПЗ 16/200.

 

      Зарядное устройство ПЗ 16/200 (в дальнейшем «изделие») обеспечивает заряд тяговой батареи от сети 220/380 В, формирование сети 220/380 В для питания потребителей через Подкузовную розетку ПЗ 16/200, а также обеспечивает питанием вспомогательный привод насосов гидроусилителя руля и вакуумных тормозов при передвижении транспортного средства.

 

Параметры бортового зарядного устройства:

      -   Тип зарядного устройства....................................................на IGBT транзисторах без гальванической развязки от сети

      -   Номинальное напряжение питания...........................................................................~3ф, 380 В/~1ф, 220 В

      -   Номинальная мощность зарядного устройства от сети ~3ф, 380В.........................12 кВт

      -   Номинальная мощность зарядного устройства от сети ~1ф, 220В..........................3,5 кВт

      -   Выходное напряжение питания батареи...................................................................=160-240 В

      -   Выходной ток заряда батареи ....................................................................................40 А

      -   Выходное напряжение для питания DC/DC. ..............................................................400-600 В

      -   Выходной ток питания DC/DC.....................................................................................3 А

      -   Способ охлаждения.....................................................................................................Жидкостное

      -   Расход охлаждающей жидкости..................................................................................не более 3 л/мин

      -   Падение давления охлаждающей жидкости..............................................................0,2 бар

 

Зарядное устройство (ЗУ) во время движения обеспечивает питанием вспомогательный электродвигатель со следующими параметрами:

      -   Номинальная мощность..............................................................................................2,4 кВт

      -   Номинальное напряжение питания............................................................................=160-240 В

      -   Выходное напряжение.................................................................................................~3 ф,  220/380 В

 

Зарядное устройство во время стоянки обеспечивает питанием от АКБ потребителей со следующими параметрами

(при отсутствии заряда АКБ):

      -   Номинальное выходное напряжение..........................................................................~3 ф, 380 В/~1ф, 220 В

      -   Номинальная выходная мощность ~3ф, 380В...........................................................10 кВт

      -   Номинальная выходная мощность ~1ф, 220В............................................................3 кВт

      -   Перегрузочная способность.........................................................................................120 % в течении одной минуты

      -   Режим работы нейтрали...................................... .........................................................IT (изолированный)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     

 

DC/DC преобразователь ППН 1.0/200/12

 

     DC/DC ППН 1.0/200/12 обеспечивает питанием потребители 12 В, а так же обеспечивает заряд аккумулятора автомобиля.

    Электропитание изделия осуществляется от питающей распределительной сети постоянным напряжением 600 В, а так же постоянным напряжением 12 В от свинцово-кислотного аккумулятора для питания внутренних цепей.

 

       Параметры DC/DC преобразователя:

      -   Тип зарядного устройства......................с гальванической развязкой от тяговой батареи и ЗУ    

      -   Входное напряжение................................................................=500-600 В

      -   Выходное напряжение.............................................................14 В

      -   Мощность..................................................................................1 кВт

      -   Способ охлаждения..................................................................Жидкостное

      -   Степень защит..........................................................................IP54

      -   Рабочий диапазон температур эксплуатации.........................от минус 40 до +50 ˚С

      -   Относительная влажность воздуха..........................................95 %

      -   Габаритные размеры................................................................500×217×135 мм

      -    Вес............................................................................................8 кг

Двигатель электромобиля – разновидности и принцип работы

Экологичные автомобили, будь-то «чистые» электромобили или плагин-гибриды объединяет наличие электродвигателя, в качестве основной движущей силы. Работа современного электрического двигателя основана на принципе электромагнитной индукции, в базе которого лежит выработка электродвижущей силы в замкнутом контуре с изменением магнитного потока. Технология не нова, однако современные достижения науки и техники позволили развить ее до невероятных высот. Немалую роль в этом сыграла и возросшая в десятки раз мощность и емкость аккумуляторных батарей, которые выполняют роль топливного бака в современных электрических и гибридных автомобилях.

Электромобиль Nissan Leaf в «разрезе»: батарея с электродвигателем

Тем не менее, нельзя со 100% уверенностью утверждать, что все электродвигатели одинаковы. Многие ошибочно считают электродвигатель довольно простой установкой, однако стоит, к примеру, учитывать тот факт, что в отличии от ДВС, у электрического двигателя практически 90% КПД выделяемой энергии идет на создание крутящего момента. Согласитесь, что подобную мощность необходимо обуздать и уметь с ней обращаться, а для этого нужно знать некоторые нюансы о работе и разновидностях электрических двигателей.

Электродвигатели – особенности эксплуатации и принцип работы

К главным особенностям электрического двигателя относится несколько важных характеристик:

  1. Крутящий момент мотора достигает своего максимума сразу при включении, таким образом, электромобили не требуют наличия характерных для ДВС стартеров и сцеплений.
  2. Работа агрегата на обширном числе оборотов, позволяет электромобилю обходиться без коробки переключения передач. Для изменения стороны вращения двигателя (включение заднего хода) достаточно поменять полярности.

Электродвигатель Nissan Leaf

Однако все понимают, что стартовать на электромобиле со всего потенциала крутящего момента, который гораздо мощнее многих автомобилей с ДВС, никто не будет. По меньшей мере, это небезопасно, и что немаловажно это влечет неэффективный расход заряда батарей. Поэтому традиционно электродвигатели должны отвечать следующим требованиям:

  • иметь безопасное и удобное для эксплуатации строение;
  • обладать гарантией длительной эксплуатации;
  • иметь компактные габариты.

Как уже упоминалось, работа современного электродвигателя основана на давно известном принципе электромагнитной индукции. Традиционно агрегат состоит из недвижимого элемента – статора, и крутящегося – ротора. Статор имеет ряд обмоток на которые поступает электрический ток, что приводит к появлению магнитного поля, при котором ротор начинает свое движение. Скоростные показатели ротора определяются частотой, с которой происходит переключение тока с одной обмотки статора на другую.

Двигатели для электромобилей – разновидности и классификация

В современных автомобилях с электрической тягой серийного производства наиболее часто используют три типа электрических двигателей.

Асинхронные двигатели. Моторы непостоянного тока, в которых скорость вращения ротора различается с потенциалом напряжения магнитного поля, созданным источником питания. Различают одно, двух и трехфазные агрегаты асинхронного типа.

Асинхронный трехфазный электродвигатель переменного тока Tesla Model S

Синхронные двигатели. Электромотор, работающий на переменном токе, с движением ротора полностью симметричным электромагнитному полю. Подобные электродвигатели используют при повышенных мощностях. Различают шаговые и вентильные синхронные электродвигатели. Для первых характерно точное расположение ротора с подачей питания на конкретную обмотку, а чтобы изменить положение ротора, напряжение между обмотками необходимо перенаправить. Для второго типа агрегатов характерно питание от полупроводниковых составляющих.

Синхронный электродвигатель с постоянным магнитом Mitsubishi i-MiEV

Двигатель-колесо. Тип электромотора сила напряжения и крутящий момент которого рассчитан на конкретное колесо. Данный тип электропривода часто используется в плагин-гибридных автомобилях в рабочем тандеме с двигателем внутреннего сгорания. Агрегат может устанавливаться непосредственно в колесо, однако современные электромобили все больше отходят от такого расположения мотора, поскольку это увеличивает удельный вес шасси и снижает управляемость. Более рационально стало использовать двигатель в качестве полноценного привода для вращения колеса.

Двигатель-колесо

Что касается регулировок управления электродвигателя, то за преобразование постоянного тока от аккумуляторных батарей в трехфазный переменный – отвечает инвертор.Трансмиссия – выполняющая роль сцепления и коробки передач, зачастую представлена одноступенчатым зубчатым редуктором.Остальные параметры работы электродвигателя регулируют электронная система управления, которая индивидуальна для каждой марки электрокара или гибрида.

Видео как работает электродвигатель и другие механизмы электромобиля на примере Tesla Model S

Хотелось бы подчеркнуть, что представленная классификация и система работы электродвигателей далеко не финальная. Стремительное развитие отрасли эко автомобилей только входит в начальную стадию, поэтому кардинального изменения принципа работы, мощности, строения электромоторов можно ожидать уже в ближайшее время.

Какие электродвигатели используются в гибридных и плагин-гибридных автомобилях

Гибридные автомобили имеют собственную специфику использования электромоторов. Во многом электродвигатель гибрида выполняет роль вспомогательного элемента, повышающего мощность основного двигателя внутреннего сгорания и снижающего уровень потребления топлива.

Электродвигатели используемые в гибридах можно разделить на несколько разновидностей:

  • Встроенная помощь мотору. Электродвигатель который берет на себя часть усилий по созданию крутящего момента при движении.
  • Встроенный генератор стартера. Электродвигатель, который только приводит автомобиль в движение.
  • Старт/стоп двигатель. Электродвигательная система, которая отключает основной ДВС при остановке и мгновенно запускает его при начале движения.

Кроме указанных подвидов классифицируют три типа использования электродвигателя:

  • Параллельной работы. В данном типе электродвигатель питается от батарей, а ДВС от топливного бака. Обе категории двигателей создают крутящий момент для движения автомобиля.
  • Последовательной работы. Заведенный двигатель внутреннего сгорания включает генератор, который или заводит электродвигатель или подзаряжает аккумуляторный блок.
  • Параллельно-последовательной работы. Данный тип гибридного двигателя соединяет электромотор, генератор, ДВС и колеса редуктором.

По большей части в гибридах используется принцип параллельной работы электродвигателя и ДВС. Его применяют также в подключаемых гибридах (плагин-гибридах), в которых по мере истечения заряда аккумуляторных батарей подключается ДВС малой мощности, работа которого в направлена на восполнение заряда АКБ.

Видео работы новой гибридной системы плагин-гибрида Toyota Prius

Преимущества и недостатки использования электродвигателей

Как и любой двигатель, электромотор в электромобиле имеет собственные плюсы и минусы использования. Для понимания данных особенностей электромоторов приведем таблицу:

Преимущества Недостатки
  • Небольшие габариты и малый вес.
  • Максимальный крутящий момент доступен с момента включения (при нулевых оборотах) двигателя.
  • Высокая, фактически ничем не ограниченная производительность.
  • Возможность использования рекуперативной энергии.
  • Экологически чистая работа.
  • Минимум движущихся деталей требующих замены или ремонта.
  • Отсутствие необходимости в КПП.
  • Зависим от настроек программного обеспечения, питания и производительности аккумуляторных батарей.

Будущие перспективы электродвигателя в автомобилях

Говорить о перспективах, при активном использовании электродвигателей в автомобилях, уже не разумно. Сейчас можно говорить только о происходящих и грядущих улучшениях электромоторов.

Сам электродвигатель, это достаточно совершенное устройство, апгрейд которого происходит исключительно в зависимости от потенциала использования. Ближайшие тенденции по улучшению электродвигателя направлены в сторону уменьшения размеров и массы, с сохранением и увеличением производительности.

Гораздо больше работы проводится по улучшению источников энергии для электродвигателя, а точнее аккумуляторных батарей. Их также стараются сделать меньше и легче, увеличивая объем, отдачу энергии, но при этом снижая время на подзарядку. Работа над АКБ устанавливаемых на электромобили, сейчас наиболее приоритетная в отрасли производства электромобилей, гибридных и плагин-гибридных авто.

Автор: hevcars.com.ua

Еще интересное пишут по теме

HEVCARS 🔌 Автор

Читайте самые интересные новости и статьи о электрокарах в Telegram и Google Новости!

Электромоторы | Сайт об электромобилях

Сводная таблица параметров электродвигателей для электромобиля.
Модель Питание U, (В) Nном, (КВт) Mном, (Н*м) Nмакс, (КВт) Nмакс, (Н*м) RPM, (об/мин) Вес (кг) Примерная стоимость (USD) Примечания
Perm-Motor PMG-132 DC 72 7. 2 20.5 14.5 38.5 3480 11 1000  
LEMCO LEM-200 DC 48 4.3 14.2 17.2 57 2880 11 1800  
Brushless Etek AC 36 3.6 13.6 10.8 40.9 2520 10.2 430 цена контроллера на 24-36В 470USD
Perm-Motor PMS-156 AC 96 21. 3 33.9 46 73.2 6000 25.4 ? может поставляться с контроллером и редуктором
ADC #203-06-4001A DC 120 16.3 23.95 28.0 45.3 6500 66.5 1450 версия с двумя шпинделями
ADC FB1-4001 DC 144 21.5 34.2 36.8 81.9 6000 66.5 1700 -
Golden Motor HPM3000BDC48/72 310625 50008 4292 типа вала: шпоночный паз и шлицевый вал 2 типа охлаждения: воздушное и жидкостное. Контроллер VEC200 стоит 323$
Golden Motor HPM5000BDC48/72/9651410246000116552 типа вала: шпоночный паз и шлицевый вал 2 типа охлаждения: воздушное и жидкостное. Контроллер VEC300 стоит 551$
Golden Motor HPM-10KWDC48/72/96/1201030206060001710952 типа вала: шпоночный паз и шлицевый вал 2 типа охлаждения: воздушное и жидкостное. Контроллер HPC500 стоит 804$
Golden Motor HPM-20KWDC72/96/12020 80501605000392606вал: шпоночный паз, тип охлаждения: жидкостное. Контроллер HPC700 стоит 1236$
  • U - Напряжение
  • Nном - Номинальная мощность
  • Mном - Номинальный крутящий момент
  • Nмакс - Максимальная мощность
  • Mмакс - Максимальный крутящий момент
  • RPM - Скорость вращения шпинделя

Copyright © Дмитрий Спицын, 2007-2017.

момент вырос в 2–3 раза — журнал За рулем

Разработкой электродвигателя занимались отец и сын.

Материалы по теме

Компания Linear Labs заявила о разработке электродвигателя Hunstable с «турбиной», крутящий момент которого в несколько раз больше, чем у электромоторов аналогичного размера и с тем же энергопотреблением.

«Основной характеристикой этого двигателя является то, что при очень низких оборотах и при одинаковом размере, весе, объеме и количестве потребляемой энергии он имеет в два-три раза больший крутящий момент, чем любой электромотор в мире», — говорится в заявлении компании.

Разработкой электродвигателя занимались отец и сын: инженер Фред Ханстейбл, который проектировал атомные электростанции, и Брэд Ханстейбл, который помог создать потоковый сервис Ustream, проданный IBM в 2016 году за 150 миллионов долларов.

