Jak działają samochody elektryczne? Odkryj główne komponenty i ich funkcje

Większość producentów samochodów stara się, aby ich pojazdy elektryczne wyglądały konwencjonalnie, aby nie zrażać tradycyjnych nabywców, ale pojazdy elektryczne działają zupełnie inaczej niż samochody spalinowe. Ich napęd opiera się na zupełnie innych systemach niż pojazd napędzany paliwem płynnym.

Dlatego mechanicy samochodowi zwykle odmawiają pracy przy pojeździe elektrycznym, chyba że przeszli specjalne szkolenie. Wiedza o tym, co napędza samochód elektryczny i jakie są jego główne komponenty, jest ważna, jeśli chcesz w pełni wykorzystać swoje doświadczenie związane z posiadaniem pojazdu elektrycznego.

Oto główne komponenty i systemy, których potrzebuje EV.

1. Paczka baterii

Największym, najcięższym i najdroższym elementem składającym się na pojazd elektryczny jest akumulator. Jego rolą jest magazynowanie znacznych ilości energii elektrycznej, a także wytrzymywanie powtarzających się cykli ładowania i rozładowania w bardzo zmieniających się warunkach pogodowych. W niektórych pojazdach elektrycznych akumulator działa również jako element konstrukcyjny podwozia pojazdu.

Zestawy akumulatorów pojazdów elektrycznych składają się z setek połączonych ze sobą pojedynczych ogniw, a ich pojemność waha się od poniżej 40 kWh w mniejszych pojazdach do ponad 200 kWh w niektórych elektryczne pickupy. GMC Hummer EV ma jeden z największych akumulatorów w branży, pakiet 205 kWh, który zapewnia deklarowany zasięg 329 mil. Na drugim końcu skali mamy Mini Cooper SE, którego małe akumulatory o pojemności 32 kWh mogą przejechać tylko 184 mil na jednym ładowaniu.

Warto również zauważyć, że producenci podają zarówno całkowitą, jak i netto (użytkową) pojemność baterii, dlatego czasami widzisz różne pojemność wymieniona dla tych samych pojazdów elektrycznych. Co więcej, dwa pojazdy elektryczne z baterią o tej samej pojemności prawdopodobnie nie będą oferować tego samego zasięgu, ponieważ również potrzebujesz wziąć pod uwagę, jak lekkie są pojazdy i jaki mają opór toczenia, co ostatecznie przekłada się na efektywność ich użytkowania Elektryczność.

2. System monitorowania baterii

Akumulator pojazdu elektrycznego byłby bezużyteczny (i niebezpieczny) bez tak zwanego systemu monitorowania akumulatora, w skrócie BMS. Pełni niezwykle ważną rolę monitorowania akumulatora i regulacji jego temperatury, napięcia i prądu. To także BMS podaje szacunkowy zasięg i stan naładowania, które oblicza na podstawie ilości prądu pozostałego w akumulatorze.

BMS monitoruje również stan akumulatora, zarówno jako całości, jak i każdego pojedynczego ogniwa. Bardziej zaawansowani użytkownicy pojazdów elektrycznych mogą również uzyskać dostęp do dzienników BMS, które śledzą wydajność baterii i schematy użytkowania. Można je następnie szczegółowo przeanalizować, aby zobaczyć, jak działa bateria i co można zoptymalizować.

3. System zarządzania temperaturą

Inną ważną rolą pełnioną przez BMS jest sterowanie systemem zarządzania termicznego pakietu akumulatorów. Dotyczy to wszystkich pojazdów elektrycznych, które mogą kontrolować temperaturę opakowania, w tym większości nowoczesnych pojazdów elektrycznych. Pojazdy jak na początku generacje Nissana Leaf i BMW i3, a także Renault Zoe i Volkswagen e-Golf były bez kierownictwo.

Zarządzanie temperaturą w pojeździe elektrycznym działa podobnie jak układ chłodzenia samochodu spalinowego. Opiera się na cieczy, która jest pompowana wokół akumulatora przez szereg węży i ​​kanałów ma na celu odprowadzenie ciepła od tych ważnych elementów, aby mogły działać lepiej i dłużej życie.

Niektórzy producenci pojazdów elektrycznych zalecają sprawdzenie i wymiana płynu chłodzącego co kilka lat, podczas gdy inni (jak Tesla) twierdzą, że jest to w pełni uszczelniony system, który nie wymaga regularnej konserwacji.

Pompy ciepła stają się coraz bardziej powszechne w pojazdach elektrycznych. Te ważne elementy pomagają ogrzać kabinę tak wydajnie, jak to możliwe, wykorzystując ciepło resztkowe z akumulatora i silnika. Pomagają również w chłodzeniu, ponieważ ich działanie można odwrócić, dzięki czemu mogą zasadniczo działać jako jednostki klimatyzacyjne.

4. Silnik elektryczny

Elementem sprzętowym, który faktycznie zapewnia napęd w pojeździe elektrycznym, jest jego silnik elektryczny. Zamienia energię elektryczną w energię mechaniczną który napędza koła.

Istnieje kilka typów silników elektrycznych, z których każdy ma swoje mocne i słabe strony, ale wszystkie składają się z dwóch głównych części zwanych wirnikiem i stojanem. Ta pierwsza jest zasadniczo jedyną ruchomą częścią silnika elektrycznego, podczas gdy ta druga jest zasadniczo obudowy wirnika i zawiera kanały, przez które pompowana jest ciecz, aby pomóc w zrzuceniu jednostki ciepło.

