Устройство электромобиля - как работает чистый транспорт?

3189

Зарядка электромобиля Было время, когда современные бензиновые двигатели считались диковинной новинкой и все автолюбители с интересом брались за изучение их способа действия. Но прошло несколько десятков лет и сегодня уже никого не удивишь машинами, имеющими именно такой тип «сердца». Однако, производители транспортных средств не смогли долго сидеть без дела и придумали очередное новшество, имя которому электромобиль. На сегодняшний день, большинство представителей человечества, наверняка слышали о новом поколении автомобилей, правда, далеко не все понимают принцип их действия. Это и понятно, ведь в глобальном масштабе, такие машины еще не вошли в повседневную практику, а значит мало кто имел возможность ознакомится с устройством их работы. Так вот, если Вы разделяете мой интерес и хотите узнать, принцип действия нового вида транспортных средств, тогда уделите несколько минут времени на прочтение данной статьи.

1. Электромобили – история развития

Для начала разберемся, что ж такое электромобиль. Что бы не придумывать заумных терминов, скажем просто: это обычный автомобиль, у которого вместо двигателя внутреннего сгорания, электрический двигатель, получающий энергию от автономного источника (топливных элементов или аккумуляторов). Данное устройство не стоит путать с транспортными средствами, имеющими электрическую передачу, тролейбусами или трамваями, так как принцип его действия несколько иной, но об этом чуть позже.

Автомобиль Многие автолюбители будут удивлены, узнав, что свое развитие электромобиль начал почти 180 лет назад, за пол века до того как появились первые автомобили, а причиной их «рождения» стало открытие электромагнитной индукции. Понятное дело, что ученные практически сразу начали искать пути активного применения открытого явления. И вот, в 1841 году, к вниманию общественности было представлено первое электрическое транспортное средство – тележка, оборудованная электромотором.

По сути, это и был первый электромобиль, хотя некоторые ученные с этим не согласны, утверждая, что в период с 1830 до 1840 года, уже было представлено как минимум три похожих конструкции: первая Робертом Андерсоном, вторая – Робертом Девидсоном и третья – Томасом Девенпортом. Все они могли передвигаться со скоростью до 4 км/час, имели большой вес и были крайне неудобны в использовании. Ах если бы ученные тех времен, могли додуматься до изобретения современных аккумуляторных батарей, дело пошло бы гораздо быстрее. Но они встали на правильный путь, положив начало этого процесса!

Прошло каких-то 25 лет и в 1865 году француз Гастон Планте представил миру предка известного сегодня автомобильного аккумулятора. Конечно, он был далек от совершенства и не подходил для практического применения, однако, принцип его работы, дал толчок действиям других изобретателей. И вот, к началу 80-х годов ХIX века, начали создаваться достаточно емкие и сравнительно легкие аккумуляторы, а главное – такие устройства можно было заряжать. Это событие создало настоящий бум в мире электромобилестроения, а период с конца XIX до начала ХХ века, считают «золотым веком» развития электромобиля. Самое парадоксальное, что на фоне всех этих событий практически никто не верил в возможность использования двигателя внутреннего сгорания. Среднестатистическое транспортное средство того времени, имеющие электрическое питание, могло развивать скорость до 30 км/час, весь день ездило без подзарядки, а электромотор бесшумно работал в любых условиях, не требуя переключения передач.

Электромобиль Сейчас в это трудно поверить, но такая конструкция выгодно отличала электромобиль от грохочущего и капризного автомобиля, оставляющего после себя запах гари, бензина и требующего ручного переключения передач. Конечно, обеспеченные люди, которые могли себе позволить приобрести безлошадное средство передвижения, отдавали предпочтение первому варианту, тем более, что управлять им с легкостью могли женщины и пожилые люди.

А Вы знаете, кому принадлежат первые рекорды скорости? Правильно, и тут не обошлось без электрических машинок. В 1895 году, впервые провели официальные «гонки», в которых победил электромобиль француза Шарля Жанто, установив рекорд скорости - 63 км/час, а уже в 1899 году, неизвестная ранее новинка, не только достигла 100-километрового скоростного рубежа, но и превысила его. В этом случае, разогнавшись до 105 км/час, отличился электромобиль бельгийца Камилема Иенатци.

В том же 1895 году, русский инженер-изобретатель Ипполит Романов, создал первый электрический омнибус, вмещающий в себя 17 пассажиров. Идея конструкции машины, была позаимствована у английских кебов (извозчик размещался позади пассажиров, на высоких козлах). Такой экипаж мог быть двух- или четырехместным, а диаметр передних колес, превосходил задние. Первый в мире электромобиль использовал свинцовый аккумулятор системы Бари, который имел 36 вольтовых столбов и требовал подзарядки каждые 64 километра (60 верст). Разработку данного экипажа, переняли у американских моделей фирмы «Моррис-Салом», выпускающей автомобили с 1898 года.