Изначально Linear Labs решили создать линейный генератор, который мог бы вырабатывать достаточную мощность от низкоскоростного вращающегося вала — ветряка или водяного колеса. Разработка получила 25 патентов и оказалась весьма эффективной.

В электродвигателе на магнитах один компонент вращается внутри другого. Представьте, что маленькая банка вращается внутри большой. Для создания большего крутящего момента нужно подать на двигатель больше энергии или создать мотор большего размера. Linear Labs нашла другой путь: объединила осевой и радиальный потоки в одном двигателе. Проще говоря, это четыре ротора, окружающие статор. Центральный ротор вращается внутри статора, создавая один источник крутящего момента. Второй ротор вращается снаружи статора, создавая второй источник. Два дополнительных ротора расположены на левом и правом концах статора. По сути, это два концентрических радиальных двигателя с двумя осевыми.

При производстве нового электромотора требуется на 30% меньше меди. Конструкция также исключает концевые обмотки, которые лежат вне статора, генерируя тепло.

На сегодняшний день Linear Labs подписала несколько соглашений на производство своего «турбированного» электродвигателя: с производителем скутеров, со шведской фирмой по производству систем электропривода Abtery и с неназванной фирмой, разрабатывающей гиперкар, который должен появиться в течение двух лет.

В настоящее время электродвигатели способны вращаться намного быстрее, чем колеса. Поэтому с новым более мощным мотором электромобили могли бы использовать коробку передач, которая позволит экономить электроэнергию, благодаря возможности передачи крутящего момента в соотношении 6:1.

Фото, видео: Linear Labs

Двигатели для детских электромобилей

Предлагаем купить двигатели для детских электромобилей:

Двигатель Peg-Perego 6v 60w Арт. SAGI9998

Двигатель Peg-Perego 12V-240W Арт.SAGI9995

Двигатель Peg-Perego 12V-140w Арт.SAGI9997J

Двигатель Peg-Perego 12V 170w Арт.SAGI9993J

Двигатель Peg-Perego 170w Polaris 700, Gator Арт.SAGI9993

Двигатель Peg-Perego 12V 240w, Арт.SAGI9988

Двигатель TCV-636 Big 12V-240W, Арт.A-2624

Двигатель TCV-335, Арт.A-2625

Двигатель TCV-353 12V-240W, Арт.A-2624

Двигатель TCV 818 6V-60W, Арт.A-2625

Двигатель Geoby 6V

Двигатель Geoby 12V

Двигатель BeRica, Joy Automatic

Двигатель Cruiser Turbo

Двигатель Master Speedy

Двигатель Chien-Ti (СТ) 6V

Двигатель SECA 6V

Двигатель SECA6V

различных типов двигателей, используемых в электромобилях

Электромобили не являются чем-то новым для этого мира, но с технологическим прогрессом и повышенным вниманием к контролю за загрязнением окружающей среды он стал залогом мобильности будущего. Основным элементом электромобиля, помимо аккумуляторов электромобилей, который заменяет двигатели внутреннего сгорания, является электродвигатель . Быстрое развитие в области силовой электроники и методов управления создало пространство для различных типов электродвигателей, которые будут использоваться в электромобилях.Электродвигатели, используемые в автомобилях, должны обладать такими характеристиками, как высокий пусковой момент, высокая удельная мощность, хороший КПД и т. Д.

Различные типы электродвигателей, используемых в электромобилях
  1. Двигатель серии постоянного тока
  2. Бесщеточный двигатель постоянного тока
  3. Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM)
  4. Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока
  5. Электродвигатели с регулируемым сопротивлением (SRM)

1.Двигатель серии постоянного тока

Высокий пусковой момент двигателя серии постоянного тока делает его подходящим вариантом для тягового применения. Это был наиболее широко используемый двигатель для тяги в начале 1900-х годов. Преимущества этого двигателя - легкое регулирование скорости, а также способность выдерживать резкое увеличение нагрузки. Все эти характеристики делают его идеальным тяговым двигателем. Главный недостаток двигателей постоянного тока - это высокие эксплуатационные расходы из-за щеток и коммутаторов. Эти двигатели используются на индийских железных дорогах.Этот двигатель относится к категории щеточных двигателей постоянного тока.

2. Бесщеточные двигатели постоянного тока

Аналогичен двигателям постоянного тока с постоянными магнитами. Он называется бесщеточным, потому что в нем нет коммутатора и щеточного устройства. Коммутация в этом двигателе осуществляется электронным способом, поскольку двигатели с BLDC не требуют обслуживания. Двигатели BLDC имеют тяговые характеристики, такие как высокий пусковой момент, высокий КПД около 95-98% и т. Д. Двигатели BLDC подходят для проектирования с высокой удельной мощностью.Двигатели BLDC являются наиболее предпочтительными двигателями для электромобилей из-за их тяговых характеристик. Вы можете узнать больше о двигателях BLDC, сравнив их с обычным щеточным двигателем.

Двигатели BLDC также имеют два типа:

и. Двигатель BLDC внешнего бегунка:

В этом типе ротор двигателя находится снаружи, а статор находится внутри. Его также называют как Hub motors , потому что колесо напрямую связано с внешним ротором.Для двигателей этого типа не требуется внешняя зубчатая передача. В некоторых случаях сам двигатель имеет встроенные планетарные передачи. Этот двигатель делает автомобиль менее громоздким, поскольку не требует какой-либо системы передач. Это также устраняет необходимость в пространстве для установки двигателя. Существует ограничение на размеры двигателя, которое ограничивает выходную мощность во встроенной конфигурации. Этот двигатель широко используется производителями электрических велосипедов, такими как Hullikal, Tronx, Spero, велосипеды с малой скоростью и т. Д. Он также используется производителями двухколесных транспортных средств, такими как 22 Motors, NDS Eco Motors и т. Д.

ii. Внутренний двигатель BLDC:

В этом типе ротор двигателя находится внутри, а статор - снаружи, как у обычных двигателей. Этим моторам требуется внешняя система трансмиссии для передачи мощности на колеса, из-за этого конфигурация внешнего колеса немного громоздка по сравнению с конфигурацией внутреннего колеса. Многие производители трехколесных транспортных средств, такие как Goenka Electric Motors, Speego Vehicles, Kinetic Green, Volta Automotive, используют двигатели BLDC.Производители скутеров с низкими и средними характеристиками также используют двигатели BLDC для приведения в движение.

Именно по этим причинам он широко используется в электромобилях. Главный недостаток - высокая стоимость за счет постоянных магнитов. Перегрузка двигателя сверх определенного предела сокращает срок службы постоянных магнитов из-за тепловых условий.

3. Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM)

Этот двигатель также похож на двигатель BLDC, который имеет постоянные магниты на роторе .Подобно двигателям BLDC, эти двигатели также обладают такими тяговыми характеристиками, как высокая удельная мощность и высокий КПД. Разница в том, что PMSM имеет синусоидальную обратную ЭДС, тогда как BLDC имеет трапециевидную обратную ЭДС. Синхронные двигатели с постоянным магнитом доступны для более высоких мощностей. PMSM - лучший выбор для высокопроизводительных приложений, таких как автомобили, автобусы. Несмотря на высокую стоимость, PMSM составляет жесткую конкуренцию асинхронным двигателям из-за большей эффективности, чем у последних. PMSM также дороже, чем двигатели BLDC. Большинство производителей автомобилей используют двигатели PMSM для своих гибридных и электромобилей . Например, Toyota Prius, Chevrolet Bolt EV, Ford Focus Electric, нулевые мотоциклы S / SR, Nissan Leaf, Hinda Accord, BMW i3 и т. Д. Используют двигатель PMSM для приведения в движение.

4. Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока

Асинхронные двигатели не имеют высокого пускового момента, как двигатели серии постоянного тока при фиксированном напряжении и работе с фиксированной частотой.Но эту характеристику можно изменить, используя различные методы управления, такие как методы FOC или v / f. При использовании этих методов управления максимальный крутящий момент становится доступным при запуске двигателя, который подходит для тягового приложения. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют долгий срок службы из-за меньшего количества обслуживания. Асинхронные двигатели могут иметь КПД 92-95%. Недостатком асинхронного двигателя является то, что он требует сложной схемы инвертора и затрудняет управление двигателем .

В двигателях с постоянными магнитами магниты вносят вклад в плотность магнитного потока B. Следовательно, регулировать значение B в асинхронных двигателях проще по сравнению с двигателями с постоянными магнитами. Это связано с тем, что в асинхронных двигателях значение B можно регулировать путем изменения напряжения и частоты (V / f) в зависимости от требований к крутящему моменту. Это помогает снизить потери, что, в свою очередь, повышает эффективность.

Tesla Model S - лучший пример, подтверждающий высокую производительность асинхронных двигателей по сравнению с их аналогами.Выбирая асинхронные двигатели, Тесла, возможно, хотел избавиться от зависимости от постоянных магнитов. Даже Mahindra Reva e2o использует трехфазный асинхронный двигатель в качестве двигателя. Крупные производители автомобилей, такие как TATA motors, планируют использовать асинхронные двигатели в своих автомобилях и автобусах. Производитель двухколесных мотоциклов TVS motors представит электрический скутер, в котором в качестве силовой установки используется асинхронный двигатель. Асинхронные двигатели являются предпочтительным выбором для электромобилей, ориентированных на производительность, из-за их низкой стоимости.Другое преимущество состоит в том, что он может выдерживать суровые условия окружающей среды. Благодаря этим преимуществам индийские железные дороги начали заменять свои двигатели постоянного тока асинхронными двигателями переменного тока.

5. Электродвигатели с регулируемым сопротивлением (SRM)

Электродвигатели с регулируемым сопротивлением - это категория электродвигателей с переменным сопротивлением и двойным сопротивлением. Электродвигатели с регулируемым сопротивлением имеют простую конструкцию и надежны. Ротор SRM представляет собой кусок многослойной стали без обмоток или постоянных магнитов на нем .Это снижает инерцию ротора, что способствует большему ускорению. Надежный характер SRM делает его подходящим для высокоскоростных приложений. SRM также предлагает высокую удельную мощность, которая является некоторыми необходимыми характеристиками электромобилей. Поскольку выделяемое тепло в основном ограничивается статором, двигатель легче охладить. Самым большим недостатком SRM является сложность управления и увеличение схемы переключения . Он также имеет некоторые проблемы с шумом. Как только SRM выйдет на коммерческий рынок, в будущем он сможет заменить PMSM и асинхронные двигатели.

Рекомендации по выбору правильного двигателя для вашего электромобиля

Для выбора соответствующих двигателей электромобилей необходимо сначала перечислить требования к характеристикам, которым должно соответствовать транспортное средство, условиям эксплуатации и связанным с ними затратам. Например, для картинга и двухколесных транспортных средств, требующих меньшей мощности (в основном менее 3 кВт) при невысокой стоимости, хорошо использовать моторы-концентраторы BLDC. Для трехколесных и двухколесных транспортных средств также хорошо выбрать двигатели BLDC с внешней зубчатой ​​передачей или без нее.Для приложений с высокой мощностью, таких как высокопроизводительные двухколесные автомобили, автомобили, автобусы, грузовики, идеальным выбором двигателя были бы двигатели PMSM или асинхронные двигатели. После того, как синхронный реактивный двигатель и реактивный реактивный двигатель станут экономически эффективными как PMSM или асинхронные двигатели, можно будет иметь больше вариантов типов двигателей для применения в электромобилях.

Как работает электродвигатель в автомобиле

Трехфазный четырехполюсный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей: статора и ротора. Статор состоит из трех частей: сердечника статора, токопроводящей проволоки и рамы. Сердечник статора представляет собой группу стальных колец, которые изолированы друг от друга, а затем соединены друг с другом.
Внутри этих колец есть прорези, через которые проводящий провод будет наматывать обмотки статора. Проще говоря, в трехфазном асинхронном двигателе есть три разных типа проводов. Вы можете назвать эти типы проводов Фазой 1, Фазой 2 и Фазой 3.
Каждый тип провода наматывается вокруг пазов на противоположных сторонах внутренней части сердечника статора.Как только токопроводящий провод находится внутри сердечника статора, сердечник помещается в раму.

Как работает электродвигатель?

Из-за сложности темы ниже приводится упрощенное объяснение того, как четырехполюсный трехфазный асинхронный двигатель переменного тока работает в автомобиле. Все начинается с аккумуляторной батареи в автомобиле, которая подключена к двигателю. Электрическая энергия подается на статор через аккумуляторную батарею автомобиля. Катушки внутри статора (сделанные из токопроводящей проволоки) расположены на противоположных сторонах сердечника статора и действуют как магниты.Следовательно, когда электрическая энергия от автомобильного аккумулятора подается в двигатель, катушки создают вращающиеся магнитные поля, которые тянут за собой проводящие стержни на внешней стороне ротора. Вращающийся ротор - это то, что создает механическую энергию, необходимую для вращения шестерен автомобиля, которые, в свою очередь, вращают шины. В обычном автомобиле, то есть неэлектрическом, есть и двигатель, и генератор переменного тока. Аккумулятор питает двигатель, который приводит в действие шестерни и колеса. Вращение колес - это то, что затем приводит в действие генератор в автомобиле, а генератор перезаряжает аккумулятор.Вот почему вам советуют водить машину в течение некоторого времени после прыжка: аккумулятор необходимо подзарядить, чтобы он функционировал должным образом. В электромобиле нет генератора.
Итак, как же тогда перезаряжается аккумулятор? Хотя нет отдельного генератора переменного тока, двигатель в электромобиле действует как двигатель и как генератор переменного тока.

Рис. 1. Термин «переменный ток» определяет тип электричества, характеризующийся напряжением и током, которые меняются во времени.

Это связано с переменным характером сигнала переменного тока, который позволяет легко повышать или понижать напряжение до различных значений.Это одна из причин того, почему электромобили так уникальны.
Как упоминалось выше, аккумулятор запускает двигатель, который подает энергию на шестерни, которые вращают шины. Этот процесс происходит, когда ваша нога находится на акселераторе - ротор движется вращающимся магнитным полем, что требует большего крутящего момента. Но что происходит, когда вы отпускаете акселератор? Когда ваша нога отрывается от акселератора, вращающееся магнитное поле останавливается, и ротор начинает вращаться быстрее (в отличие от магнитного поля).Когда ротор вращается быстрее, чем вращающееся магнитное поле в статоре, это действие перезаряжает аккумулятор, действуя как генератор переменного тока.

