- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -
«Какой компонент электропривода в современных электромобилях имеет наивысшую плотность в виде количества ноу-хау на единицу объёма?»
Если задать этот вопрос, то с очень высокой вероятностью одна часть отвечающих назовёт таким компонентом силовую батарею. Оставшаяся часть в качестве ответа приведёт электродвигатель.
И обе стороны окажутся неправы.
Как и многое на нашей планете, изнутри вселенная автомобилестроения в общем и электромобиля в частности выглядит несколько иначе, чем видится стороннему наблюдателю на первый взгляд.
Автор имел возможность в течение последних дюжины лет пронаблюдать со стороны R&D-отделов немецких машиностроительной и автомобильной промышленностей, как бурно и, порою, неожиданно могут развиваться новые технологии. Переплетаться с уже отработанными на практике решениями, развиваться по спирали, отскакивать назад — в общем, это вот всё, так нежно и трепетно любимое рыцарями клавиатуры и стрелки осциллографа.
Заранее подчёркиваю: все утверждения и описания в последующем тексте не стоит рассматривать как полнейшие и всеобъемлющие.
Наоборот — многое здесь осознанно упрощено и сведено к обобщению для максимального охвата аудитории. Раз уж берёмся за разумное, доброе и вечное, то сеять — так, значит, сеять щедрыми жменями!
Покатились! (привет, Гётеборг!)
В разработке электропривода для электромобилей есть одно интересное соотношение.
По сложности компонентов в общей (упрощённой!) схеме электропривода — батарейная экосистема/инвертор/электродвигатель — ресурсозатраты в процентах будут представляться примерным соотношением 20% / 70% /10%.
Конечно, не хотелось бы ни в коем случае преуменьшать значение батареи и электродвигателя — но по количеству составляющих и по функциональности они проще и гораздо менее «айтишнее», чем преобразователь напряжения.
Дело в том, что современный инверторный преобразователь — это по сути промышленная embedded-система с операционной системой реального времени (RTOS), с суровыми требованиями по: наработке на отказ, по требованиями функциональной и пассивной безопасности, по пыле-/влагозащищённости, по надёжности коммуникации, по быстродействию, по автономности, по условиям работы в состоянии вибрации и температурным нагрузкам, по защищённости от электромагнитных воздействий и много-много чего ещё — и оно к тому же преобразовывает весьма мощные энергетические потоки, на которых, в случае, например, «Теслы», можно качественно прожарить и вкусно приготовить молодого бычка.
Сразу оговорюсь: тема электромобильности сейчас снова бурно развивается во все стороны после некоторого затишья в 2014-2016 годах (новый виток интереса от всех участников + явный интерес правительств + дизельгейт + рывок в батареях и т.д.).
Поэтому классификации и термины регулярно подправляются/расширяются/дополняются и просто — «радостно обогащаются» маркетологами.
Но в общем классическом виде вполне можно утверждать, что гибрид — это конфигурация, где авто имеет полноценный ДВС, приводящий одну (или более :) ось, дополнительно к которому для выдачи реального момента действует электропривод (батарея + инвертор + электромашина).
И здесь существует куча подмножеств.
В зависимости от того, как электромашина поддерживает ДВС, она может:
.
Есть ещё варианты, как именно запитывать ходовую батарею (в зависимости от её объёма, например).
Но такие вот «классические» гибриды, у которых есть внешние интерфейсы (гнёзда для штекеров) для зарядки от зарядных станций — они обычно и называются plug-in hybrid.
Подчеркну — по моему скромному мнению сюда достаточно неверно относить электромобили с range extender, ибо ДВС в них не несёт момент ни на одну из осей — и обычно маленький и не мощный. Но юридически циркуляром Евросоюза они также относятся к гибридным электрическим транспортным средствам.
По уже вполне сложившейся традиции, да и исходя из юридической практики — под определением «электромобили» я бы советовал всем читающим понимать не только «чистое электроприводное решение», но и все варианты гибридных версий электрифицированных транспортных средств.
Всё потому, что с инженерной точки зрения нет абсолютно никакой принципиальной разницы в обобщённой стурктуре электропривода, если автомобиль имеет на борту любого размера силовую электробатарею, силовой инвертор (описанный выше) и электрическую машину.
Процессы, происходящие в электроприводе, будут практически всегда одинаковы.
Мало того — в автомобилях с водородными топливными ячейками для приведения транспорта в движение используется та же самая комбинация: силовая электробатарея + инвертор + электромашина. Просто силовой аккумулятор запитывается здесь не от ДВС или зарядной станции, а от топливного элемента.
Последующее утверждение зависит, конечно, от конкретно взятой модели, но достаточно точно и в общем можно утверждать следующее.
При сравнении неполноприводных «чистого ДВС» и «чистого EV», при принятии «равенства» топливного бака и большой электробатареи из «ДВС выпадает»:
При этом (в общем!) EV взамен имеет:
Следует отметить, что, в принципе, DC/DC-конвертер и ECU (одна или несколько — точно не скажу) для зарядки от внешних электросетей могут быть совмещены в одном корпусе друг с другом или с «большим» ходовым инвертером — но это всё равно отдельные электронные единицы в топологии электромобиля, со своими вероятностями отказа (однако, в общем меньшими, чем у механических частей).