Электромобиль Первое десятилетие ХХ века, принесло электромобилям еще большую славу. Где они только не использовались: в качестве такси, карет скорой помощи, пожарных автомобилей и других видов общественного транспорта, что стало возможным благодаря увеличившейся скорости и дальности поездок.

Однако, сторонники применения двигателей внутреннего сгорания не сидели сложа руки и занимались активным усовершенствованием своей идеи. Со временем, они смогли добиться желаемого результата – бензиновые двигатели стали вытеснять электрические. А помогло им в этом, сразу несколько факторов:

- во-первых были открыты богатые месторождения нефти, что быстро привело к массовому изготовлению дешевого бензина;

- во-вторых, началось строительство новых дорог и развитие сети старых, а это позволило совершать дальние поездки, для чего электромобили не были приспособлены; в-третьих, из-за сравнительно большого веса и намного меньших скоростных возможностей, интерес общественности к электромобилям заметно упал, а все внимание переключилось на более выгодные, в этом плане, автомобили.

Однако, главным фактором резкой популярности бензиновых двигателей, стала более совершена конструкция транспортного средства, которая, к тому же, обходилась значительно дешевле. Таким образом, к 1920 году, среди всех транспортных средств, электрические машины занимали только 1%, а в 1930 - их и вовсе перестали выпускать.

Зарядка электромобиля Вновь вернутся к вопросу электромобилестроения, человечество заставила проблема загрязнения окружающей среды и перспектива истощения нефтяных запасов. И вот, в конце 80-х – начале 90-х годов ХХ века, ряд компаний опять начали производство электрических машин, но предназначались они лишь для отдельных общественных городских служб: развозные фургоны, малочисленные автобусы и грузовики. Более серьезный интерес к вопросу массового использования (который присутствует и в наши дни), появился в конце 90-х годов прошлого века, когда в некоторых странах ужесточили законодательство о загрязнении окружающей среды. Первым современным электромобилем стал выпущеный в США - GM EV1 (1996-2003), однако, с тех пор, производство таких машин не останавливалось и сегодня есть возможность увидеть электромобиль на улицах Вашего города, правда, Вы можете даже не догадываться об этом, так как внешне он ничем не отличается от любого другого автомобиля.

2. Как работает электромобиль

Как мы только что отметили, бензиновые и электрические машины, внешне ничем не отличаются, а значит при встрече с таким «чудом техники», Вы можете и не понять, какой именно автомобиль (или лучше сказать, электромобиль) находится перед Вами. Единственной особенностью, выдающей электрическое транспортное средство в процессе движения, есть практически полное отсутствие звука работающего двигателя. Однако, при всей внешней схожести, принцип работы этих двух видов, существенно отличается. Начнем с того, что под капотом электромобиля вместо двигателя внутреннего сгорания находится электрический агрегат, получающий питание от аккумуляторных батарей. Они выполняют роль своеобразного «топливного бака» и обеспечивают электромотор необходимой рабочей энергией.

Электромобиль Также, в конструкции этого транспортного средства предусмотрен контроллер, являющий собой блок управления электродвигателем, который обеспечивает равномерную подачу тока в сеть между аккумуляторами и силовым агрегатом. Благодаря имеющимся в наличии переменным резисторам, формируется сигнал о количестве нужной энергии, после чего он поступает на контроллер. Когда электромобиль прекращает движение, работа данного устройства тоже останавливается, а при нажатии на педаль «газа» (акселератора) оно опять начинает обеспечивать подачу электрического тока на мотор. Для повышения безопасности, в педали акселератора электромобиля вмонтировано два потенциометра. Контроллер считывает с них импульсы и соответственно получаемым данным, совершает регулировку мощности силового агрегата. Если устройство зафиксирует между сигналами, хотя бы одно, даже самое незначительное отличие, то реакция на них будет полностью отсутствовать.

Частота подаваемых импульсов, равна 15000 раз в секунду, а учитывая, что человеческий орган слуха не способен ее улавливать, работа контроллера и электромотора остается для нас практически бесшумной.

Основой деятельности электрического двигателя является принцип электромагнитной индукции, который связывают с появлением электродвижущей силы в замкнутом контуре при изменении магнитного потока. Двигатель электромобилей переводит электрическую энергию в необходимую механическую, при чем коэффициент его полезного действия составляет 85-95%. Такая идея далеко не новая, а в основе любого подобного мотора лежит эффект, обнаруженный Майклом Фарадейем еще в 1921 году: при взаимодействии магнитного поля и электрического тока – возникает непрерывное вращение.