Переменный ток и постоянный

Концептуальные различия этих двух типов токов должны быть очевидны; в то время как один ток (постоянный) постоянен, другой (переменный) более прерывистый. Однако все немного сложнее, чем это простое объяснение, поэтому давайте разберем эти два термина более подробно.

Постоянный ток (DC)

Под постоянным током понимается постоянный однонаправленный электрический ток. Кроме того, напряжение сохраняет полярность во времени. На батареях, собственно, четко обозначен положительный и отрицательный полюсы. Они используют постоянную разность потенциалов для генерации тока всегда в одном и том же направлении. В дополнение к батареям, топливным элементам и солнечным батареям, скольжение между определенными материалами может производить постоянный ток.

Переменный ток (AC)

Термин «переменный ток» определяет тип электричества, характеризующийся напряжением (представьте давление воды в шланге) и током (представьте скорость потока воды через шланг), которые меняются во времени (рис.1). При изменении напряжения и тока сигнала переменного тока они чаще всего следуют по форме синусоидальной волны. Поскольку форма волны является синусоидальной, напряжение и ток чередуются с положительной и отрицательной полярностью при просмотре во времени. Форма синусоидальной волны сигналов переменного тока обусловлена ​​способом генерации электричества.
Другой термин, который вы можете услышать при обсуждении электроэнергии переменного тока, - это частота. Частота сигнала - это количество полных волновых циклов, завершенных за одну секунду времени.Частота измеряется в герцах (Гц), а в США стандартная частота в электросети составляет 60 Гц. Это означает, что сигнал переменного тока колеблется с частотой 60 полных обратных циклов каждую секунду.

Почему это важно?

Электроэнергия переменного тока - лучший способ передачи полезной энергии от источника генерации (например, плотины или ветряной мельницы) на большие расстояния.

Рис. 2. Многофазная система использует несколько напряжений для сдвига фазы отдельно от каждого, чтобы намеренно выйти из строя.

Это связано с переменным характером сигнала переменного тока, который позволяет легко повышать или понижать напряжение до различных значений. Вот почему в розетках вашего дома будет указано 120 вольт переменного тока (безопаснее для потребления человеком), но напряжение Распределительный трансформатор, который подает электроэнергию в район (те цилиндрические серые коробки, которые вы видите на полюсах линии электропередачи), может иметь напряжение до 66 кВА (66 000 вольт переменного тока). Энергия переменного тока
позволяет нам создавать генераторы, двигатели и распределительные системы из электричества, которые намного более эффективны, чем постоянный ток, поэтому переменный ток является наиболее популярным током энергии для приложений питания.

Как работает трехфазный четырехполюсный асинхронный двигатель?

Большинство крупных промышленных двигателей представляют собой асинхронные двигатели, которые используются для питания дизельных поездов, посудомоечных машин, вентиляторов и множества других вещей. Однако что именно означает «асинхронный» двигатель?
С технической точки зрения это означает, что обмотки статора индуцируют ток, протекающий в проводники ротора.
С точки зрения непрофессионала это означает, что двигатель запускается, потому что электричество индуцируется в роторе магнитными токами, а не прямым подключением к электричеству, как у других двигателей, таких как коллекторный двигатель постоянного тока.
Что означает многофазность? Всякий раз, когда у вас есть статор, который содержит несколько уникальных обмоток на полюс двигателя, вы имеете дело с многофазностью (рис. 2).
Обычно многофазный двигатель состоит из трех фаз, но есть двигатели, которые используют две фазы. Многофазная система использует несколько напряжений для сдвига фазы отдельно от каждого, чтобы намеренно выйти из строя.

Рис. 3. Три фазы - это токи электрической энергии, которые подводятся к статору через аккумуляторную батарею автомобиля.

Что означает трехфазный ? Основываясь на основных принципах Николы Теслы, определенных в его многофазном асинхронном двигателе, выдвинутом в 1883 году, «трехфазный» относится к токам электрической энергии, которые подводятся к статору через аккумуляторную батарею автомобиля (рис. 3).
Эта энергия заставляет катушки проводящих проводов вести себя как электромагниты. Простой способ понять три фазы - рассмотреть три цилиндра в форме буквы Y, использующие энергию, направленную к центральной точке, для выработки энергии.По мере создания энергии ток течет в пары катушек внутри двигателя таким образом, что он естественным образом создает северный и южный полюсы внутри катушек, позволяя им действовать как противоположные стороны магнита.

Лучшие электромобили

По мере того, как эта технология продолжает развиваться, характеристики электромобилей начинают быстро догонять и даже превосходить их газовые аналоги. Несмотря на то, что электромобилям еще предстоит пройти определенное расстояние, шаги, предпринятые такими компаниями, как Tesla и Toyota, вселили надежду на то, что будущее транспорта больше не будет зависеть от ископаемого топлива.На данный момент мы все знаем об успехе, который Tesla испытывает в этой области, выпустив седан Tesla Model S, способный проехать до 288 миль, разогнаться до 155 миль в час и иметь крутящий момент 687 фунт-фут.
Тем не менее, есть десятки других компаний, которые достигают значительного прогресса в этой области, например, Ford Fusion Hybrid, Toyota Prius и Camry-Hybrid, Mitsubishi iMiEV, Ford Focus, BMW i3, Chevy's Spark и Mercedes B-Class Electric. (рис.4).

Электромобили и окружающая среда

Электрические двигатели воздействуют на окружающую среду как напрямую, так и косвенно, на микро- и макроуровне.Это зависит от того, как вы хотите воспринимать ситуацию и сколько энергии вам нужно. С индивидуальной точки зрения, электромобили не требуют бензина для работы, что приводит к тому, что автомобили без выбросов заполняют наши шоссе и города. Хотя это представляет собой новую проблему, связанную с дополнительным бременем производства электроэнергии, оно снижает нагрузку на миллионы автомобилей, густо населенных в городах и пригородах, выбрасывающих токсины в воздух (рис. 5).
Примечание. Значения MPG (миль на галлон), указанные для каждого региона, представляют собой комбинированный рейтинг экономии топлива для города / шоссе бензинового автомобиля, который будет иметь глобальное потепление, эквивалентное вождению электромобиля.Рейтинги выбросов глобального потепления в регионах основаны на данных электростанций за 2012 год в базе данных EPA eGrid 2015. Сравнения включают выбросы при производстве бензина и электрического топлива. Среднее значение в 58 миль на галлон в США - это средневзвешенное значение продаж, основанное на том, где были проданы электромобили в 2014 году. С точки зрения масштабов, рост количества электромобилей дает несколько преимуществ.

Рис. 5. Значения количества миль на галлон для каждого региона страны представляют собой комбинированный рейтинг экономии топлива для города / шоссе бензинового автомобиля, который при глобальном потеплении будет эквивалентен управлению электромобилем.

Во-первых, снижается уровень шумового загрязнения, так как шум, исходящий от электродвигателя, намного ниже, чем от газового двигателя. Кроме того, поскольку электрические двигатели не требуют того же типа смазочных материалов и технического обслуживания, что и газовые двигатели, количество химикатов и масел, используемых в автомагазинах, будет сокращено из-за меньшего количества автомобилей, нуждающихся в проверках.

Заключение

Электродвигатель меняет ход истории точно так же, как паровой двигатель и печатный станок изменили определение прогресса.Хотя электрический двигатель не открывает новые возможности в том же духе, что и эти изобретения, он открывает совершенно новый сегмент транспортной отрасли, ориентированный не только на стиль и характеристики, но и на внешнее воздействие . Таким образом, хотя электрический двигатель, возможно, и не реформирует мир из-за внедрения какого-то нового изобретения или создания нового рынка, он меняет определение того, как мы, как общество, определяем прогресс. Если больше ничего не должно произойти из-за достижений в области электродвигателя, то, по крайней мере, мы можем сказать, что наше общество продвинулось вперед с осознанием своего воздействия на окружающую среду.Это новое определение прогресса, определяемое электрическим двигателем.
(Джилл Скотт)

Дело не только в батарее, ребята

Двигатели внутреннего сгорания существуют уже около 140 лет. За это время мы полностью разобрались во всех их нюансах. Мы можем поговорить с нашими друзьями о степени сжатия, мощности и фазах газораспределения. Мы знаем преимущества рабочего объема и эффективность турбин. Встречающиеся машины быстро превращаются в океаны лопнувших капотов.Даже самые передовые технологии двигателей в новейшем гиперкаре тщательно анализируются автомобильными СМИ. Мы знаем двигатели. Мы говорим о двигателях. Мы любим двигатели .

Нам не нравятся двигатели , то есть электрические. Вы знаете, те, которые существуют уже почти 250 лет и приводили в движение автомобили в 1880-х годах, пока бензиновые двигатели не обогнали их из-за их запаса хода и быстрой дозаправки. (Один из первых изобретателей асинхронных двигателей переменного тока: Никола Тесла.Наше коллективное и практически полное отсутствие знаний о том, что на самом деле приводит в движение колеса всех новых электромобилей на дорогах, действительно вызывает недоумение. Насколько серьезна эта проблема? Большинство владельцев электромобилей, вероятно, даже не знают , где моторы в их автомобилях, сколько их и как они выглядят.

Что еще хуже: технической информации мало, и ее можно найти только на форумах и узкоспециализированных технических сайтах. Примите во внимание также тот факт, что наш собственный Алекс Рой только что сделал обзор новенькой Tesla Model 3 и в 4000 тщательно продуманных словах ни разу не упомянул двигатель.

Не то чтобы его можно было винить: на странице Tesla Motors о Model 3, которая включает раздел «спецификации», сам двигатель вообще не упоминается. Кроме того, в прошлогодней заявке компании в Агентство по охране окружающей среды на получение сертификата соответствия для автомобиля 250 слов было посвящено описанию батареи, но только 20 - двигателю. (Это «3-фазный 6-полюсный двигатель переменного тока с внутренними постоянными магнитами» мощностью 258 л.с. или 192 кВт и крутящим моментом 317 фунт-фут, если вам интересно. ) Точно так же на странице Chevrolet, посвященной его новому Bolt EV, двигатель не упоминается, за исключением того, что у автомобиля есть «электрический привод». Даже BMW - компания, у которой в буквальном смысле слова «мотор» вместо среднего имени - только соизволила раскрыть на своей странице продукта i3, что мотор является «синхронным по переменному току». Между тем, двигатель базовой модели 3-й серии несколькими щелчками мыши описывается как «2,0-литровый рядный 4-цилиндровый 16-клапанный двигатель BMW TwinPower Turbo мощностью 180 л.с., который сочетает в себе турбонагнетатель с двойной спиралью и регулируемым клапаном ( Double-VANOS и Valvetronic) и высокоточный непосредственный впрыск.Это до того, как сайт перейдет к описанию электронного управления дроссельной заслонкой двигателя, функции автоматического запуска и остановки, системы прямого зажигания с контролем детонации, электронного управления охлаждением двигателя (охлаждение карты), рекуперации энергии торможения и управления динамикой движения с помощью Eco Pro, Comfort. , и спортивные настройки.

Среди рецензентов Рой - далеко не единственный, кто недооценивает двигатель. В большинстве обзоров электромобилей эта ключевая часть технологии игнорируется, за исключением того, что отмечается ее относительная бесшумность, крутящий момент, простота и низкие долговременные требования к техническому обслуживанию.Большая часть пространства, отведенного под трансмиссию, вместо этого сосредоточена на батарее - ее размера, конструкции и состава, где она находится, какой у нее запас хода, сколько дней требуется для полной зарядки и т. Д.

тесла

Размещение электродвигателя Tesla Model S P 90D

Но тогда трудно винить людей в том, что им наплевать. Большинство потребителей - черт возьми, даже автомобильные фанаты - не обладают знаниями или словарным запасом, чтобы авторитетно говорить об электродвигателях, и на первый взгляд, казалось бы, очень мало признаков того, что есть что-то значимое для обсуждения о них. Гораздо труднее восхищаться, скажем, разницей между постоянными магнитами и индукцией переменного тока, чем между двигателями V8 и шестерками с двойным турбонаддувом. Тот факт, что автопроизводители и СМИ не рекламируют автомобильные инновации, естественно, заставляет общественность предполагать, что там ничего особенного не происходит.

Вот только ... это неправда.

Несмотря на то, что у электродвигателя есть собственный век прогресса, многое еще можно сделать. Во-первых, представьте, что большинство автопроизводителей открыли собственное производство двигателей.Если бы не было места для инноваций, они бы просто заказали их из каталога у внешних поставщиков. Более легкие материалы в конструкции двигателя, новые альтернативные решения для редкоземельных магнитов и оптимизированные общие рабочие характеристики для различных требований транспортных средств - все это очень важно для инженеров автомобилестроения. И это только начало, - говорит Венкат Вишванатан, профессор машиностроения в Университете Карнеги-Меллона, изучающий характеристики электромобилей.

«Карта КПД двигателя, то есть его КПД как функция крутящего момента и скорости, определяет потребление энергии для потребительских автомобилей, а характеристики пиковой мощности являются важным фактором для требований к высокой производительности», - сказал Вишванатан.«Кроме того, нагрев работающих двигателей на высоких скоростях - еще одна область, в которой есть возможности для инноваций и развития».

Если немного углубиться, становится ясно, какая часть упомянутой оптимизации и развития действительно происходит. Одним из ключевых вариантов является общий тип двигателя. «Обычно большинство производителей используют синхронные двигатели, но то, является ли это постоянным магнитом или электромагнитом, сильно влияет на производительность», - сказал Вишванатан.

Tesla, например, хотя обычно очень молчаливо рассказывала о своих инновациях, в своей модели 3 внесла существенные изменения в решение использовать электродвигатель с постоянными магнитами вместо асинхронного двигателя переменного тока, который она использовала до сих пор. Ключевое отличие заключается в том, что асинхронные двигатели переменного тока должны использовать электричество для генерации магнитных токов внутри двигателя, которые вызывают вращение ротора, тогда как двигатели с постоянными магнитами не требуют этого дополнительного тока, поскольку его магниты созданы из редкоземельных материалов. - всегда включены. Все это означает, что двигатель Model 3 более эффективен и, следовательно, лучше для небольших и легких автомобилей, но не идеален для высокопроизводительных автомобилей, поскольку асинхронный двигатель переменного тока может производить большую мощность. Chevy Bolt использует аналогичную стратегию по той же причине.