От классического свинцово-кислотного аккумулятора на 12 вольт пока никто не отказывается по очень многим причинам. Немного подробностей от разработчика maybe_im_a_leo [1] вот здесь [2].
Несколько замечаний:
Передний мост голой модели. «Wechselrichter» (справа вверху) — это именно обсуждаемый инвертор
Использование электромобилей (по крайней мере в их «чистом» варианте без ДВС) невозможно без заряжания оных.
Что происходит, как нетрудно догадаться, не только с помощью штекеров, беспощадно подключаемых к зарядным гнёздам транспортного средства, но и посредством соответствующей инфраструктуры. И инфраструктура сия — это не только красивые зарядные столбы, один из вариантов которых можно наблюдать на трогательной иллюстрации ниже, но и многое, очень многое иное.
Здесь сделаем небольшую ремарку.
<Ремарка пошла>
Конечно же, если речь идёт о зарядном процессе «из домашней розетки», то там всё вполне просто. Пользователь берёт соответствующий кабель, одним штекером вонзает его в классическую домашнюю однофазную розетку, а другим — в разъём в автомобиле. И зарядный ток, радуясь полученной свободе, классически медленно и неотвратимо течёт по проводам.
(и снова-снова радостно упрощаем, ибо даже такая «простая» штука, как розетка, таит в себе много чего интересного, о чём можно почитать, например, вот здесь [3] у пользователя idiv [4] )
</Ремарка пришла>
Но в общем для суперчарджеров и универсальных многоинтерфейсных зарядных станций (с несколькими стандартами коннекторов) требуется ещё такой себе немаленький шкаф с силовой электроникой (в реальности там не только силовая электроника, а всё ещё сложнее — привет, idiv [4] и lingvo [5] :) — а ещё во многих случаях (особенно для мест с несколькими зарядными столбами и/или суперчарджерами) требуется отдельная подводящая линия электропередач и трансформаторная подстанция. Это всё — место, место, место…
А ещё верная статья [6] от товарища marks [7] и много уже дополнительно проведённых исследований.
Для примера: если не позаботиться о модернизации электросетей, то уже при нынешнем темпе развития событий даже такой экономически развитый регион как округ «большого Мюнхена» через 3 года начнёт испытывать уютные локальные блэкауты.
Каждый раз, когда в этих наших инновационных интернетах ещё раз воздаётся хвала революционности современного емобильного хайпа, автор идёт на кухню и готовит себе чашку душистого чая.
После чего зачёрпывает малую толику кумкватового варения, берёт заваренный ароматный напиток и садится за расслабленное чтение.
Объектом литературного интереса здесь выступает исследование электромобильного транспорта, проводившееся Рейнско-Вестфальским техническим университетом Ахена (знаменитый RWTH) по заказу немецкого Объединения автомобильной промышленности (VDA). Группа научных сотрудников рассматривала и анализировала уже вополощённые в металл исследовательские и серийные автомобильные транспортные средства, а также рассматривала весь спектр как уже имеющихся; так и только ещё изучаемых соответствующих технологий.
Электронная версия книги доступна по ссылке на сайте VDA [8].
Очень, ну просто очень интересная работа, изданная в октябре 1993 года.
На сегодня прервёмся.
А напоследок хотелось бы напомнить/заметить, что в текущем сообществе:
Кого забыл упомянуть — не взыщите, к замечаниям и комментариям автор всячески открыт.
К моменту публикации на написание статьи было потрачено достаточно много времени (см. индекс-адрес и привет DmitrySpb79 [18] :) — но даже так в текст вошла только малая доля того, с чего можно и нужно сорвать простыню недосказанности.
И, наверное, статья будет ещё дополняться в течение последующего времени.
Посему — до новых встреч. И когда-нибудь мы с вами ещё поговорим, чем же так важны и могущественны автопоставщики, а не только OEM. ;)
Автор: kababok
Источник [19]
Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru
Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/e-lektromobili/311578
Ссылки в тексте:
[1] maybe_im_a_leo: https://habr.com/ru/users/maybe_im_a_leo/
[2] вот здесь: https://habr.com/ru/post/423403/#comment_19116055
[3] вот здесь: https://habr.com/ru/post/429468/
[4] idiv: https://habr.com/ru/users/idiv/
[5] lingvo: https://habr.com/ru/users/lingvo/
[6] статья: https://habr.com/ru/post/374191/
[7] marks: https://habr.com/ru/users/marks/
[8] по ссылке на сайте VDA: https://www.vda.de/dam/vda/publications/FAT-SCHRIFTENREIHE%20104/1320048482_de_1454516365.pdf
[9] LittleSquirrel: https://habr.com/ru/users/littlesquirrel/
[10] teymurberman: https://habr.com/ru/users/teymurberman/
[11] parakhod: https://habr.com/ru/users/parakhod/
[12] nad_oby: https://habr.com/ru/users/nad_oby/
[13] old_gamer: https://habr.com/ru/users/old_gamer/
[14] mrKron: https://habr.com/ru/users/mrkron/
[15] Boomburum: https://habr.com/ru/users/boomburum/
[16] Milfgard: https://habr.com/ru/users/milfgard/
[17] Meklon: https://habr.com/ru/users/meklon/
[18] DmitrySpb79: https://habr.com/ru/users/dmitryspb79/
[19] Источник: https://habr.com/ru/post/438142/?utm_campaign=438142
Нажмите здесь для печати.