Какой генератор подходит для электромобиля: зачем нужен, виды, принцип работы
Электромобили отлично подходят для коротких поездок. Беспокойство возникает, когда нужно отправиться на таком транспортном средстве (ТС) в дальнюю поездку. Производители электромобилей стали разрабатывать ТС с генераторами, устанавливая их в багажник, придумали также трейлер на двух колёсах, в котором находится портативный бензиновый двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Такие устройства могут заряжать автомобильные аккумуляторы на ходу, что устраняет необходимость в длительных остановках на станциях подзарядки.
- Есть ли генератор в электромобиле?
- Видео: Как работает электромобиль?
- Зачем электрокару ДВС?
- Зарядка от бензогенератора
- Воздушный генератор
Есть ли генератор в электромобиле?
Аккумуляторы в электрических автомобилях не совпадают с типичными аккумуляторами ДВС. Аккумуляторы для электромобилей приводят в действие всё, что есть в автомобиле, а главное — электродвигатель. Почти во всех электромобилях используются литий-ионные батареи. Они более эффективны, чем другие аккумуляторы. Литий-ионные батареи более дорогие в производстве, чем никель-металлогидридные или свинцово-кислотные.
Электрическое ТС использует большой блок тяговых батарей для зарядки электродвигателя, и они должны быть подключены к зарядной станции или настенной розетке для зарядки. Поскольку работа автомобиля происходит за счёт электричества, он не выпускает выхлопных газов и не содержит типичных компонентов жидкого топлива, таких как топливный насос, топливопровод или топливный бак.
Знаете ли вы? В 1900 г. на Всемирной выставке в Париже показан полностью электрический Lohner-Porsche Semper Vivus. В то время это была настоящая сенсация от выдающегося конструктора Фердинанда Порше, который работал над четырёхколёсным шедевром вместе с австрийской фирмой.
В автомобиле с электроприводом вспомогательная аккумуляторная батарея обеспечивает электричество для питания автомобильных систем. Порт зарядки обеспечивает автомобилю подключение к внешнему источнику питания для зарядки тягового аккумулятора. Преобразователь постоянного тока преобразует питание постоянного тока высокого напряжения от тягового аккумуляторного блока в питание постоянного тока низкого напряжения, которое необходимо для работы автомобильных систем и зарядки вспомогательной батареи.
Тяговый аккумулятор приводит в движение колеса автомобиля. В некоторых моделях используются моторы-генераторы, которые выполняют функции привода и регенерации. Бортовое зарядное устройство выполняет функцию приёма поступающего электричества переменного тока, которое подаётся через зарядный порт, и преобразует его в постоянный ток для зарядки тягового аккумулятора.
Оно контролирует характеристики батареи:
- напряжение;
- ток;
- температуру и состояние заряда, во время подзарядки батареи.
Знаете ли вы? Продажи электромобилей выросли на 81% с 2017 по 2018 гг., и к 2025 г., как полагают эксперты, положат конец «правлению» двигателя внутреннего сгорания.
Контроллер силовой электроники управляет потоком электроэнергии, поступающей от тягового аккумулятора. Этот блок управляет скоростью электрического тягового двигателя и крутящим моментом, который производит.
Тепловая система (охлаждение) поддерживает оптимальный диапазон рабочих температур двигателя, электродвигателя, силовой электроники и других компонентов. Блок тяговых батарей служит накопителем электроэнергии для использования электрическим тяговым двигателем. Функция трансмиссии (электрической) заключается в передаче механической энергии от электрического тягового двигателя для привода колёс.
Видео: Как работает электромобиль?
Зачем электрокару ДВС?
У некоторых электрокаров-гибридов (Chevrolet Volt, Tesla Model S, Toyota Prius Prime и др.) установлен ДВС-генератор и электродвигатель. Подобные модели принято называть электрическим автомобилем с увеличенным запасом хода. К «чистому» варианту электромобилей они не относятся, т. к. у электрокаров нет выхлопной трубы и бензобака, а под капотом вместо огромного двигателя находится только электродвигатель и его контроллер.
Важно! Гибридный автомобиль, благодаря комбинации ДВС и системы электропривода аккумулятора, способен увеличить экономию топлива и уменьшить выбросы.
Гибридный электромобиль имеет ДВС и топливный бак традиционных ТС, а также аккумуляторную батарею и электродвигатель. Обычно он работает путём сбора и повторного использования энергии двигателя, работающего на бензине, который в противном случае был бы бесполезным в стандартных ТС.