Как видите, принцип работы электромотора значительно отличается от ДВС, однако, что касается остальных составляющих конструкции электромобиля, то они практически такие же как и в бензиновом варианте: есть коробка передач, подушки безопасности, тормозная система и т.д.

3. Преимущества и недостатки электромобиля

Зарядное устройство Главное достоинство современных электромобилей – это выгодность эксплуатации. В первую очередь, намного дешевле обходится «топливо», ведь цены на бензин растут с каждым днем, а электрическая энергия, все таки, несколько доступнее. Даже тот факт, что одного заряда батареи хватает лишь на 50-60 километров, не является преградой, так как большинство людей за один день не проезжают и этого расстояния.

Конструкция электромобилей значительно проще: нужно всего лишь замкнуть электрическую цепь и контролировать уровень ее напряжения, при чем сложные механизмы, типа карбюраторов, инжекторов или фильтров полностью отсутствую, а это значит, что такие машины не нуждаются в частом и дорогом обслуживании. Бесспорным преимуществом электрокаров есть и отсутствие вредных выхлопных газов. Конечно, для зарядки аккумулятора требуется сжигать уголь, мазут или газ, но в общем счете, с точки зрения экологической ситуации, все это не так катастрофично, как эксплуатация беспрерывно пыхтящего автомобиля. К тому же, КПД электромоторов составляет 90-95%, что несомненно выше чем у ДВС с их 40-60%.

Еще одним фактом, выставляющем электромобили в выгодном свете, есть их бесшумный режим работы. Если для жителей маленьких городков, подобное преимущество не существенно, то для населения мегаполисов – это более чем весомый аргумент, ведь постоянный шум на улицах, хорошо слышен и в квартирах.

Тем не менее, нельзя сказать, что электрические машинки полностью «безгрешны». Самым главным их недостатком является ограниченность заряда батареи, запаса которой (без подзарядки) на длительные поездки не хватит. К тому же, они занимают слишком много места в салоне машины, а строк их эксплуатации не отличается долговечностью – через каждых два-три года детали придется менять. Учитывая, что стоят аккумуляторы немало, становится понятным, почему большинство автомобилистов считает их главным слабым звеном электрокаров. Еще одним минусом, эксперты называют низкие динамические характеристики, исходя из которых, электрические моторы до сих пор уступают бензиновым собратьям.

Гибридный автомобиль Также, существенной проблемой, актуальной в основном для жителей северных стран, есть отсутствие системы нормального обогрева салона. Дело в том, что обычный автомобиль, при нагревании двигателя, отдает тепло непосредственно внутрь кузова транспортного средства, за счет чего там создаются комфортные температурные условия (имеется ввиду холодная пора года). В случае с электромобилем, все несколько сложнее: электромотор не способен нагреваться, а значит ему нечего предложить салону и для обогрева последнего, приходится использовать дополнительную энергию.

Однако, все описанные недостатки – временное явление. Технический прогресс не стоит на месте и в скором времени, мы уже не вспомним о теперешних проблемах электромобилей, что в будущем позволит таким машинам стать еще популярнее.

4. Гибридные модели автомобилей

Вот, кажется, только поняли, что из себя представляет электромобиль, как тут еще одна диковинка – гибридное транспортное средство. На самом деле, здесь также нет ничего сложного, а название говорит само за себя - это автомобиль и электромобиль в одном флаконе. Другими словами, гибридное авто для своей работы использует более одного источника энергии. В современном мире, такими источниками, чаще всего, есть совместное использование электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания. Подобное решение ограждает ДВС от работы при малых нагрузках, а также позволяет реализовать рекуперацию кинетической энергии, повышая тем самым топливную эффективность всей установки. Вторым, существующим видом гибридных автомобилей есть машины, в которых ДВС совмещен с моторами, работающими на сжатом воздухе.

Гибридное автоОбратите внимание! Средства передвижения, работающие на электромеханической трансмиссии (тепловозы, трактора, танки и т.д.) не считаются гибридами. Первый автомобиль, оснащенный гибридным приводом – это Lohner-Porsche, разработанный в 1900-1901 годах конструктором Фердиналом Порше. Первым американским разработчиком, считается Виктор Воук, который начал создавать гибридные автомобили в 60-х – 70-х годах.

На сегодняшний день, самым популярным в мире гибридным транспортным средством, является Toyota Prius. На рынки Украины, данная модель поступила в продажу лишь в апреле 2010 года, в то время как до осени того же года, ее владельцами по всему миру, стали более 2 млн. человек (мировой дебют состоялся в 1997 году). Сегодня, можно приобрести уже третье поколение Prius, но и это еще не конец: недавно стартовали продажи подзаряжаемой версии гибрида и версии с более вместительным багажником.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

Была ли эта статья полезна?


Комментарии

Вам также может быть интересно