Дженерал Моторс

Электродвигатель Chevrolet Bolt

В других случаях производитель сосредоточится на способах снижения стоимости двигателя, чтобы сделать электромобили более доступными. Геральдо Стефанон, старший технический директор технического центра Toyota в Анн-Арборе, штат Мичиган, говорит, что компания в основном производит свои моторы в Японии, имея в виду оптимизацию производства.

«Наша задача и задачи других автопроизводителей - найти способы упростить производство при одновременном повышении эффективности и производительности двигателей, но с меньшими затратами», - сказал он. «В Prius 2016 года было внесено несколько усовершенствований двигателя, включая использование различных материалов и элементов управления, которые минимизируют затраты и потери мощности. Стоимость Toyota Hybrid System II была снижена более чем на четверть от первоначальной стоимости THS, представленной с первым Prius ».

В своих усилиях по электрификации Honda горячо стремилась к повышению производительности и эффективности, которые могут обеспечить тщательно разработанные двигатели.Его Twin Motor Unit, установленный в гибридных системах кроссовера Acura MDX, седана RLX и суперкара NSX, спроектирован таким образом, чтобы быть компактным, с двумя небольшими 36-сильными двигателями, расположенными спина к спине в едином корпусе, расположенном между передней частью (NSX ) или задних (MDX, RLX) колес. Эта конфигурация обеспечивает точное векторизацию крутящего момента в полноприводной установке, когда обычный или гибридный двигатель передает мощность на другую ось. Преимущества в производительности проистекают из способности двигателей поочередно передавать крутящий момент или сопротивление при регулировании мощности на отдельные колеса.Двигатели, как и в других электромобилях и гибридах, также обеспечивают рекуперативное торможение, при котором двигатели действуют как генераторы для зарядки аккумулятора автомобиля при движении накатом или даже обеспечивают тормозное действие благодаря встроенному сопротивлению при выработке этой мощности, если настроено. сделать так.

Honda

Размещение передних моторов в Acura NSX

Кроме того, Honda уменьшила размеры двигателей в новом Accord Hybrid, используя квадратные медные провода вместо круглых в статоре - неподвижной части электродвигателя, которая генерирует переменное магнитное поле для вращения ротора, - поскольку квадратные провода вмещают больше компактно и плотно.Инженеры также использовали три меньших магнита вместо двух больших для двигателя, что помогает улучшить крутящий момент, говорится в сообщении компании. Все эти изменения улучшили мощность автомобиля на 14,8 лошадиных сил до 181 и крутящий момент на 6 фунт-футов до 232.

Honda также хорошо известна своими интегрированными электрическими моторами, которые устанавливаются между двигателем и трансмиссией в гибридных моделях. «Приводные двигатели Honda специально разработаны для этих применений», - отметил инженер от имени компании. «Характеристики мощности и крутящего момента, соотношение диаметра / длины, скорость и эффективность охлаждения оптимизированы для достижения желаемой производительности при размещении в ограниченном пространстве.Это не стандартные компоненты ».

В будущем производительность и эффективность двигателей, естественно, будут расти. Некоторые новаторы будут искать магниты, изготовленные с использованием более дешевых и не редкоземельных элементов, как это недавно сделала компания Honda в рамках проекта разработки с Daido Steel. Их неодимовый магнит не содержит тяжелых редкоземельных материалов, но по-прежнему достаточно мощный для использования в транспортных средствах. Скорость мотора также улучшится; сейчас они колеблются от примерно 12 000 до 18 000 об / мин, но исследователи разрабатывают двигатели, которые могут развивать скорость до 30 000 об / мин, с тем преимуществом, что меньший и более легкий двигатель может выполнять работу более крупного, который вращается медленнее.

Также будет улучшено управление температурным режимом, что еще больше повысит эффективность, и будут разработаны совершенно новые двигатели, такие как сверхлегкие двигатели со ступицей в колесах, которые уже применялись в прошлом, но обычно сдерживаются тяжелым оборудованием. Наконец, сейчас популярность Формулы E растет, а гоночные компании, такие как McLaren и Andretti Motorsport, активно продвигают свои моторные технологии - при этом оттачивая все, от размещения двигателя до управляющей электроники, даже оптимизируя размещение проводов, чтобы минимизировать электронные помехи - это только вопрос До того, как все машины на автосалоне демонстрируют модернизированные электродвигатели.

Электродвигатели для гибридных и чисто электрических транспортных средств 2015-2025: Земля, вода, воздух: IDTechEx

1. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ И ВЫВОДЫ
1.1. Объем отчета
1.1. Некоторые общие различия между требованиями к тяговым двигателям для чисто электрических и гибридных электрических тяговых транспортных средств
1.1. Доля поставщиков тяговых двигателей, предлагающих синхронную, асинхронную или обе версии в конце 2014 года
1. 2. Higen взгляд на выбор тяговых двигателей для электромобилей и их относительные характеристики.
1.2. Примеры традиционных ограничений и тенденций рынка по типу базовой конструкции тягового двигателя
1.2. Обзор рынков и потребностей
1.3. Многие специфические потребности
1.3. Наиболее вероятные победители и проигравшие в следующем десятилетии
1.3. Колесные двигатели, необходимые для предполагаемых аэротакси и личных самолетов вертикального взлета и посадки. Слайды на 7-м Международном симпозиуме по электрическим самолетам.
1.4. Наличие ступичных и колесных двигателей по количеству производителей
1.4. Переломные точки для продаж определенных электромобилей в ближайшее десятилетие.
1.4. Общие требования
1.5. Тенденции
1.5. Количество гибридных и чисто электрических транспортных средств, производимых ежегодно в мире в 2014-2025 годах, в тысячах по категориям, каждый с как минимум одним тяговым электродвигателем
1.5. Приблизительное количество производителей тяговых двигателей, выпускающих на открытом рынке версии только для рельсов, рельсов и электромобилей и только для собственного использования в электромобилях с примерами
1.5.1. Общие
1.5.2. Тенденция в выборе типов двигателей
1.5.3. Направление предлагаемых двигателей: синхронные, асинхронные, щеточные
1.6. Требования, предъявляемые к чисто электрическим и гибридным электромобилям, различаются
1.6. Количество дополнительных электродвигателей тяги на транспортных средствах, где их больше одного (в тысячах) 2014-2025 гг.
1.6. Географическое распределение поставщиков тяговых электромоторов
1.7. Цена только на электрические мотор-генераторные установки, включая органы управления / инверторы и тяговые двигатели, если они также действуют как генераторы, в тыс. Долл. США на автомобиль 2014-2025 гг.
1.7. Цена только на электрические мотор-генераторные установки, включая органы управления / инверторы и тяговые двигатели, если они также действуют как генераторы, в тыс. Долларов США на автомобиль 2014-2025 гг.
1.7. Рекомендации по рекуперативному торможению
1.8. Снижение ограничений: тренд по типу
1.8. Электромотор-генераторные установки, включая элементы управления / инверторы и тяговые двигатели, если они также действуют как генераторы, рыночная стоимость млрд. Долл. США, уплаченных производителем транспортных средств в 2014-2025 гг.8. Электромотор-генераторные установки, включая органы управления / инверторы и тяговые двигатели, если они также действуют как генераторы, рыночная стоимость млрд. Долл. США, уплаченные производителем транспортных средств в 2014-2025 гг. Два примера калькуляции гибридных автомобилей
1.9. Сводка предпочтений тягово-моторной техники для автотранспорта
1.9. Критерии принятия на применение колесных двигателей
1.9.1. Двигатели в колесах, необходимые для предполагаемых аэротакси и личных самолетов вертикального взлета и посадки
1.10. Цепочка добавленной стоимости становится более сложной
1.10. Обычный автомобиль с электрическим усилителем крутящего момента 48 В в качестве нового варианта трансмиссии, показан желтым цветом в вариантах трансмиссии
1.10. Концепция нескольких приводов
1.11. Транспортные средства, конструкция которых недавно была модернизирована с одного тягового двигателя до двух.Топ чисто электрический микрокар IFEVS. В центре: чистый электромобиль Tesla Model S. Внизу: самый продаваемый в мире полностью электрический автобус BYD K9, теперь с двумя
1.11. Позиционирование производителей двигателей
1.12. Расположение производителей двигателей
1.12. Рыночная стоимость автомобилей, миллиард долларов, выплаченная производителем транспортных средств 2015
1.13. Рыночная стоимость автомобилей, миллиард долларов, выплаченная производителем транспортных средств 2025
1.13. График новых успешных электромобилей
1.14. Прогнозы тяговых двигателей номеров
1.14. 48V мягкая гибридная трансмиссия в контексте
1.15. Потенциальные элементы трансмиссии мягкого гибрида 48 В
1.15. Мировой рынок стоимости тяговых двигателей для транспортных средств
1.16. Быстрое увеличение количества двигателей на автомобиль
1.16. Эволюция от стоп-пуска к многофункциональным вращающимся машинам
1.17. Моторная техника по типу ТС
1.18. Импульсные реактивные двигатели - революционная технология тяговых двигателей?
1.18.1. Обычный автомобиль с электрическим усилителем крутящего момента 48 В
1.19. Три способа, которыми производители тяговых двигателей стремятся избавиться от редкоземельных элементов
1.19.1. Пример: реактивное сопротивление переключения Рикардо Март 2015 г.
1.20. Рыночная стоимость двигателей в 2015 и 2025 годах
1.21. Процент стоимости ТС
1.22. Форма двигателей
1.23. Консолидация отрасли
1.24. Влияние обвала цен на нефть в 2015 году на электромобили
1.25. В погоне за повышением эффективности двигателя
1.26. 48V мягкие гибриды
2. ВВЕДЕНИЕ
2.1. Определения
2.1. Преимущества и недостатки щеточных тяговых двигателей для современных автомобилей
2.1. Мультикоптер большого формата
2.2. Мультироторный двигатель Turnigy
2.2. Потребности
2.2.1. Тяговые двигатели разные
2.2.2. Где популярны разные типы тяговых двигателей
2.3. Количество двигателей электромобилей увеличивается до двух на автомобиль - множитель размера рынка
2.3. Бесщеточный мотор-бегунок в игрушечном электровелосипеде
2.4. Малый мультикоптер
2.4. Двигатели и органы управления для дрона Multirotor
2.5. Nanoflie
2.6. Детали двигателя без сердечника
3. ПРОЕКТНЫЕ ПРОБЛЕМЫ
3.1. Вызовы
3.1. Сравнение внедрения колесных двигателей по размеру транспортного средства, с примерами, искомыми преимуществами и проблемами.
3.1. Одноколесный мотоцикл Ryno
3.2. Трехколесный мотоцикл Toyota i-Road с опрокидыванием
3.2. Важные аспекты в целом
3.3. Базовая конструкция тягового двигателя
3.3. Четырехступенчатая система электропривода Oerlikon Graziano-Vocis Driveline
3.4. Чисто электрический концептуальный мотоцикл Kobra, разработанный для MotoCzsyz с двойными моторами
3.4. Варианты конструкции, выходящие за рамки основного принципа работы
3.5. Промежуточные решения
3.5. IFEVS-POLIMODEL - Oerlikon Graziano: для усовершенствования трансмиссии с автоматической коробкой передач
3.6. IFEVS-POLIMODEL - SOLBIAN: для решения "умных" фотоэлектрических
3.6. Сложные задачи: нет простой оптимизации
3.7. Эффект мультипликатора эффективности
3.7. IFEVS-POLIMODEL - SOLBIAN: для решения «умных» фотоэлектрических и трансверсальных технологий
3.8. Двухмоторная автомобильная система Mitsubishi Motors
3.8. Способы использования более одного двигателя
3.8.1. Двойные двигатели для повышения эффективности
3.8.2. Сцепные двигатели для сверхмощных и последовательно-параллельных гибридов
3.8.3. Два двигателя для полного привода
3.8.4. Tesla добавляет модель с двумя двигателями
3.9. Одноколесные и ближнеприводные моторы
3.9. Aisin AW "AWFHT15", переднеприводная гибридная трансмиссия со встроенным тяговым двигателем и генератором, обеспечивающим дополнительную тяговую мощность при необходимости
3.9.1. Два типа колесных двигателей
3.10. Вертикальная интеграция
3.10. Трансмиссия Aisin AW со встроенным тяговым двигателем и динамо-машиной для Lexus GS450h, Toyota Crown Majesta
3.11. Volkswagen стремится к расширению интеграции своих тяговых двигателей для электромобилей
3.11. Тенденция к интеграции
3.12. Перейти на высокое напряжение
3.12. Номинальный накопитель энергии тягового аккумулятора в сравнении с напряжением аккумуляторного блока для мягких гибридов красным цветом, подключенных гибридов синим и чисто электрических автомобилей зеленым
3.13. Типовые компоненты электронной трансмиссии
3.13. Блок управления двигателем
3.13.1. Обзор
3.13.2. Стоимость и вопросы интеграции
3.14. Мотор 2-в-1 для электромобилей, удостоенный награды
3.14. Ученые из Наньянского технологического университета (NTU) и Немецкого аэрокосмического центра (DLR) изобрели электродвигатель 2-в-1, который увеличивает дальность действия электромобилей.
4. АНАЛИЗ 167 ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
4.1. Сравнение производителей тяговых двигателей
4.1. 167 производителей тяговых двигателей транспортных средств по названию, стране, асинхронным / синхронным, целевым типам транспортных средств, заявлениям и изображениям
4.1. Экспериментальный снегоход Joanneum (Австрия)
4.2. Автомобиль Streetscooter и развозной грузовик (Германия)
4.2. Уроки eCarTec Munich
4.3. Tesla Model S - толкатель (США)
4.4. Hyundai 1X 35 Опытный автомобиль на топливных элементах (Корея)
4.5. Mercedes B Class, именуемый Tesla Mercedes, потому что эта компания, инвестиция Daimler, помогла в его создании.(Германия)
4.6. Автомобиль Romet (Польша)
4.7. Такси TukTuk (Нидерланды)
4.8. Nissan Taxi (Япония)
4.9. Зеленый автомобиль Go iCaro (Китай)
4.10. Автомобиль Mercedes SLS AMG (Германия)
4.11. Oprema concept (Словения)
5. КОНТРОЛЛЕРЫ / ИНВЕРТОРЫ ДВИГАТЕЛЯ
5.1. Введение
5.1. Типовые компоненты электронной трансмиссии
5.2. Постоянная разработка автомобильных инверторов Hitachi
5.2. Полупроводники с широкой запрещенной зоной
5.3. Основы из отчета по силовой электронике
5.3. Электронный блок управления Toyota Prius 2010 с основанием из микросхем IGBT
5.4. Новый гибридный автобус MAN из Германии, демонстрирующий инвертор мощности и использование суперконденсатора (ультраконденсатора) вместо батареи, что предъявляет другие требования к силовой электронике
5.4. Оптимизация с использованием новых устройств и интеграции
5.5. Концерн в Европе
5.5. Пример современных автомобильных инверторов от Phoenix International, компании John Deere, представленной на выставке eCarTec в Германии в октябре 2012 года.Большой блок внизу слева используется в гибридном электрическом городском автобусе MAN, в котором используются суперконденсаторы
6. ДРУГИЕ ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ
6.1. Yamaha использует новую электрическую трансмиссию Zytek для городского концептуального автомобиля
ПРИЛОЖЕНИЕ 1: УРОКИ ИЗ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ / СОБЫТИЯ MICHIGAN
ПРИЛОЖЕНИЕ 2: ИССЛЕДОВАНИЯ IDTECHEX
ЦИФРЫ

Электромобили | Университет Теннесси в Чаттануге

Преимущества электромобилей (включая электрические автобусы)
Система привода
Сравнение электродвигателя
Характеристики двигателя
Системы управления
Системы аккумуляторных батарей 9015 Сотовая работа?
Производительность систем аккумуляторных батарей автомобиля
Память аккумулятора
Типы зарядки
Варианты расположения / подключения зарядного устройства
Способы зарядки
Уровни заряда
Окна управления питанием
обогрев, воздушный, гидроусилитель руля и т. д.)

