Электромобили
01/12/2021Электромобили набирают популярность! Они выходят из девяти секунд на 1/4 мили!
Электромобили выглядят как относительно свежее новшество поражающее автомобильный мир. Но на самом деле, они намного старше, чем вы думаете.
Первые электромобили в мире
В 1834 нидерландский профессор из города Гронинген Сибрандус Стрэтин и его помощник Кристофер Беккер создали малоразмерный электромобиль, питаемый перезаряжаемыми первичными элементами. Уильям Моррисон из города Де-Мойн, центральной части штата Айова, построил первый успешный электрический автомобиль в Соединенных Штатах в 1891 году. И уже к 1897 году почти все нью-йоркские такси были электрическими.
Перед тем, как понять работу электромобилей, необходимо понять, как работают аккумуляторные батареи.
Устройство аккумуляторной батареи автомобиля
Вы не можете хранить электричество, вы можете хранить электрическую энергию в химикатах внутри аккумуляторной батареи. Есть три основных компонента батареи – два полюса или же электрода, анод и катод, сделанные из разных химических элементов, обычно металлов, и есть электролит, который их разделяет. Электролит там необходим, чтобы привести различные химические элементы анода и катода к взаимодействию друг с другом способом, при котором химический потенциал может уравновешиваться. В процессе электрического разряда, химические элементы на аноде отпускают электроны через отрицательный электрод и ионы через электролит. Тем временем, на положительном электроде катод принимает эти электроны, тем самым создавая замкнутую цепь для возможности потока электронов, преобразовывая накопленную химическую энергию в полезную электрическую энергию.
Прошло некоторое время, прежде чем человечество улучшило технологию аккумуляторных батарей достаточно, чтобы питать автомобили, которые способны передвигаться на большие расстояния.
Какие батареи в электромобилях?
Батареи в большинстве гибридов и в большинстве полностью электрических автомобилей выглядят примерно одинаково и состоят из множество аккумуляторных элементов. Например элемент электромобиля Tesla выглядит вот так:
Этот металлический корпус вмещает в себя длинную спираль, состоящую из трех тонких спрессованных пластин внутри корпуса:
- электрод,
- катод
- разделитель.
Пластины электрода и катода погружены в органический растворитель, обычно эфир, который выступает в качестве электролита. Разделитель – это очень тонкий лист из микропористого пластика. Положительный электрод сделан из оксида лития-кобальта, отрицательный электрод сделан из графита. Когда батарея заряжается, ионы лития движутся через электролит от положительного электрода к отрицательному и соединяются с графитом. Во время разряда ионы лития движутся обратно на оксид лития-кобальта от графита. Это тот же самый принцип, что и в любой другой аккумуляторной батареи. Из-за того, что такие батареи могут накапливать столько же электрической энергии сколько и химические литий-ионные аккумуляторы – это превращает электромобили из сказок в реальность.
Литий-ионные элементы, находящиеся в блоке аккумуляторов электромобиля Теслы, на самом деле очень похожи на те самые аккумуляторы, что можно найти в магазине. Каждый такой элемент содержит 4.2 Вольта и около 30 Ампер.
Еще очень важная вещь касательно литий-ионных аккумуляторов – это то, что они могут перезаряжаться снова и снова, не теряя своих свойств.
Аккумуляторы в электромобиле Тесла
Значение ампер, написанные на аккумуляторной батареи, показывает её емкость. Это обозначает её способностью поддерживать работу на одном заряде с постоянной силой тока в течение определенного периода времени. По сути это значит то, как хорошо может течь ток. Особое соединение элементов может увеличить как напряжение (накапливаемую энергию), так и силу тока (интенсивность потока) или же оба этих параметра. Если соединить батареи последовательно, то напряжение удвоится, оставляя ту же самую силу тока. Если соединить батареи параллельно, то удвоится сила тока, сохраняя значение напряжения.
7104 элемента находится в аккумуляторной батареи электромобиля Tesla Model S, соединённые комбинированным способом в 16-ти модулях, с целью увеличения как напряжения, так и силы тока, дающие 1500 Ампер и 400 Вольт.
Электромотор Tesla
Tesla Model S использует индуктивный электромотор, впервые заплетенный Николой Тесла около сотни лет назад. Мотор состоит из двух частей – это ротор и статор.
Ротор – это набор проводящих стержней с кольцами демпферной обмотки на концах.
Статор – это неподвижная часть двигателя, взаимодействующая с ротором.
На статор подается трехфазный переменный ток. Этот переменный ток создает четырехполюсное вращающееся магнитное поле. Электричество, протекающее по статору, индуцирует ток на металлических стержнях ротора, создавая движение заряженного в данный момент ротора. Скорость вращения ротора определяется частотой переменного тока, проходящего через статор. Когда вы нажимаете на газ, то вы на самом деле увеличиваете частоту тока, а инвертор преобразовывает постоянный ток аккумуляторов в переменный ток, который приводит мотор в движение. Он находится прямо рядом с мотором и способен определять частоту тока, которая влияет на скорость вращения ротора и амплитуду тока, которая влияет на выходную мощность ротора.
Отличия ДВС от электродвигателя
Единственными точками соприкосновения являются подшипники, которые держат ротор на своём месте. Больше нет никаких соприкосновений ротора и статора, поэтому они не поддаются износу в отличие от традиционных двигателей, которые используют крутящий момент и сосредоточены только на определенном ограниченном диапазоне оборотов, обычно это менее 8000 оборотов в минуту. Электромотор Теслы может эффективно создавать силу на диапазоне до 18000 оборотов, поэтому нет нужды в передачах и гидротрансформаторе.
Также в отличие от традиционного двигателя, который преобразовывает поступательное движение поршней во вращательное движение, индукционный мотор производит именно вращательное движение, что значит почти все это может быть преобразовано в движение вперед, лишь прикосновением колес к дороге.
Традиционные двигатели внутреннего сгорания могут весить до 270 килограмм. Мотор Tesla Model S выдает 362 лошадиные силы и весит около 32 килограмм. Но не стоит забывать, что он потребляет весь этот ток, для питания лошадок, из 500 килограммовой аккумуляторной батареи. Но даже вместе с этой массивной батареей, в максимальной комплектации, Tesla Model S выдает 610 Нм и 416 лошадиных сил, что позволяет разогнаться до 100 километров в час за 4.2 секунды. В Tesla говорят, что главное, о чем следовало побеспокоиться при разряде всей этой энергии и раскручивании ротора до 18000 оборотов в минуту – это тепло. Таким образом большинство компонентов включая мотор, частотный привод и блок аккумуляторов имеют жидкостное охлаждение, чтобы не перегреться.
Интересный факт о Тесла
Индуктивный мотор, когда он не приводит в движение колеса, может сам вращаться колесами, выступая в роли генератора для заряда литий-ионной батареи. Так что больше моторов значит то, что вы получите больше силу на колесах и значит, что больше заряда вернется в батарею, пока Тесла просто катится или тормозит. Это довольно эффективно!