Классический пример подзаряжаемого гибрида с внушительной батареей за задним сиденьем.
Основной принцип работы электроавтомобиля с ДВС заключается в том, что генератор, получая энергию от бензинового двигателя, подает её на аккумулятор и электродвигатель. Другими словами, это устройство, преобразующее топливо в электрическую энергию для аккумулятора и двигателя.
Большинство гибридных моделей используют коробку передач, существующую в стандартных бензиновых автомобилях. Однако сейчас автопроизводители пытаются разработать нечто новое для гибридных версий. В некоторых автомобилях, к примеру в Toyota Prius, используются новые трансмиссии, отличающиеся от тех, что находятся в обычных автомобилях. Трансмиссия работает за счёт механической энергии, которую либо бензиновый генератор, либо аккумулятор подаёт через электродвигатель.
Во время сильного ускорения бензиновый двигатель и электродвигатель работают сообща для увеличения мощности на колеса. Совместные усилия возможны только благодаря трансмиссии с разделением мощности, которая объединяет крутящий момент. В то же время бензиновый мотор питает генератор. Электродвигатель использует электричество от батареи и генератора по мере необходимости.
Рекомендуем для прочтения:
- Лучшие бюджетные электромобили
- Как выбрать электромобиль и ТОП лучших электромобилей в России
- Двигатели для электромобиля: как устроены и принцип их работы
- Транспортный налог на электромобиль: размер, как рассчитать
Зарядка от бензогенератора
Портативный генератор, работающий на бензине, действительно может заряжать электромобиль. Его используют в чрезвычайной ситуации, допустим, в качестве резервного источника питания на случай перебоев в подаче электроэнергии.
Автомобилисты отмечают этот способ зарядки не очень удобным из-за сильного шума мотора. Только, если бензогенератор располагается в двухколёсном прицепе, шумовой эффект снижается. Управляется такое устройство легко, с помощью мобильного приложения.
Важно! Если заряд аккумулятора сохранился ниже 95%, автомобиль будет «вытягивать» из преобразователя максимум, и поэтому будет всё время работать не на штатной, а на пиковой мощности.
Воздушный генератор
С помощью ветрогенератора крупные концерны по производству электромашин пытаются решить разные задачи:
- Минимизировать затраты энергии на охлаждение или обогрев салона.
- Увеличить продолжительности езды без дополнительной зарядки.
- Обеспечить минимальные затраты на питание бортовых энергопотребителей.
Принцип работы ветрогенератора таков, что воздушный поток генерируется автомобилем, когда он начинает двигаться, т. е. встречный поток воздуха вращает ветроколесо, а оно вырабатывает электроэнергию, которая поступает в автомобильную аккумуляторную кислотную батарею (АКБ). Энергия, которая вырабатывается, зависит от скорости автомобиля.
Если сделать расчёт мощности, генерируемой ветром, то станет понятно, что значительное количество электроэнергии (около 3,26 кВт) восстанавливается для аккумуляторов, когда автомобиль движется со скоростью 120 км/ч.
Портативный генератор — полезное устройство, которое может пригодиться в качестве резервного источника питания на случай истощения заряда в электромобиле и невозможности подзарядиться привычным способом.
Источник
Обозрение. Все типы гибридов: Скрестив бензин с электричеством
К сожалению, отменить светофоры, пробки и нерегулируемые перекрестки вряд ли возможно. Значит, автомобили и впредь будут разгоняться и тормозить. А потому идея запасти кинетическую энергию, бесполезно переводимую в нагрев и износ тормозов, чрезвычайно популярна.
«Ультралегкие» гибриды — это изобретение автора. Строго говоря, автомобиль, не использующий электродвигатель для перемещения, гибридом называться не должен. Но все же я буду настаивать на том, чтобы их так называли. Хотя бы потому, что эти машины способны запасать кинетическую энергию, пусть и для других целей. Такие системы применяют в современных БМВ и «Ауди».