Использование электромобилей дает множество преимуществ. Во-первых, отсутствует запах топлива, поскольку автомобили работают от батарей, а не от бензина, дизельного топлива или какого-либо другого горючего топлива. Электромобили бесшумны ... езда практически бесшумна. Правильно используя рекуперативное торможение, электромобили увеличивают срок службы тормозов, а также вырабатывают энергию за счет кинетической энергии. Благодаря использованию высокотехнологичной композитной технологии электромобили могут быть намного легче, чем их аналоги с ДВС, что также помогает снизить износ тормозов наряду с износом дороги.

Электромобили намного более энергоэффективны. Электродвигатели преобразуют практически всю свою топливную энергию в полезную мощность. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) имеет КПД менее 20%.

Стоимость технического обслуживания, включая стоимость топлива, у электромобиля намного ниже. Нет необходимости в настройке или замене масла. Если исключить из контрольного списка технического обслуживания автомобиля все, что относится к ДВС, он становится довольно коротким. А за счет зарядки в ночное время «топливо» для электромобилей снижается до четверти стоимости бензина или дизельного топлива.

Электромобили, особенно электрические автобусы, приносят большую пользу обществу. Общественность и СМИ любят ездить на автомобиле и говорить об электромобилях с нулевым уровнем выбросов.

Однако у электромобилей и гибридно-электрических транспортных средств есть два основных преимущества. Электрические и гибридно-электрические транспортные средства могут помочь нашей стране сократить использование иностранной нефти и уменьшить загрязнение, которое отрицательно сказывается на здоровье и благополучии.

Электромобиль - это автомобиль, например автомобиль, грузовик или автобус, в котором в качестве топлива используется аккумуляторная батарея, заменяющая бензин, дизельное топливо или другие виды горючего топлива.Исчезли двигатель внутреннего сгорания и трансмиссия. В электромобиле используется электродвигатель или, в некоторых случаях, более одного двигателя для приведения в движение транспортного средства.

Электромобили во многом схожи с транспортными средствами с двигателями внутреннего сгорания. Шасси или кузов многих электромобилей, используемых сегодня на дорогах, представляют собой автомобили, которые когда-то были оснащены двигателем внутреннего сгорания (ДВС). В большинстве электромобилей даже интерьер автомобиля не изменился, и почти все электромобили содержат те же аксессуары, что и их собратья внутреннего сгорания.

Энергия, хранящаяся в аккумуляторной батарее электромобиля, обеспечивает питание контроллера мотора. Контроллер мотора - это устройство, которое регулирует мощность, подаваемую на электродвигатель (-ы) электропривода, в зависимости от положения педали акселератора. Электроэнергия, подаваемая на электродвигатель (электродвигатели), используется для создания электродвижущей силы, которая вращает вал электродвигателя (электродвигателей). Этот вал соединен с колесами транспортного средства и вызывает движение вперед или назад, в зависимости от направления вращения вала.

Заправка электромобиля заключается в подключении автомобильного зарядного устройства к розетке, специально предназначенной для зарядки электромобиля. Время зарядки зависит от типа батареи, емкости и выходного напряжения / тока зарядного устройства. Большинство электромобилей можно зарядить примерно за 6 часов.

Основная цель электромобилей - уменьшить количество вредных газов, которые выбрасываются в воздух из-за процесса сгорания двигателя внутреннего сгорания.Электромобиль производит нулевые выбросы. Некоторые критики индустрии электромобилей будут утверждать, что сокращение выбросов загрязняющих газов не произошло из-за выбросов, которые образуются при производстве электроэнергии на электростанциях. Хотя это правда, что электростанции действительно производят некоторые загрязнители, правительство имеет очень строгие правила в отношении выбросов электростанций. А поскольку электростанции производят избыток энергии в ночное время, когда спрос невелик, владельцы электромобилей могут использовать эту избыточную мощность, заряжаясь ночью.Это делает электростанции более эффективными.

Кроме того, электромобили намного более энергоэффективны, чем автомобили с ДВС. Мало того, что сама двигательная установка намного более эффективна, но и потери энергии через трансмиссию, и холостой ход просто не существуют. Поскольку трансмиссии нет, ускорение происходит «плавно»; без рывков и шума .... просто красиво и плавно.

Вернуться к началу

Преимущества электромобилей (включая электробусы)

Электромобиль имеет много преимуществ перед транспортными средствами, в которых используется двигатель внутреннего сгорания.Электромобиль очень чистый. Нет газообразных выбросов. Также устранены другие проблемные загрязнители, такие как масло, трансмиссионная жидкость и жидкость для радиаторов. В некоторых электромобилях единственным используемым углеводородным веществом является консистентная смазка для подшипников.

Электромобили очень упрощены. Двигательная установка автомобиля с ДВС состоит из сотен движущихся частей. В силовой установке электромобиля есть только один: электродвигатель. Помимо снижения затрат на техническое обслуживание и экономии смазочных материалов и масел, снижение потерь на трение способствует повышению энергоэффективности электромобилей.

Электромобили очень энергоэффективны. На каждые 100 единиц топлива, расходуемых автомобилем с ДВС, только 16 фактически приводят к движению. Однако электромобиль будет использовать почти 85 единиц из 100 для управления транспортным средством.

У электромобилей есть еще одно существенное преимущество перед автомобилями с ДВС: рекуперативное торможение. Когда электромобиль замедляется, двигатель становится генератором и обеспечивает энергией батареи. Дополнительным преимуществом этого процесса является тормозящее воздействие двигателя на транспортное средство, что снижает износ тормозов.

Электромобиль очень тихий. Проблема для инженеров, проектирующих эти автомобили, заключается не в том, чтобы заглушить двигатель, а в том, чтобы заглушить шум других систем, таких как кондиционер, гидроусилитель руля или воздушные компрессоры.

В большинстве электромобилей трансмиссия не используется. Двигатели обычно односкоростные, а ускорение плавное, без толчков или толчков, как у трансмиссий в современных автомобилях.

Электромобиль можно подзарядить дома, сэкономив на остановке на заправке.Единственным недостатком этого является время, необходимое для полной зарядки «разряженной» батареи. В некоторых случаях это может длиться до 6 часов. Технология зарядных устройств стремительно совершенствуется, и в настоящее время можно зарядить «пустую» батарею до 80% всего за 20 минут.

Основным препятствием, с которым сегодня сталкиваются электромобили, является способность аккумуляторов аккумулировать энергию. Емкость аккумулятора ограничивает дальность поездки автомобиля. Много различных типов аккумуляторов проходят испытания для использования в электромобилях.К ним относятся свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-железные, никель-цинковые, никель-металлогидридные, натрий-никелевый хлорид, бром цинка, сера натрия, литий, воздушный цинк и воздух алюминия. Эти передовые батареи, хотя и намного более дорогие, со временем позволят электромобилю достичь того же диапазона, что и современные автомобили, работающие на ископаемом топливе.

Вернуться к началу

Система привода

Система привода электромобиля выполняет те же функции, что и система привода автомобиля с двигателем внутреннего сгорания.Система привода - это та часть электромобиля, которая передает механическую энергию на ведущие колеса, заставляя электромобиль двигаться. Компоненты, используемые в электромобиле, сильно отличаются от стандартного автомобиля. В электромобиле передача не требуется. Трансмиссия в стандартном транспортном средстве используется для придания транспортному средству определенного крутящего момента или мощности на определенных скоростях путем изменения передаточного отношения входной / выходной передачи в трансмиссии. Изменение передаточного числа зависит от скорости вращения (об / мин) силовой установки или двигателя транспортного средства.Поскольку происходит механическое переключение с одной передачи на другую, пассажиры обычно ощущают толчок при увеличении или уменьшении скорости и переключении трансмиссии на большую или меньшую передачу.

В

электромобилях используется электродвигатель для вращения колес транспортных средств. Сегодня используется несколько различных конструкций приводных систем. К ним относятся автомобили с одним большим электродвигателем, соединенным с задними колесами через корпус дифференциала. В других конструкциях используются два двигателя меньшего размера для приведения в действие каждого колеса отдельно через независимые приводные валы.

В самой эффективной на сегодняшний день конструкции используются двигатели, которые прикреплены непосредственно к колесу. Их называют «колесными двигателями». За счет исключения приводных валов и дифференциалов механические потери между двигателем и колесами сведены к минимуму. Система питания электромобиля включает в себя как систему привода, так и систему управления. Контроллер подает питание на двигатель от аккумуляторов. Двигатель, в свою очередь, передает мощность для перемещения транспортного средства на ведущие колеса через коробку передач..

Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. В электромобилях используются два типа электродвигателей для обеспечения привода колес. Двигатель постоянного тока (DC) и двигатель переменного тока (AC). Двигатели постоянного тока состоят из трех основных компонентов:

  1. Набор катушек возбуждения по периметру двигателя, создающих магнитные силы, обеспечивающие крутящий момент.
  2. Ротор или якорь, установленные на подшипниках, которые вращаются внутри магнитного поля, создаваемого катушками возбуждения.
  3. Коммутационное устройство, которое меняет магнитные силы на противоположные и заставляет якорь вращаться, создавая механическую силу, используемую для поворота ведущих колес.

Двигатель переменного тока похож на двигатель постоянного тока в том, что он также имеет набор катушек возбуждения и ротор или якорь, однако, поскольку существует непрерывное реверсирование тока (переменный ток), коммутирующее устройство не требуется. На данном этапе развития ни один двигатель не может считаться лучше другого. У них обоих есть преимущества и недостатки, перечисленные ниже.

Вернуться к началу

Сравнение электродвигателей

Двигатель переменного тока Двигатель постоянного тока
Коробка передач односкоростная Коробка передач многоскоростная
Легкий Тяжелее при эквивалентной мощности
Дешевле Дороже
95% КПД при полной нагрузке 85-95% КПД при полной нагрузке
Контроллер дороже Простой контроллер
Мотор / контроллер / инвертор дороже Мотор / контроллер дешевле

Как показано в сравнении, двигатель переменного тока дешевле, чем двигатель постоянного тока, система переменного тока дороже из-за стоимости сложной электроники, связанной с инвертором переменного тока и контроллером двигателя.Электродвигатели переменного тока - наиболее часто используемые электродвигатели в бытовых приборах и станках. Эти двигатели очень надежны, и поскольку они содержат единственную движущуюся часть, они должны прослужить весь срок службы автомобиля при минимальном техническом обслуживании или вообще без него. Типичные характеристики двигателя перечислены в таблице ниже.

Характеристики двигателя

л.с.
Тип щетки постоянного тока Бесщеточный постоянный магнит постоянного тока Индукция переменного тока
Пиковая эффективность

85-89

95-97

94-95

КПД при нагрузке 10%

80-87

73-82

93-94

Макс.Обороты

4,000-6,000

4 000–10 000

9000-15000

Стоимость вала

100–150 долларов США

100–130 долл. США

50–75 долларов США

Относительная стоимость контроллера по сравнению с щеткой постоянного тока

1

3-5

6-8

1 л.с. = 746 Вт

Контроллер электромобиля - это устройство, которое работает между батареями и двигателем для управления скоростью и ускорением.Контроллер преобразует постоянный ток батареи в переменный ток для двигателей переменного тока или просто регулирует ток для двигателей постоянного тока. Контроллер также может реверсировать обмотки возбуждения двигателя, так что в режиме торможения двигатель становится генератором, а энергия возвращается в батареи. Это называется рекуперативным торможением, и в течение одной зарядки может возвращаться до 10% или более энергии, потребляемой системой привода, в батареи.

Вернуться к началу

Одним из широко разрекламированных преимуществ электромобиля является рекуперативное торможение.Регенерирующее торможение сейчас распространено почти на всех автомобилях, но мало кто понимает, что происходит. Следующий абзац представляет собой попытку объяснить, как это работает.

В схеме, показанной выше, изображена выходная пара полевых МОП-транзисторов (металл-оксид-полупроводниковые полевые транзисторы) с приводом двигателя. Выходной сигнал контроллера - чистый постоянный ток. Напряжение. Двигатель будет генерировать противоэдс. который пропорционален его скорости вращения. При нулевой нагрузке или без разгона это назад эл.м.ф. поднимется до уровня выходного сигнала контроллера.