Wiele pojazdów elektrycznych jest napędzanych przez tak zwany silnik prądu stałego, który działa na prąd stały i występuje w konfiguracjach szczotkowych i bezszczotkowych, przy czym te drugie są znacznie bardziej powszechne. Ten typ silnika jest znany z wysokiego momentu obrotowego i trwałości, ale ma też wady, takie jak rozmiar, waga i niezawodność (szczególnie w przypadku silników szczotkowych).

Silniki indukcyjne są również dość powszechne w pojazdach elektrycznych i mają kilka zalet w porównaniu z silnikami prądu stałego. Są mniejsze, prostsze i łatwiejsze w utrzymaniu, ale jednocześnie nie dorównują mocą wyjściową ani wydajnością silników prądu stałego, zwłaszcza tych, które wykorzystują magnesy trwałe.

Niektóre pojazdy elektryczne wyższej klasy wykorzystują również tak zwane silniki synchroniczne z magnesami trwałymi (PMSM), które są lepsze niż inne typy silników indukcyjnych pod względem gęstości mocy i wydajności. Ich największą wadą jest ich dodatkowa złożoność i wyższy koszt.

5. Przenoszenie

Pojazdy elektryczne nie potrzebują tradycyjnej skrzyni biegów. Ich wysoki moment obrotowy, który jest dostarczany przy bardzo niskich obrotach, eliminuje potrzebę posiadania wielu biegów do zmiany między nimi w miarę wzrostu prędkości.

Ponieważ jednak silniki elektryczne mają podobne prędkości obrotowe (lub nawet wyższe) w porównaniu z pojazdami z silnikiem spalinowym, nadal potrzebują przekładni redukcyjnej, która pomoże im osiągnąć dobrą równowagę między przyspieszeniem a górą prędkość. Mechanizmy różnicowe są obecne w pojazdach elektrycznych i działają tak samo jak w pojeździe ICE.

Jedynymi nowoczesnymi produkowanymi pojazdami elektrycznymi, które faktycznie mają przekładnię zębatą, są Porsche Taycan i Audi E-Tron GT, które w tylnych silnikach mają dwubiegową automatyczną skrzynię biegów. Nie jest jasne, czy to rozwiązanie zostanie zachowane w przyszłości, ponieważ spotkało się z krytyką za niepotrzebną nadmierną komplikację.

Inni producenci nie ogłosili planów wdrożenia podobnych rozwiązań, choć zdarzają się takie firmy specjalista od osi Dana Incorporated w USA, który sprzedaje dwubiegową skrzynię biegów zaprojektowaną do współpracy z napędem elektrycznym silnik.

6. Ładowarka pokładowa

Wszystkie pojazdy elektryczne mają pewnego rodzaju ładowarkę pokładową, której wydajność zazwyczaj określa maksymalną szybkość ładowania pojazdu podczas korzystania z ładowarki AC (prąd przemienny). Jego rolą jest również zamiana tego na prąd stały (DC), który jest następnie regulowany przez BMS.

Moc ładowarek pokładowych w pojazdach elektrycznych waha się od 3,7 kW do 22 kW i mogą one również wykrywać, czy przepływający przez nie prąd jest prądem przemiennym jedno- czy trójfazowym.

7. Regeneracyjny układ hamulcowy

Ponieważ większość typów silników elektrycznych może również działać jako generatory prądu, wszystkie pojazdy elektryczne mają tak zwany regeneracyjny układ hamulcowy. Opiera się to wyłącznie na ich silnikach, do których można się przyzwyczaić wyszoruj prędkość i wlej sok z powrotem do akumulatora w tym samym czasie.

To radykalnie wydłuża okres wymiany klocków hamulcowych w pojazdach w pełni elektrycznych i niektórych pojazdach hybrydowych. Pozwala również pojazdom elektrycznym oferować tak zwaną jazdę jednym pedałem, co zasadniczo oznacza, że ​​kierowca może zarówno przyspieszać, jak i hamować. pojazd używając tylko pedału przyspieszenia, ponieważ po całkowitym oderwaniu pojazd automatycznie rozpocznie zwalnianie przez silnik opór.

8. Inwertery, przetwornice i sterowniki

Pojazdy elektryczne mają również różną liczbę falowników, konwerterów i kontrolerów. Wszystkie one są niezbędne do prawidłowego działania układu napędowego, ponieważ pomagają zmaksymalizować moc i wydajność poprzez optymalne wykorzystanie dostępnego prądu.

Falowniki są odpowiedzialne za konwersję prądu stałego na prąd przemienny, podczas gdy konwertery mają za zadanie konwertować prąd stały o wysokim napięciu pobierany z zestawu akumulatorów na prąd o niższym napięciu, którego pojazd potrzebuje do pracy różne systemy. Kontrolery są niezbędne do dystrybucji energii, ponieważ pomagają zarządzać przepływem energii elektrycznej do iz zestawu akumulatorów; są również tym, co umożliwia hamowanie rekuperacyjne w pojeździe elektrycznym.

Pojazdy elektryczne są zasilane bardzo różnie

Pojazdy elektryczne mogą mieć mniej ruchomych części w porównaniu z samochodami spalinowymi, ale to nie znaczy, że nie są skomplikowanymi elementami inżynierii. Wręcz przeciwnie, ponieważ potrzebują szeregu systemów współpracujących ze sobą, aby zapewnić moc, wydajność, zasięg i niezawodność, których wymagają konsumenci.

Przełomy i postępy w technologii pojazdów elektrycznych są powszechne i najlepiej przynajmniej mieć podstawową wiedzę na temat ich działania i tego, co dokładnie jest ulepszane. Ta wiedza jest również ważna, jeśli posiadasz samochód elektryczny i chcesz wiedzieć, jak go właściwie konserwować i czym różni się to od pojazdu z silnikiem spalinowym.