Принцип достаточно прост: поскольку генератор отбирает мощность мотора, можно оптимизировать его работу, сняв с двигателя лишнюю нагрузку во время разгона и добавив — при торможении. Во время относительно равномерного движения все зависит от текущего баланса потребителей: если их немного, то вполне хватает возможностей батареи. Как только уровень заряда упадет ниже определенного значения, генератор включится снова. Для этого понадобится продвинутое управление процессом зарядки (необходимо учитывать гораздо больше факторов, чем по силам банальному реле-регулятору, который служит автомобильному делу более полусотни лет) и вдобавок иные характеристики аккумуляторной батареи. Результат действия системы, впервые показанной БМВ как часть концепции эффективной динамики, — снижение расхода топлива на 0,2–0,3 л/100 км и незначительное улучшение разгона.
Ныне подобные устройства нашли применение на БМВ 1-й и 3-й серий, а также на экологичных дизельных «Ауди» с индексом «е». Впрочем, это только начало. Ведь интеллектуальное управление зарядом батареи необходимо и для систем «старт-стоп». Это уже реализовано на 4-цилиндровых БМВ с механическими коробками передач.
«Легкие» гибриды — попытка превратить обычный автомобиль в гибрид с наименьшими затратами. Как любой компромисс, он не лишен недостатков и выделяется в первую очередь неспособностью перемещаться исключительно на электротяге. Тем не менее положительных сторон больше, чем отрицательных: заметное уменьшение расхода топлива в городе и улучшение динамики разгона (имеется в виду прежде всего так называемый rolling start и эластичность). Реальный выигрыш может превышать 20%.
Узнать легкий гибрид можно по незначительной — обычно не более 20 кВт — мощности электродвигателя. Самым коммерчески успешным примером стала, конечно, «Хонда-Сивик Гибрид», с виду почти не отличающаяся от обычного «Сивика». Первое поколение этих машин появилось в 2003 году. Под их капотом 1,8-литровый бензиновый мотор уступил место 1,3-литровому с 15-киловаттным электрическим помощником. Расположенный между мотором и коробкой передач электродвигатель помогал при разгоне и работал в качестве генератора, заряжая никель-металлгидридную батарею напряжением 156 В. Второе поколение машин, выпускаемое с 2006 года, оснастили вариатором и новой системой регулирования фаз газораспределения i-VTEC, которая полностью закрывает клапаны неработающего мотора, уменьшая насосные потери и торможение двигателем. Таким образом, гибридный «Сивик» научился ездить на чистой электротяге, став единственным пока легким гибридом, умеющим это делать.
Похожую схему избрал «Мерседес-Бенц», который собирается в нынешнем году предложить гибридный автомобиль на базе S-класса. На «Мерседес-Бенце S 400 BlueHYBRID» электромотор мощностью всего 20 кВт расположен между бензиновым двигателем и 7-ступенчатым гидромеханическим автоматом. Ездить на электротяге «Мерседес» не умеет, зато оснащен электрическим компрессором кондиционера — значит, не потребуется жертвовать комфортом в пробке или на светофоре, когда бензиновый мотор выключен.
Выигрыш в динамике невелик лишь на первый взгляд. Несмотря на то что электродвигатель развивает всего 20 кВт, его крутящий момент достигает 160 Н.м. Это больше половины того, что дает бензиновый мотор. Соответственно заметен и его вклад в динамике, а не в максималке. Наибольший выигрыш достигается в разгоне с малых скоростей или при обгоне в диапазоне 60–120 км/ч. А вот старт с места практически не меняется — с гидромеханической трансмиссией крутящий момент бензинового двигателя множит гидротрансформатор.
Полноценные, или, как их еще называют, «тяжелые», гибриды умеют ездить, используя и бензиновый, и электрический двигатели, а также сочетание их мощи в любой пропорции. Эти машины сегодня наилучшим образом представлены марками «Тойота» и «Лексус». Стараниями крупнейшего производителя автомобилей и японской корпорации «Айсин» (агрегаты трансмиссии) была разработана одна из наиболее удачных схем. Двигатель автомобиля приводит генератор, занявший в трансмиссионном агрегате место традиционной коробки передач. Но соединены они не жестко, а через планетарный делитель, который, в свою очередь, дает выбор мотору — вращать колеса или генератор. Он же отвечает за пуск двигателя на ходу, ненадолго замыкая трансмиссию.
Далее располагается электродвигатель и еще один планетарный редуктор, который работает в режиме двухступенчатой коробки передач, изменяя передаточное число между электродвигателем и трансмиссией. Оказывается, двух передач (1,9:1 и 3,9:1) достаточно для эффективной работы привода во всех диапазонах скоростей. Привычной коробки у автомобиля нет — суммарный крутящий момент бензинового мотора и электродвигателя позволяет обходиться всего двумя ступенями.