MOSFET - это двунаправленный переключатель, который резистивно проводит (когда он включен) для обоих направлений тока. Итак, рассмотрим ситуацию, когда ток равен нулю, а мощность контроллера теперь уменьшена. Мотор задний э.д.с. теперь выше, чем выходное напряжение контроллера, поэтому двигатель будет пытаться подавать ток обратно в контроллер. Если это удастся, мотор затормозится - у нас будет рекуперативное торможение.

Этот тип цепи (где верхняя сторона включена, а нижняя сторона выключена) может обеспечивать ток или понижать его. Это работает следующим образом: обратный ток двигателя теперь является прямым током к полевому МОП-транзистору маховика, поэтому, когда он включен, он замыкает двигатель, тормозной ток которого возрастает в течение этого периода (стрелка B, перевернутая). Теперь полевой МОП-транзистор с маховиком отключается, но этот ток должен продолжать течь - из-за индуктивности двигателя. Таким образом, он течет как обратный ток через приводной полевой МОП-транзистор, при этом заряжая батарею.Дополнительное напряжение для этого получается из энергии, запасенной в индуктивности двигателя. Процесс переключения с привода на торможение полностью автоматический. Более того, это полностью достигается за счет того, что скорость двигателя превышает напряжение привода, и без каких-либо изменений состояния или переключений в контроллере. Регенеративное торможение - это, если хотите, побочный продукт конструкции контроллера и почти полная авария.

Если транспортное средство движется по слишком крутому склону (или требуемая скорость внезапно снижается, что приводит к очень резкому торможению), ток, генерируемый двигателем, может превысить ток, с которым могут безопасно работать полевые МОП-транзисторы.Поскольку это приведет к повреждению полевых МОП-транзисторов, он должен быть защищен, поэтому все контроллеры, обеспечивающие рекуперативное торможение, также оснащены ограничителем тока для предотвращения такого отказа.

В гибридных электромобилях эта проблема становится еще более сложной из-за неиспользованного тока от вспомогательного источника питания. Поскольку приводные двигатели не потребляют ток от вспомогательного источника питания, этому току все равно нужно куда-то идти. Контроллер мотора должен контролировать и учитывать избыточный ток от вспомогательного источника питания, так что в определенных ситуациях, когда слишком большой ток присутствует при работе регенерации и APU, регенерационный MOSFET также должен быть выключен.для защиты контроллера мотора.

В ранних версиях электромобилей с двигателями постоянного тока простой контроллер с переменным резистором управлял ускорением и скоростью транспортного средства. Полный ток и мощность потреблялись от батареи все время. На более низких скоростях, когда требовалась небольшая мощность, использовалось высокое сопротивление, чтобы уменьшить ток, подаваемый на двигатель. Это привело к тому, что большая часть энергии батареи тратится впустую на тепло, рассеиваемое резистором. Современные контроллеры регулируют скорость и ускорение с помощью электронного процесса, называемого широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).Переключающие устройства, такие как IGBT (очень быстрые транзисторы с высоким номинальным током), быстро прерывают, при необходимости включают или выключают поток электричества к двигателям. Высокая мощность достигается, когда интервалы (время между импульсами) очень короткие. Увеличивая время между импульсами, ограничивают ток.

Колесный двигатель, показанный выше, изготовлен компанией Technologies M4.

Как упоминалось выше, одна из наиболее интересных конструкций двигателей - это интеграция двигателя непосредственно в колесо.Это так называемые колесные двигатели, и они вполне могут когда-нибудь стать нормой, поскольку они удаляют огромное количество механических устройств из транспортного средства, обеспечивая движение колеса ... в колесе!

Мотор-колесо в сборе представляет собой элегантную интеграцию электродвигателя и других компонентов в корпус, который помещается в шину обычного размера.

Узел мотор-колесо состоит из высокоэффективного электродвигателя, ведомого контроллера мотор-колеса (MWSC), включая силовую и управляющую электронику, тормоз, колесные подшипники, управляемый интерфейс передней подвески и радиатор, встроенный в статор.Конфигурация трехфазного синхронного двигателя состоит из центрального статора, который поддерживает обмотки, и инвертора, окруженного внешним ротором, который поддерживает постоянные магниты.

Колесо установлено непосредственно на роторе для прямой передачи крутящего момента и улучшенного свободного хода. Двигатель в сборе имеет жидкостное охлаждение, что обеспечивает постоянную высокую потребляемую мощность.

Производители автобусов оценят преимущества упаковки и взаимозаменяемость задней оси мотор-колеса, которая легко помещается в существующие колесные арки.Поперечина с глубоким смещением оси обеспечивает более широкую зону прохода в полу в конфигурации с низким полом.

Выбор двигателя для электромобиля включает множество переменных. Ни один тип двигателя не может считаться лучшим. При проектировании электромобиля необходимо ответить на вопрос, прежде чем выбирать конкретный тип двигателя. Сколько мощности вам нужно, нужны ли вам переменные скорости, какое рабочее напряжение аккумуляторной системы, какой крутящий момент вам нужен и с какой скоростью, сколько физического места может занимать двигатель, сколько это может стоить, в какой среде будет работать двигатель? Как только на эти вопросы будут даны ответы, вы сможете сделать свой выбор двигателя.После идентификации двигателя необходимо разработать систему управления, обеспечивающую работу двигателя.

Вернуться к началу

Системы управления

Самая сложная и важная система электромобиля - это система управления. Система управления отвечает за управление работой электромобиля. Система управления получает входные данные от оператора, сигналы обратной связи от контроллера двигателя и двигателя, а также сигналы обратной связи от других систем внутри электромобиля.Скорость, с которой система управления должна получать данные от других систем, обрабатывать данные в алгоритме и выводить ответ на заданные условия, должна достигаться в миллисекундах. Это требует, чтобы система управления имела микропроцессор, как и компьютер, для выполнения своих задач. Хотя нет двух идентичных систем управления, большинство сигналов обратной связи схожи. В таблице ниже перечислены общие компоненты системы управления и сигналы обратной связи, которые отправляются на микропроцессор.


Контроллер мотора.

Компонент Сигнал обратной связи
Электродвигатель (и) Температура обмотки
Скорость ротора (об / мин)
Аккумулятор Напряжение
Выходной ток
Температура
Контроллер двигателя

Ток (и направление тока)

Напряжение
Температура

Ток утечки

Педаль акселератора Напряжение в зависимости от положения педали
Переключатель передач FWD / REV
Выбор диапазона

Система управления должна постоянно отслеживать сигналы обратной связи, перечисленные выше.Например, если температура обмоток в двигателе становится слишком высокой, магнитные свойства этого двигателя могут быть необратимо изменены или обмотки могут расплавиться. Подавая сигнал обратно на микропроцессор, система управления может ограничить мощность двигателя, если обнаружит повышение температуры. Такое же ограничение или отключение любой системы может иметь место, если возникла или возникла нежелательная ситуация. Другие сигналы обратной связи предоставляют микропроцессору информацию для управления скоростью автомобиля.Педаль акселератора работает так же, как и в обычных автомобилях. Когда педаль нажата, на микропроцессор отправляется возрастающее напряжение сигнала (не напряжение тягового аккумулятора), который дает команду контроллеру двигателя увеличить ток в обмотках двигателя, заставляя двигатель вращаться быстрее. По мере уменьшения напряжения сигнала от педали акселератора двигатель вращается медленнее.

В некоторых усовершенствованных системах управления можно ограничить величину тока, протекающего к двигателю, на основе выбора переключателя.Это позволяет оператору приспособиться к стилю вождения, соответствующему конкретной ситуации. Например, если водителю требуется определенный диапазон (в милях) от одной зарядки, выбор диапазона может быть установлен таким образом, чтобы микропроцессор ограничивал величину выходного тока от контроллеров двигателя до заданного предела. Если предварительно установленный предел составляет 100 ампер, микропроцессор не позволит току, превышающему этот предел, течь к двигателям. В этом режиме способность к ускорению приносится в жертву дальности полета. Если водитель находится в зоне, где транспортному средству необходимо подниматься по крутым склонам, переключатель диапазонов можно настроить так, чтобы можно было использовать максимальный ток, допустимый для контроллера мотора и мотора.Функция выбора диапазона - ценная функция, повышающая эффективность контроллера мотора. Конечная цель системы управления - максимизировать энергию, запасаемую в тяговом аккумуляторе, и предотвратить возникновение небезопасных условий внутри электромобиля.

Вернуться к началу

Аккумуляторные системы


Аккумулятор электромобиля,
с видимыми элементами.

Аккумулятор электромобиля определяет запас хода, способность к ускорению и время перезарядки автомобиля.Поскольку батарея содержит энергию для питания электромобиля, и поскольку современные батареи не обеспечивают электромобилей с таким же потенциалом дальности, как у автомобилей с ДВС, аккумуляторы и альтернативные варианты, такие как маховики и сверхконденсаторы, являются наиболее изученными областями в области электромобилей. Аккумуляторная батарея.
Элемент батареи обычно состоит из 4 основных компонентов, показанных слева. Ячейка содержит положительный и отрицательный электрод, электролит и сепаратор.Положительный электрод принимает электроны от внешней цепи, когда ячейка разряжена. Отрицательный электрод отдает электроны внешней цепи по мере разряда ячейки. Электролит обеспечивает механизм прохождения заряда между положительным и отрицательным электродами. Сепаратор электрически изолирует положительный и отрицательный электроды.

Вернуться к началу

Как работает клетка?


Электронный поток, восстановление и окисление
реакция, разрез.

Когда батарея или элемент вставляются в цепь, она замыкает петлю, которая позволяет заряду равномерно течь по цепи. Во внешней части цепи поток заряда - это электроны, в результате чего возникает электрический ток. Внутри ячейки заряд течет в виде ионов, которые переносятся от одного электрода к другому. Поток обусловлен реакциями восстановления и окисления, происходящими на каждом электроде. На каждый электрон, генерируемый в реакции окисления на отрицательном электроде, приходится один электрон, потребляемый в реакции восстановления на положительном электроде.Реакция разряда на положительном электроде, имеющем потенциал 1,685 В, определяется выражением:

Реакция на отрицательном электроде, который имеет потенциал 0,356 В, определяется выражением:

Это означает, что общее напряжение свинцово-кислотного элемента составляет 2,04 вольт. Это значение известно как стандартный электродный потенциал. Другие факторы, такие как концентрация кислоты, также могут влиять на напряжение свинцово-кислотного элемента. Типичное напряжение холостого хода (без нагрузки) составляет около 2.15 вольт.

В то время как напряжение ячейки фиксируется ее химическим составом, емкость ячейки варьируется в зависимости от количества содержащихся в ней активных материалов. Размер отдельных ячеек может составлять от долей ампер-часа до тысяч ампер-часов. Емкость ячейки - это, по сути, количество электронов, которые могут быть получены из нее. Поскольку ток - это количество электронов в единицу времени, емкость ячейки - это ток, подаваемый ячейкой с течением времени, и выражается в ампер-часах.

Приложения

EV требуют огромного количества энергии.Тяговая батарея электромобилей состоит из множества ячеек, которые электрически соединены для обеспечения необходимой емкости накопления энергии. Батареи могут быть соединены вместе в последовательной или параллельной конфигурации.

В последовательной конфигурации отрицательная клемма одной батареи подключается к положительной клемме следующей и так далее, пока не будут достигнуты желаемое напряжение и энергоемкость батареи. Общее напряжение блока можно найти, умножив количество батарей в цепи на напряжение отдельной ячейки.

В параллельной конфигурации положительный полюс одной батареи соединяется с положительным полюсом следующей, и то же самое относится к отрицательной клемме. В этом случае вы можете достичь желаемой емкости аккумуляторов энергии. Параллельная емкость батареи, но общее напряжение блока равно напряжению отдельной ячейки. Аккумуляторная система состоит не только из аккумулятора. В этой системе есть множество других компонентов, которые контролируют все соответствующие переменные, касающиеся батареи и метода подзарядки.

Аккумуляторная система состоит не только из аккумулятора. В этой системе есть множество других компонентов, которые контролируют все соответствующие переменные, касающиеся батареи и метода подзарядки.

Сегодня в электромобилях используется много различных типов аккумуляторов. Наиболее распространенными сегодня являются заливные свинцово-кислотные, герметично-гелевые свинцово-кислотные, никель-кадмиевые (Ni Cad) и никель-металлогидридные (NiMH). Типы, размеры и конфигурации аккумуляторов охватывают широкий спектр вариантов.Когда производитель электромобилей находится в процессе проектирования, перед выбором батареи необходимо ответить на несколько вопросов. Сюда будут входить такие вопросы, как: сколько места доступно для аккумуляторов, сколько они могут весить, каков желаемый диапазон, каков вес транспортного средства, какова целевая стоимость транспортного средства, как будут заряжаться аккумуляторы и что Требуются требования к системе привода. Это необходимые вопросы из-за разнообразия доступных типов батарей и различий между ними.В таблице ниже перечислены характеристики наиболее распространенных типов батарей.

Вернуться к началу

Производительность аккумуляторных систем автомобиля

Каждый конкретный тип аккумулятора имеет характеристики, которые делают его более или менее желательным для использования в конкретном приложении. Стоимость всегда является основным фактором, и никель-металлгидридные батареи возглавляют список по цене, а свинцово-кислотные батареи с заливной жидкостью являются самыми недорогими. Что теряется при переводе стоимости, так это тот факт, что NiMH батареи дают почти вдвое большую производительность (плотность энергии на вес батареи), чем обычные свинцово-кислотные батареи.Еще один фактор, который необходимо учитывать при сравнении батарей, - это время зарядки. Свинцово-кислотные батареи требуют очень длительного периода перезарядки, от 6 до 8 часов. Свинцово-кислотные батареи из-за своего химического состава не могут постоянно выдерживать высокий ток или напряжение во время зарядки. Свинцовые пластины внутри батарей быстро нагреваются и очень медленно охлаждаются. Слишком много тепла приводит к состоянию, известному как «выделение газа», когда водород выделяется из вентиляционной крышки батареи. Со временем выделение газов снижает эффективность батареи, а также увеличивает потребность в обслуживании батареи.Батареи, такие как NiCad и NiMH, не так чувствительны к нагреву и могут быть перезаряжены очень быстро, что позволяет производить заряды высокого тока или высокого напряжения, которые могут вывести аккумулятор из состояния заряда 20% до состояния заряда 80% всего за несколько секунд. 20 минут.

