Будет ошибкой заявлять, что для электромобиля главным элементом является батарея. В отличие от автомобилей с классическим ДВС, конструкция электрокара намного проще и более надежней. И главными компонентами в работе машины являются: комплекс электромоторов, тяговая аккумуляторная батарея, трансмиссия и специальное бортовое устройство. Это «сердце» автомобиля, и без сбалансированной работы каждого агрегата даже самая мощная и емкая батарея не сможет обеспечить хорошей динамики и потенциала.
Источники питания для электромобиля
[stextbox id=’alert’]КПД электромотора в любой момент времени — около 95%. В современных электрокарах устанавливаются как один, так и несколько электромоторов, питание которых обеспечивает тяговая аккумуляторная батарея.[/stextbox]
В электромобилях устанавливаются литий-ионные аккумуляторы различной конструкции. По внешнему виду они напоминают батареи к сотовому телефону, только большего размера. Литий-ионные источники питания отличаются высокой плотностью энергии и способностью удерживать заряд долгое время в нерабочем цикле.
Средний срок жизни такой батареи после лабораторных тестовых заездов — 8 лет. Это цифра производителя, реальный срок работы — до 6 лет. Снижение времени эксплуатации обусловлено некорректным режимом подзарядки.
Преимущество литий-ионной батареи – большое количество рабочих циклов, т. е. среднее количество зарядок, которое можно производить в процессе всей эксплуатации агрегата. Для автомобилей Тесла это более 3 000 циклов, батарею к электрокару Nissan Leaf можно перезаряжать более 2 500 раз.
Емкость батареи
Емкость аккумулятора выражается в киловатт-часах (кВт/ч). Покупка автомобиля с большим показателем емкости можно сравнить с приобретением машины с большим (и главное, полным) бензобаком. Не стоит рассчитывать на то, что если в тестовом режиме при большой емкости батареи электрокар преодолел максимальное расстояние, то в реальных условиях заряда батареи хватит на такой же километраж.
Это связано с тем, что в повседневной эксплуатации система безопасности и управления автомобиля не позволяет полностью зарядить аккумулятор или разрядить его на 99,9%. Максимально, на что могут рассчитывать водители, это разрядка батареи до 7 % от общего объема и зарядка на 98%.
Емкость автомобильной батареи зависит от класса и комплектации конкретной марки. Например, в комплектации «малышки» Smart EQ ForTwo установлен аккумулятор всего на 17,6 кВт*ч. Проехать на одном заряде можно 80 км. Для последних поколений модификаций Tesla Model S и Model X используются аккумуляторные батареи емкостью в 100 квтч, дальность поездки в этом случае от зарядки до зарядки — не менее 430 км. А у готовящегося к выходу электропикапа Rivian R1T ёмкость должна составить 180 кВт*ч.
Производители редко заявляют точный диапазон емкости аккумулятора. Батарея будет отдавать заряд намного быстрее в зависимости от многих факторов:
1. Ускорение автомобиля.
2. Езда на высокой скорости.
3. Низкая или очень высокая температура воздуха.
4. Фактический вес автомобиля.
5. Условия трассы (подъем в гору, бездорожье) и пр.
[stextbox id=’info’]Если в режиме города из-за частого торможения и остановок бензиновые моторы потребляют больше топлива, чем при стабильной скорости на трассе, то для электрокаров все наоборот. Батарея быстрее отдаст свой заряд на автостраде на высоких скоростях, а в режиме города с частыми остановками будет держать емкость максимально долго.[/stextbox]
Чем больше вес автомобиля (груза, пассажиров), тем больше энергии потребуется электромотору, чтобы поддерживать коленвал в диапазоне необходимого крутящего момента. Емкость будет стремительно падать при езде нагруженного электромобиля под горку.
В холодную погоду при температуре воздуха от -20 о С емкость батареи снизится на 40 % из-за работающего климат-контроля. Бензиновые моторы вырабатывают большое количество тепла, которое идет на обогрев салона. В электромобилях поддержание температуры зависит только от тягового аккумулятора. С понижением температуры будет расти и скорость отдачи емкости батареи. Аналогичная ситуации и при включенном кондиционере в жару. Емкость АКБ уменьшится на 17-20%.
Снижение емкости «от старости»
Нельзя покупать аккумулятор «про запас». Существует два параметра потери емкости: календарная и эксплуатационная. Календарная потеря — это графически вычисленное снижение емкости батареи с течением времени. Даже если АКБ не используется, потери емкости составляют от 5-10% в год. Батарея уже не способна держать заряд максимальное время. Это хорошо видно на старых батареях к мобильному телефону — после полной зарядки, аккумулятора хватает на 30 минут разговора.
Чтобы аккумулятор максимально долго держал заряд и увеличил границы эксплуатации, необходимо придерживаться правил подзарядки, которые производитель устанавливает под конкретную батарею. Например, для Nissan Leaf 2018 года правила подзарядки следующие: первые 150 циклов — ок. 6 кВт, все последующие — ок. 10-12 кВт.