В режиме Hybrid выбор — в пользу наиболее экономичного перемещения. Power предполагает максимальное использование электродвигателя как «бустера», улучшающего динамику автомобиля. Зимний режим Snow вводит ограничение по крутящему и тормозному моментам для максимально эффективного сцепления с дорогой. Спортивный режим трансмиссии «Лексуса-LS600h» предлагает восемь уровней торможения двигателем и соответственно скорости и интенсивности реакции на педаль газа, имитируя работу 8-ступенчатой автоматической трансмиссии. При обычном разгоне автомобиль трогается только за счет электродвигателя, а бензиновый мотор подключается по мере надобности.
Система, применяемая компанией «Дженерал моторс» на гибридном вседорожнике «Шевроле-Тахо», несколько иная: в ней отсутствует вторая планетарная передача, но вместо одного электромотора — два, по 22 кВт. Этого достаточно, чтобы бензиновый двигатель обходился без традиционной коробки передач, а автомобиль в целом мог перемещаться исключительно на электротяге. Название 2-Mode Hybrid Transmission означает два режима работы. В первом, при минимальных скоростях и нагрузках, в зависимости от состояния аккумуляторов можно двигаться как за счет одних электродвигателей, так и с помощью бензинового 5,3-литрового мотора. Второй режим работы, напротив, предназначен для движения с высокой скоростью по шоссе: он исключает влияние электродвигателей, что повышает КПД трансмиссии и снижает расход бензина. Более того, при благоприятных условиях автоматика отключает четыре из восьми цилиндров мотора. В таком режиме «Шевроле-Тахо» способен пройти 22 мили на галлоне бензина, что соответствует примерно 10,7 л/100 км. Неплохой результат для автомобиля такого размера!
Их называют range extender (в буквальном переводе — удлинитель). Впрочем, речь идет пока об опытных образцах, которые не подтверждают заявленных характеристик. Гибриды такого класса — это, по существу, электромобили, оснащенные вспомогательным бензиновым или дизельным двигателем.
Основное отличие в эксплуатации — крайне желательна ежедневная подзарядка от сети. Основной режим для «бензоудлинителя» — городской. При запасе хода 100 км и более в ежедневных поездках по городу вообще нет необходимости использовать двигатель внутреннего сгорания. Ну а если электричество «кончится», то бензиновый мотор теоретически в состоянии обеспечить беспроблемное путешествие до ближайшей розетки. Его задача не заряжать аккумуляторы, а лишь поддерживать примерно 30-процентный уровень заряда. КПД невысок, но подразумевается, что «бензиновый» пробег для машины скорее исключение, чем правило. Механической связи с колесами мотор такого гибрида не имеет вовсе, то есть лишается одного из важнейших преимуществ гибридной трансмиссии — улучшения динамики за счет совместной работы электродвигателя и ДВС.
Первым серийным автомобилем этого класса должен стать «Шевроле-Вольт», производство которого обещают начать в 2010 году.
О ВРЕДЕ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ
Какая из концепций гибридного привода победит? Однозначного ответа нет. Вполне вероятно, что «бензоудлинители» окажутся востребованными в Северной Америке при доступных ценах на электроэнергию и высоких — на бензин. Гибриды аналогичного типа планирует выпускать и «Мерседес-Бенц». Компоновка его компактных моделей еще много лет назад была сделана с этим прицелом.
Впрочем, еще вероятнее, что дуэт «Тойоты» и «Айсина» окажется более удачливым и им удастся постепенно увеличивать электрическую составляющую гибридных трансмиссий. Прототип «Тойоты-Приус» с возможностью подзарядки уже способен преодолеть на электротяге 10 км в городском цикле. Для полной зарядки батарей от сети 220 В требуется менее двух часов. Автомобиль третьего поколения с литий-ионными аккумуляторами будет способен на заметно лучшие результаты. Подзарядка аккумуляторов от внешнего источника позволяет превратить их из сомнительного накопителя кинетической энергии в реальный «топливный бак» (пусть даже на порядок уступающий бензиновому).
Единственный вопрос, который остается, — цена на бензин. Настоящий кризис оказался экономическим, а не топливным. А когда топливо дешевеет, дорогостоящие программы развития гибридных трансмиссий и силовых установок могут серьезно повредить финансовому здоровью автомобильных производителей.
Источник