Тип батареи

Плотность энергии Вт · ч / кг

Плотность мощности Вт / кг

Жизненные циклы на батарею

Стоимость по шкале от 1 до 10

Свинцово-кислотный

35

150

500

1

Продвинутая свинцово-кислотная

48

150

800

3

GM Ovonic NiMH

70

220

> 600

8

SAFT NiMH

70

150

1,500

8

SAFT литий-ионный

120

230

600

9

Литий-полимерный

150

350

<600

10

Зебра хлорид натрия-никель

86

150

<1000

4

Влияние на характеристики автомобиля

Диапазон

Разгон

Стоимость жизненного цикла, стоимость замены

Первоначальная стоимость, стоимость замещения

Общее напряжение аккумуляторной батареи варьируется от автомобиля к автомобилю.В настоящее время ведутся обсуждения с производителями электромобилей в попытке стандартизировать номинальное напряжение аккумуляторной батареи автомобиля. Провидцы электромобилей надеются, что станции подзарядки автомобилей будут доступны на стоянках по всему городу. Если электромобили имеют заданный диапазон напряжения аккумуляторной батареи, все автомобили смогут использовать одни и те же зарядные устройства. Производители зарядных устройств в настоящее время разрабатывают «умные» зарядные устройства на базе микропроцессоров. «Умное» зарядное устройство получит доступ к базе данных конкретного автомобиля и сможет соответствующим образом регулировать заряд.

Новые аккумуляторные системы также управляются микропроцессором. Микропроцессор получает данные от датчиков в аккумуляторной батарее. Температура, выходной ток, напряжение батареи и обнаружение неисправностей передаются обратно в микропроцессор, который затем может вычислить, сколько энергии осталось в батарее, а также сколько было потреблено. Контроль температуры и сопротивления земли автомобиля защищает аккумулятор и пассажиров от опасности.

Конфигурации батарей

также сильно различаются в зависимости от автомобиля и желаемого резервирования системы.Батарейные блоки можно соединить вместе в одну длинную последовательную цепь, так что общее напряжение блока будет суммой всех ячеек в серии. В других системах используется несколько блоков с одинаковым напряжением, параллельных нескольким блокам. Это обеспечивает резервирование системы. Если элемент в одном блоке выходит из строя, система управления батареями может отключить вывод этого блока, и автомобиль может продолжать движение с оставшимися блоками батарей. Автомобиль потеряет энергию из-за неисправного блока, и это повлияет на дальность действия.

Слева показан аккумуляторный блок, состоящий из 27 отдельных 2-вольтовых ячеек,
в конфигурации последовательной схемы для формирования блока с напряжением 54 вольт.

Факторы, влияющие на выбор батареи для конкретных приложений:

Для чисто электромобилей выбор аккумулятора в первую очередь зависит от плотности энергии. Плотность энергии определяется как количество энергии, хранящейся в элементе или батарее, в зависимости от веса или объема.Поэтому идеальной батареей была бы батарея, которая дает больше всего энергии, занимает наименьшее пространство и наименьший вес (без учета стоимости). Наиболее перспективными технологиями аккумуляторов, доступных сегодня, являются свинцово-кислотные (Pb-кислота), никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлогидридные (NiMH), литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы. Сравнение плотностей энергии показано на диаграмме выше. Помимо плотности энергии, существует множество факторов, которые влияют на тип батареи, выбранной для использования в электромобиле.К ним относятся стоимость, срок службы (количество циклов зарядки-разрядки до того, как емкость уменьшится с исходных 100% до 80%), быстрое или быстрое время зарядки и удельную мощность (максимальный ток нагрузки, который аккумулятор может обеспечить в течение очень короткого промежутка времени. ). Еще одним критерием выбора типа батареи, который тесно связан с плотностью энергии, является удельная энергия батареи.

Удельная энергия - это плотность энергии как функция времени, измеряемая в ватт-часах на единицу массы. Удельная энергия важна, потому что она влияет на количество аккумуляторов, необходимых для конкретного применения, и, в свою очередь, на массу или вес аккумуляторов, которые транспортному средству необходимо нести на борту, чтобы в конечном итоге обеспечить определенный запас хода только для электричества.Это наиболее важный фактор для электромобилей, поскольку он определяет их общий диапазон, но не столь критичный для электромобилей, которые несут большую часть своей энергии в виде газообразного или жидкого топлива. Вместо этого для HEV критическим параметром при выборе батареи становится удельная мощность батареи.

Поскольку HEV используют два разных источника энергии, потребности в энергии от батарей намного меньше, чем у электромобилей. Поскольку гибриды обычно зависят только от электрической энергии, хранящейся на борту, для обеспечения мощности для ускорения и подъема на холм, требуются аккумуляторы с высокой удельной мощностью и меньшей массой.Удельная мощность - это мощность на единицу массы, поэтому способность батареи обеспечивать высокое потребление тока в течение коротких периодов времени с меньшим весом является желаемой целью для HEV. Справа показана диаграмма, в которой сравнивается удельная мощность батарей разных типов. В настоящее время информация о литиевых батареях отсутствует.

Зарядные устройства для аккумуляторов восполняют энергию, потребляемую электромобилем, так же, как бензонасос заправляет бензобак. Одно существенное отличие состоит в том, что оператор электромобиля может полностью зарядить автомобиль за ночь дома, а не заправляться на заправочной станции.Зарядное устройство для аккумуляторов - это устройство, которое преобразует переменный ток, распределяемый электрическими предприятиями, в постоянный ток, необходимый для подзарядки аккумулятора.

Вернуться к началу

Батарейная память

Часто слышно, что у батарейки есть память. Когда «память» упоминается в одном предложении с батареями, это означает, что батарея не достигла заявленной емкости. Если заявленная емкость аккумулятора составляет 100 ампер-часов, а напряжение отсечки постоянно достигается, когда после зарядки было израсходовано только 80% или 80 ампер-часов, это часто называют эффектом памяти.Есть много мнений по поводу того, есть ли у батареек память. Использование термина «память» для описания потери емкости, вероятно, является источником путаницы. Батарея может работать постоянно плохо, ее разрядная емкость находится в пределах от 2% до 3% во время каждого цикла разрядки. А вот батарейки из "памяти" так не достают. Это несколько разных причин плохой работы, и, как правило, ответственность за этот эффект лежит на смотрителе аккумулятора.

Некоторые из наиболее распространенных причин проблем с производительностью, которые приписываются эффекту «памяти»:

1.Неправильная зарядка, т. Е. Постоянная перезарядка или недозаряд
2. Превышение пороговых значений температуры аккумулятора во время зарядки или разрядки

Так что же случилось с аккумулятором, который испытывает эффект «памяти»? Из-за различных типов батарей и используемых химикатов не существует единого общего термина, который можно было бы применить, чтобы описать причины плохой работы всех батарей. Однако известно, что высокие температуры изменяют молекулярные структуры задействованных химикатов, что может привести к более высокому внутреннему сопротивлению внутри батареи, что приводит к снижению напряжения.Недозаряд может привести к накоплению сульфата свинца на пластинах свинцово-кислотных аккумуляторов, что также увеличивает внутреннее сопротивление аккумулятора, поскольку токи сужаются и не могут проходить через всю поверхность пластин. Перезарядка может иметь тот же эффект, что и высокая температура, изменяя кристаллическую структуру химических веществ внутри батареи.

Можно ли стереть "память" батареи? В большинстве случаев ответ - «да». При правильном выполнении нескольких циклов зарядки / разрядки эффект памяти может быть разрушен, и емкость аккумулятора вернется к исходному значению.Однако в некоторых случаях, если батарея плохо обслуживалась в течение длительного периода времени (месяцев), возможно, что произошло необратимое повреждение, а срок службы и емкость батареи определены и не могут быть исправлены.

Типы зарядки

Существует несколько различных типов зарядных устройств в зависимости от способа управления скоростью зарядки.

Постоянное напряжение

Приложено постоянное напряжение, и ток течет в батарею (максимальный ток возникает, когда батарея полностью разряжена, и снижается до низкого, когда батарея почти заряжена.) Электроника с зарядками постоянного напряжения относительно проста, поэтому эти типы зарядных устройств, как правило, дешевле.

Вернуться к началу

Комбинация постоянного тока / постоянного напряжения

Цикл заряда начинается с высокого постоянного тока до тех пор, пока напряжение не достигнет установленного значения, затем переходит к контролю постоянного напряжения. Это наиболее совершенный из основных типов зарядных устройств для аккумуляторов, который обычно увеличивает срок службы аккумулятора за счет уменьшения нагрева во время процесса зарядки.Эти зарядные устройства также имеют тенденцию повышать производительность аккумулятора.

Импульсная зарядка

Один из современных методов зарядки, оцениваемых в настоящее время, исключает необходимость постоянного тока и / или постоянного напряжения с помощью «пульсирующего» напряжения. Применяется серия очень сильных импульсов тока и напряжения до тех пор, пока напряжение батареи не достигнет заданного значения. Основным преимуществом импульсного зарядного устройства является значительное снижение тепловыделения, что позволяет зарядному устройству работать при высоком уровне напряжения, даже когда аккумулятор почти полностью заряжен.Кроме того, уменьшение тепла приводит к уменьшению «потерянной» энергии. Таким образом, импульсная зарядка может значительно сократить время зарядки и более энергоэффективна.

Несмотря на то, что существует множество типов зарядных устройств для аккумуляторов, производитель транспортного средства предоставит или порекомендует подходящее зарядное устройство для аккумуляторов в электромобиле.

Вернуться к началу

Расположение зарядного устройства / варианты соединения

Зарядные устройства для аккумуляторов электромобилей

могут быть бортовыми (в электромобиле) или за бортовыми (в фиксированном месте).Как и у многих других вариантов, у обоих типов есть свои преимущества и недостатки. Если зарядное устройство установлено на борту, аккумуляторы можно заряжать в любом месте, где есть электрическая розетка. Недостатком бортовых зарядных устройств является ограничение их выходной мощности из-за ограничений по размеру и весу, продиктованных конструкцией автомобиля. Выходная мощность внешних зарядов ограничена только способностью аккумуляторов принимать заряд. Владелец электромобиля может сократить время, необходимое для зарядки аккумуляторов с помощью мощного внешнего зарядного устройства, однако возможность зарядки в разных местах ограничена.

Вернуться к началу

Способы зарядки

Существует два основных метода соединения, используемых для завершения соединения между электросетью, зарядным устройством и автомобильным разъемом. Первый - это традиционная вилка (называемая токопроводящей муфтой). При таком подключении оператор электромобиля подключает свой автомобиль к соответствующей розетке (например, на 110 или 220 вольт), чтобы начать зарядку. Этот тип муфты может использоваться с зарядным устройством в автомобиле (на борту) или вне автомобиля (за бортом).

Второй тип связи называется индуктивной связью. В этом типе сцепления используется лопасть, которая вставляется в розетку на автомобиле. Вместо того, чтобы передавать мощность по прямому проводному соединению, мощность передается за счет индукции, которая представляет собой магнитную связь между обмотками двух отдельных катушек, одна в лопасти, а другая установлена ​​в транспортном средстве.

Индуктивная зарядка

Индуктивное зарядное устройство не имеет прямого электрического соединения с автомобилем.Атмосферостойкая лопасть передает энергию на порт зарядки автомобиля через магнитное поле. Зарядные устройства для внедорожников Delco представляют собой безопасную и простую в использовании систему зарядки электромобилей. Вставка зарядного устройства - это все, что требуется для начала зарядки. Зарядку можно прекратить в любой момент, сняв переходник. Двунаправленная связь и встроенная диагностика обеспечивают безопасное соединение и предотвращают движение автомобиля при подключении.

Проводящая зарядка

В проводящем зарядном устройстве энергия передается транспортному средству через контакт металл-металл.Разъем, такой как AVCON (слева), надежно соединяет источник питания и порт зарядки автомобиля.

Вернуться к началу

Уровни заряда

Зарядные устройства

также классифицируются по уровню мощности, которую они могут обеспечить аккумуляторной батарее:

Уровень 1 - Обычный бытовой тип цепи, рассчитанный на 120 вольт / переменного тока и на 15 ампер.

Зарядные устройства

первого уровня используют стандартное бытовое трехконтактное соединение и обычно считаются портативным оборудованием.

Уровень 2 - Оборудование для электропитания с постоянной проводкой, используемое специально для зарядки электромобилей, рассчитанное на напряжение до 240 вольт / переменного тока, до 60 ампер и до 14,4 киловатт.

Уровень 3 - Постоянно подключенное оборудование для электропитания электромобилей, используемое специально для зарядки электромобилей и имеющее номинальную мощность более 14,4 киловатт. Зарядные устройства для быстрой зарядки относятся к уровням 3. Однако не все зарядные устройства уровня 3 считаются устройствами быстрой зарядки. Это зависит от размера аккумуляторной батареи, которую необходимо зарядить, и от того, сколько времени требуется для зарядки аккумуляторной батареи.Зарядное устройство можно считать быстрым зарядным устройством, если оно способно заряжать аккумуляторную батарею среднего электромобиля за 30 минут или меньше.

Вернуться к началу

Управление батареями

Из-за стольких различий в зарядных устройствах и методах зарядки существовала необходимость контролировать состояние заряжаемых и разряжаемых аккумуляторов. Были разработаны системы управления батареями (BMS), которые управляются микропроцессором, что позволяет программировать алгоритмы заряда в системе практически для всех различных типов батарей.Эти системы контролируют энергию, потребляемую транспортным средством во время движения, а также температуру, напряжение отдельных ячеек и общее напряжение блока. Тот же самый процесс контролируется в обратном порядке во время зарядки, создавая страховочную сетку в случае проблем с одной ячейкой в ​​аккумуляторном блоке.

При существующих электромобилях и зарядных устройствах для зарядки аккумуляторной батареи электромобиля обычно требуется от нескольких часов до ночи. Время, необходимое для перезарядки аккумуляторов электромобилей, зависит от общего количества энергии, которое может храниться в аккумуляторной батарее, а также от напряжения и тока (т.е., мощность) от зарядного устройства.

Новые разработки в области подзарядки аккумуляторов сокращают время, необходимое для зарядки аккумуляторов электромобилей, до 10-15 минут. Например, импульсные зарядные устройства для аккумуляторов продемонстрировали, что аккумуляторный блок электромобиля можно зарядить менее чем за 20 минут, не повредив его. Когда эта технология будет полностью развернута, электрические зарядные станции, аналогичные заправочным станциям, позволят оператору электромобиля быстро перезарядить аккумуляторную батарею.