Где заряжать электромобили
Для подзарядки автомобильных батарей предусмотрено два варианта:
- зарядка уровня 1;
• зарядка уровня 2;
• зарядка на постоянном токе – уровень 3.
Уровень 1 — это стандартная домашняя сеть на 220 В или на 120 В. Существует отдельно выделенная сеть на 240 Вольт – это зарядка уровня 2.
- Если использовать зарядку первого уровня, водителю может потребоваться более 16 часов для полного восстановления батареи. Сеть напряжением в 240 Вольт сэкономит время на подзарядку в несколько десятков раз. Аккумулятор Тесла заряжается до 50 минут.
- На специализированных станциях используют зарядку 3 уровня. Аккумуляторная батарея подключается к сети с постоянным напряжением и достигает предела своей емкости за 30-40 минут.
- Потери емкости при зарядке — это типичное явление для многих электромобилей, в комплектации Chevrolet Volt после полной зарядки аккумулятора емкость батареи будет всего 88% — об этом нужно помнить. Потери электроэнергии при этом составят до 15%. При оплате счетов это хорошо заметно.
Дальность поездки
Дальность хода или потенциал аккумулятора напрямую зависит от емкости батареи. Глупо ждать, что батарейка на 22 кВтч сможет обеспечить автомобилю сотни километров пробега.
Именно емкость и способность аккумулятора удерживать заряд и определяет расстояние, на которое водитель может рассчитывать. Интересное техническое решение реализуют сегодня инженеры Тесла — самовосстанавливающиеся во время езды аккумуляторы. Новация, если все тесты окажутся успешными, позволит электромобилю увеличить дальность поездки на 40% на одном заряде.
Наибольшие потери заряда вызывает температура воздуха и скорость автомобиля. К восстанавливающим системам относят возврат энергии в АКБ после резкого торможения. Именно эти внешние характеристики и определяют потенциал батареи. При заявленной дальности поездки в 400 км можно при определенных условиях проехать все 490, но можно и не дотянуть до 340 км.
[stextbox id=’dzen’]Еще один недостаток современных электромобилей, как БМВ, так и Тесла — это отсутствие системы предупреждения водителя о том, что емкость аккумулятора приближается к критической отметке. И если по дороге не окажется станции подзарядки, то, увы, дополнительных батарей в электромобилях не предусмотрено.[/stextbox]
Гарантии на АКБ
Организация Plug In America не один год проводит тестовые проверки аккумуляторных батарей и требует, чтобы производитель определял сроки гарантии на тяговый аккумулятор не менее 8 лет или 100 000 км. пробега. По данным Tesla, батарея, установленная в комплектациях Model S, имеет календарные потери емкости 2-3 % в год или после 10 000 пробега. Стартовые проверки показали, что даже при пробеге в 500 000 км их аккумуляторы сохраняют 78-80 % своей емкости.
Однако батареи, рассчитанные на меньшую емкость до 24 квтч, разряжаются значительно быстрее, и календарные потери заряда критические. Срок эксплуатации такого АКБ не превышает 5 лет при умеренном режиме эксплуатации.
Правила корректной эксплуатации электромобиля, которая позволит максимально продолжить работу АКБ:
- Минимальная эксплуатация автомобиля в зимнее время.
- Правильные расчет производительности.
- Корректная зарядка и разрядка аккумулятора.
- Диагностика через программное обеспечение.
ПО от конкретного производителя позволит определить текущее состояние аккумулятора, степень износа каждой ячейки, время удержания заряда и пр.
Особенности замены АКБ электромобиля
При замене полной батареи необходимо провести перепрошивку ЭБУ автомобиля. С бортового компьютера удаляются устаревшие программы и устанавливаются новые драйвера, подключаются все системы. Самостоятельно заменить аккумулятор практически невозможно.
На современных электромобилях можно заменить не весь аккумулятор, а провести замену битых блоков батареи. Этот способ значительно дешевле и перспективней. Определить, какие ячейки аккумулятора выработали ресурс, можно на специализированном сервисе.
Перспективы развития
Tesla оснащают свои автомобили батареями от Panasonic и развивает отдельную секцию производства. В 2018 году открыт крупнейший завод Тесла по производству АКБ нового типа. Для таких брендов как Chevrolet главным конструктором аккумуляторов много лет остается корпорация LG, которая совместно с компанией Fisker ведет разработку батарей нового типа. Компания Fisker уже представила новый тип батареи с запасом хода на 800 км. В основе схемы используются твердые металлы.
Не отстает от лидеров и компания Samsung, которая продемонстрировала свое ноу-хау на автосалоне во Франкфурте — многофункциональная батарея с потенциалом в 700 миль. Новые направления в развитии электро топлива демонстрирует британская компания SuperCapacitor Materials. Инженеры уверены, что смогут создать определенный тип конденсатора, который заменит ионно-литиевый аккумулятор.
Среди новаторов — и компания Phinergy, технологи которой разрабатывают совершенно новый металло-воздушный аккумулятор.
Какой будет принцип работы у стартапов, пока не ясно, но учитывая, что больше десяти ведущих компаний заняты поиском альтернативного источника энергии, можно сказать, что АКБ — это не последнее слово в автомобилестроении.