Эта новая технология зарядного устройства в сочетании с усовершенствованными аккумуляторами с запасом хода до 200 миль между подзарядками предоставит водителю электромобиля такую ​​же свободу передвижения по дороге, которой в настоящее время пользуются современные водители автомобилей с бензиновым двигателем.

Вернуться к началу

Аксессуары (электрические стеклоподъемники, обогреватель, воздушный, гидроусилитель руля и т. Д.)

Электромобиль поддерживает те же дополнительные функции, что и транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания. Эти аксессуары включают радио, освещение, отопление и кондиционер, гидроусилитель руля, а для более крупных транспортных средств, таких как грузовики и автобусы, - воздушную систему.Однако способ, которым эти устройства получают питание, очень отличается. Двигатель внутреннего сгорания оборудован генератором на 12 вольт. Источником тепла для автомобиля является система охлаждения двигателя. Кондиционер и гидроусилитель руля выполняются с помощью системы ремня и шкивов, которая взаимодействует с насосом для гидроусилителя руля и компрессором для кондиционирования воздуха. Поскольку в электромобилях не используется двигатель, были разработаны альтернативные методы работы с электромобилями.

Вспомогательная система на 12 В, которая подает питание на такие устройства, как фонари, радио, стеклоочистители и системы омывателей, электрические стеклоподъемники и дверные замки или любое другое электрическое устройство на транспортном средстве, потребляет энергию от основной тяговой батареи.Вспомогательная система не работает на том же уровне напряжения, что и тяговая система (система, которая обеспечивает питание колес), а вместо этого понижается с диапазона напряжения 324-216 В постоянного тока до 12 В постоянного тока с помощью устройства, называемого Преобразователь постоянного тока в постоянный.

Существует несколько различных методов обогрева электромобиля. Один из первых применявшихся методов был известен как нагрев «сопротивлением». Сопротивление нагрева осуществляется с помощью нагревательного элемента, аналогичного нагревательным элементам на плите или в духовке.Нагревательный элемент нагревается, когда подается электричество, и вентилятор обдувает элемент, чтобы рассеять тепло. К недостаткам этого метода можно отнести безопасность и эффективность. Тепловые элементы потребляют большое количество энергии. Другие альтернативные методы нагрева включали использование нагревателей, которые сжигали чистое топливо, такое как жидкий пропан или сжатый природный газ. В прошлом для охлаждения электромобилей использовалась стандартная технология кондиционирования воздуха, аналогичная домашним кондиционерам, устанавливаемым на окна.Эти кондиционеры были эффективны, хотя и неэффективны. Последние разработки в области силовой электроники позволили производителям автомобилей установить в электромобили эффективный реверсивный тепловой насос, который может охлаждать или нагревать.

Усилитель рулевого управления на электромобиле достигается путем добавления односкоростного двигателя постоянного тока и контроллера двигателя. Двигатель соединен с насосом гидроусилителя рулевого управления через шестерни или систему ремня и шкива. Задача контроллера мотора - поддерживать постоянную скорость вращения мотора при различных нагрузках.В воздушной системе на больших грузовиках и автобусах используется та же методика с двигателем постоянного тока, вращающим вал воздушного компрессора. Здесь важно понимать, что двигатели постоянного тока включаются и остаются включенными только в том случае, если транспортному средству требуется пневматический или усилитель рулевого управления. Если автомобиль остановлен, усилитель рулевого управления не нужен, и двигатель рулевого управления с усилителем отключится. Когда воздушные баки заполнены, этот двигатель также отключается.

Рост рынка тяговых двигателей для электромобилей

и будущие возможности, 2026 г. - Research Dive

Нью-Йорк, США, 21 мая 2020 г. (GLOBE NEWSWIRE) - Согласно данным Research Dive, рынок тяговых двигателей для электромобилей составил 1 910 долларов.7 миллионов к 2018 году и, по прогнозам, принесет доход в размере 29 179,3 миллиона долларов к 2026 году с среднегодовым темпом роста 40,6% в прогнозный период.

Тяговый двигатель в электромобиле отвечает за преобразование электрической энергии в механическую энергию, которая используется для приведения автомобиля в движение при прямолинейном движении. Тяговый двигатель электромобиля используется в системах электропередачи, таких как гибридные электромобили, дизельные электровозы и электромобили с батарейным питанием.

Драйверы и ограничения рынка электромобилей

Согласно прогнозам, рост спроса на электромобили станет основным движущим фактором для рынка тяговых двигателей для электромобилей. Более того, государственные нормы и правила в отношении выбросов от транспортных средств, по прогнозам, станут одной из причин роста рынка тяговых двигателей для электромобилей. Кроме того, прогнозируется, что рост цен на ископаемое топливо приведет к увеличению продаж электромобилей, поскольку для его работы не требуется ископаемая энергия, что, по прогнозам, приведет к росту рынка тяговых двигателей для электромобилей.

Пандемия COVID-19 оказала огромное влияние на большинство отраслей.

Щелкните здесь, чтобы получить доступ к нашему всестороннему анализу ВЛИЯНИЯ COVID-19 НА РЫНОК ТЯГОВЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Электромобили имеют очень высокую стоимость. Многие клиенты из низшей экономической группы по-прежнему не могут позволить себе электромобили, что сдерживает рост отрасли тяговых двигателей для электромобилей в прогнозируемый период. Кроме того, технология зарядки аккумуляторов этих транспортных средств не на должном уровне.Во многих странах отсутствуют станции подзарядки для электромобилей, что, по оценкам, будет препятствовать росту рынка тяговых двигателей для электромобилей в прогнозируемый период.

В зависимости от типа транспортного средства рынок тяговых двигателей для электромобилей подразделяется на электромобили с аккумуляторной батареей и гибридные электромобили с подзарядкой от сети. Предполагается, что в рассматриваемый период сегмент аккумуляторных электромобилей будет занимать значительную долю рынка. Согласно прогнозам, выручка от сегмента электромобилей с аккумуляторной батареей составит 15 173 долларов.2 миллиона к 2026 году с среднегодовым темпом роста 39,6% в расчетный период. Сегмент аккумуляторных электромобилей будет расти, поскольку аккумулятор является наиболее важным элементом в электромобиле, который использует химическую энергию, хранящуюся в аккумуляторе.

Региональный обзор:

Рынок тяговых двигателей для электромобилей сегментирован по регионам: Северная Америка, Европа, Азиатско-Тихоокеанский регион и LAMEA. Ожидается, что к 2026 году европейский рынок принесет доход в размере 6127,7 миллиона долларов при среднегодовом темпе роста 41.5% в расчетный период. Ожидается, что рынок европейского региона будет расти из-за присутствия большого количества предприятий по производству автомобилей. Ожидается, что смещение производства электромобилей в этом регионе станет основным фактором роста рынка в этом регионе. Прогнозируется, что к 2026 году рынок Северной Америки принесет доход в размере 9 629,2 миллиона долларов при среднегодовом темпе роста 42,3% в расчетный период. Согласно прогнозам, рынок Северной Америки будет расти из-за строгих государственных правил и регулирования в отношении закона о выбросах.

Ведущие компании на рынке тяговых двигателей для электромобилей:

  1. Технология магнитных систем
  2. Robert Bosch GmbH
  3. Асинхронный двигатель с медным ротором
  4. RETORQ Motors Ltd.
  5. AVID Technology Limited
  6. SERVAX
  7. Hitachi Automotive Systems Americas, Inc.
  8. Equipmake Ltd.
  9. Zytek Group Limited
 Г-н Абхишек Паливал

Исследовательское погружение

30 Wall St. 8th Floor, Нью-Йорк,
NY 10005 (P).+1 917 444-1262
   +1 917 444-1263
   + 1-888-961-4454 (бесплатно)
   [email protected] 

Электромобили и их различные типы

В связи с ростом загрязнения окружающей среды и ростом цен на топливо, возникла острая необходимость перейти на более чистый вид транспорта. Это привело к тому, что автопроизводители начали инвестировать исследования и капитал в сегмент электромобилей. Но как именно работает электромобиль? Используются ли разные типы двигателей? Есть ли типы электромобилей? Если у вас есть эти вопросы, вы попали в нужное место.Расшифруем электрическую революцию.

Как работает электромобиль? Работа электромобиля

Электромобиль работает по основному научному принципу: преобразованию энергии. Электрическая энергия преобразуется в механическую. В электрической системе используется двигатель, выполняющий эту функцию преобразования. Моторы бывают разных типов. Двигатель для электромобиля - это то же самое, что двигатель для транспортного средства IC. Давайте посмотрим на различные типы двигателей, используемых в электромобилях.

Типы электродвигателей

В настоящее время в электромобилях используются различные типы двигателей:

  1. Двигатель серии постоянного тока

    Это был широко используемый мотор еще в 1990-х годах. Этот двигатель способен создавать высокий начальный крутящий момент. Легкое регулирование скорости и резкое увеличение несущей способности делают эти двигатели хорошим выбором. Но серьезным недостатком двигателей постоянного тока, также известных как щеточные двигатели постоянного тока, является необходимость в высоком техническом обслуживании щеток и коммутаторов.Эти двигатели до сих пор используются индийскими железными дорогами.

  2. Бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC) BLDC, используемый в Aether Scooters

    Эти двигатели являются технически усовершенствованными версиями двигателей серии DC. Они не используют щетки и коммутаторы. Вместо этого используются постоянные магниты. BLDC имеют высокий пусковой крутящий момент, высокую эффективность и низкие эксплуатационные расходы. В наши дни BLDC широко используются либо в качестве ступичного двигателя, либо с ременным приводом.

  3. Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) PMSM в Toyota Prius

    Он очень похож по конструкции на BLDC.Но главное отличие заключается в обратной ЭДС. PMSM имеет синусоидальную обратную ЭДС, а BLDC - трапециевидную. Они обладают высокой мощностью и могут использоваться в высокопроизводительных приложениях, таких как спортивные автомобили, автобусы и т. Д. Nissan Leaf использует PMSM для приведения в движение.

  4. Трехфазный асинхронный двигатель Асинхронный двигатель в электромобилях

    В отличие от двигателей постоянного тока, асинхронные двигатели не обладают высоким пусковым моментом. Это дешево по сравнению с другими доступными вариантами.Но не соглашайтесь с ценой. Он по-прежнему имеет очень высокий КПД и может выдерживать суровые условия окружающей среды. Tesla Model S использует этот тип двигателя. Даже Tata и TVS планируют использовать асинхронные двигатели в своих электромобилях. Индийские железные дороги также начали использовать асинхронные двигатели вместо двигателей постоянного тока.

Но откуда у электродвигателя мощность?

Ответ простой, от аккума. Ага! Но что интересно знать, так это то, что существуют также разные типы батарей.Давайте сравним типы по некоторым основным параметрам, связанным с батареями.

Параметры Литий-ионный Никель-металл Свинцово-кислотный Суперконденсаторы
Низкая стоимость
Энергоэффективность
Темп.Производительность
Малый вес
Жизненный цикл

Литий-ионные батареи используются повсеместно, потому что они надежны, просты в использовании, дешевле и энергоэффективны.

Я вижу разные виды электромобилей! Кто они такие?

Вы наверняка встречали на рынке разные типы электрики. Некоторые из них полностью электрические, а некоторые - с двигателями ic. Итак, в какие именно категории они попадают? Электромобили подразделяются на три основные категории: электромобили с аккумулятором (BEV), гибридные электромобили (PHEV) и гибридные электромобили (HEV). Давайте глубже погрузимся в мир типов электромобилей.

  1. Аккумулятор для электромобиля (BEV)
    Компоненты полностью электрического автомобиля | кредиты: afdc.energy.gov

    Это те, которые вы называете полностью электрическим транспортным средством. Этот тип электромобиля не содержит никаких других источников срабатывания, кроме двигателей и аккумуляторов. В этих транспортных средствах нет выбросов. Аккумулятор заряжается от внешнего источника питания, такого как быстрое зарядное устройство постоянного тока или зарядные устройства переменного тока.
    В среднем BEV требуется около 8 часов для полной зарядки с помощью зарядного устройства переменного тока.Это время можно сократить до 1 часа, используя быстрое зарядное устройство постоянного тока.
    Эти электромобили имеют диапазон от 250 до 500 км в зависимости от емкости аккумулятора и двигателя. Некоторые из четырехколесных транспортных средств BEV в Индии - это Tata Nexon EV, Hyundai Kona Electric, Mahindra eKUV100, MG ZS EV и другие. Двухколесные BEV в Индии включают Ather 450, TVS iQube, Bajaj Chetak Electric и многие другие стартапы, которые планируют запустить к концу этого года.
    Посмотрите: Tata Nexon EV против MG ZS EV против Hyundai Kona Electric: подробное сравнение

  2. Гибридный электромобиль (HEV) Гибридный электромобиль | Типы электромобилей | кредиты: afdc.energy.gov

    Электромобили этого типа питаются как от топлива, так и от электричества. Электричество вырабатывается собственной тормозной системой автомобиля. Тепло, выделяемое тормозами, преобразуется в электрическую энергию. Этот процесс преобразования называется рекуперативным торможением.
    Электродвигатель используется для запуска HEV. Затем двигателем занимается двигатель внутреннего сгорания. Это обеспечивает лучшую экономию топлива. Работа двигателя, а также двигателя контролируется ЭБУ.Некоторые HEV в Индии - это Toyota Prius Hybrid, Honda Civic Hybrid и Toyota Camry Hybrid. Maruti Suzuki недавно также представила свою гибридную систему в нескольких моделях.

  3. Подключаемый гибридный электромобиль (PHEV) PHEV | типы электромобилей

    Это типы гибридных электромобилей, которые могут заряжать батареи посредством рекуперативного торможения или от внешнего источника энергии. HEV перемещаются примерно за 3-4 км / сек до включения двигателя, PHEV могут разгоняться до 65 км / сек, прежде чем двигатель обеспечит необходимую помощь для движения транспортного средства.В Индии доступны следующие варианты PHEV: Mahindra e-Verito, BMW i8 и Volvo XC90 T8.

Это все, что вам нужно знать о работе электромобиля, его типах и компонентах. Мы что-нибудь пропустили? Расскажите нам в разделе комментариев ниже.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *