Одной из основных критических замечаний, с которыми сталкиваются электромобили, является ограниченный запас хода и гораздо более медленная скорость перезарядки по сравнению с автомобилями с ДВС. Основная причина этого заключается в значительно более низком содержании энергии в их батареях по сравнению с топливным баком.
Обычно есть два способа увеличить запас хода любого автомобиля. Более простой способ – увеличить емкость топливного бака. Обычно это легко и дешево для автомобиля, работающего на топливе, но довольно сложно и существенно дороже, когда мы говорим об электромобилях. Другой путь – оптимизировать все аспекты данного автомобиля – от аэродинамики и сопротивления качению до снижения веса.
Mercedes-Benz EQXX проехал 1008 км в месяц всего на одной зарядке, при общем расходе энергии 8,7 кВтч/100 км и средней скорости 87 км/ч. Поэтому Mercedes установил большую батарею и позаботился о том, чтобы весь автомобиль работал очень эффективно. Давайте углубимся в то, как именно это удалось.
Аэродинамика
Главным потребителем энергии в любом автомобиле является аэродинамическое сопротивление. Хотя на скорости ниже 60 км/ч это сопротивление не так уж велико, на типичной скорости шоссе это наиболее энергоемкая часть автомобиля. Mercedes-Benz EQXX имеет показатель Cd 0,17 и площадь лобовой части 2,12 м2. Это означает, что общая площадь сопротивления составляет 0,36 м2, что крайне мало. Для сравнения, Mercedes-Benz EQS, один из самых аэродинамически эффективных автомобилей, имеющихся в продаже в настоящее время, имеет общую площадь сопротивления 0,5 м2, что на 39% выше, чем у EQXX.
Mercedes-Benz добился этого за счет целенаправленных мер. Общая каплевидная форма, зауженная на 50 мм задняя часть автомобиля, необходимое аэроохлаждение, удлинение хвостовой части автомобиля и сочетание активной и пассивной аэродинамики. 20-дюймовые колеса полностью закрыты для повышения аэродинамической эффективности, поскольку на их долю приходится до четверти общего аэродинамического сопротивления автомобиля. Благодаря этим мерам при скорости 130 км/ч, что является типичной скоростью на шоссе, требуемая мощность EQXX составляет всего 14 л.с., что шокирующе мало.
Силовой агрегат
Mercedes-Benz заявляет о 95% эффективности трансмиссии – от аккумулятора до колес – еще один весьма впечатляющий показатель. В потоке мощности между аккумулятором и колесами мы имеем три источника потерь энергии. Силовая электроника, двигатель и коробка передач. Чтобы достичь такого рода эффективности, каждый из этих трех источников должен иметь эффективность более 98%, что в настоящее время невозможно в основной автомобильной промышленности.
Однако мы можем сделать обоснованное предположение относительно двигателя, который должен быть синхронным и, скорее всего, с постоянным магнитом. Двигатель и силовая электроника ввиду их очень высокого КПД требуют очень низких затрат на охлаждение. Здесь используется концепция охлаждения по требованию (воздушного и жидкостного) для снижения аэродинамического сопротивления и требований к мощности. Максимальная мощность двигателя составляет 180 кВт (245 л.с.), крутящий момент на данный момент неизвестен, но он должен составлять около 400 Нм.
Кузов
В стремлении к эффективности использование легкой конструкции является обязательным. Несмотря на то, что электромобили имеют рекуперативное торможение и чем они тяжелее, тем больше кинетической энергии они используют, во время поездки по шоссе рекуперативное торможение практически равно нулю. Собственный вес EQXX составляет 1755 кг, что само по себе является техническим достижением, учитывая, что одна только высоковольтная батарея весит почти полтонны.
EQXX изготовлен из алюминия, мартенситной стали и пластика, армированного углеродным волокном, а колеса изготовлены из кованого магния. Впервые были использованы алюминиевые тормозные диски, которые легче традиционных стальных дисков.
Алюминиевые тормозные диски в сочетании с магниевыми колесами значительно уменьшают неподрессоренную массу автомобиля, улучшают ускорение и комфорт езды. Все эти материалы характеризуются легкостью, сохраняя при этом высокую жесткость и жесткость.
В целом, в процессе строительства были приняты бионические принципы, а материалы использовались только там, где они были необходимы, что позволило избежать чрезмерного использования. Эта философия распространяется и на салон автомобиля, где повсюду используются экологически чистые и легкие материалы. Для дальнейшего повышения эффективности автомобиля на крыше используются солнечные батареи. Они используются только для потребителей низкого напряжения, таких как информационно-развлекательная система, вентилятор и светодиодные фары. В ясный день они обеспечивают дальность действия до 25 км, что довольно незначительно, но важно при погоне за рекордами.
Батарея высокого напряжения
Высоковольтная батарея, используемая в EQXX, имеет полезную энергоемкость 100 кВтч и весит почти 500 кг. Он использует архитектуру «ячейка-пакет» (ячейки не интегрированы в модули), имеет воздушное охлаждение и верхнюю крышку из углеродного волокна. Все эти особенности способствуют его малой массе: по сравнению с высоковольтной батареей, используемой в EQS, он на 30% легче и занимает на 50% меньше объема.
Еще одной новинкой Mercedes-Benz является архитектура >900 В. Такое высокое значение напряжения позволяет осуществлять сверхбыструю зарядку аккумулятора с помощью поддерживаемых зарядных устройств постоянного тока, хотя в данном случае это будет невозможно из-за пассивного воздушного охлаждения, используемого в этом аккумуляторе.
В общем, можно увеличить электрическую мощность за счет напряжения или тока. Если мы выберем «нынешний» подход, из-за более толстых кабелей возникнут проблемы с весом и пространством. Поэтому имеет смысл повысить напряжение.
Mercedes-Benz также использовал другой материал анода по сравнению с EQS: в EQXX имеется анод с высоким содержанием кремния. Использование высококремниевого анода помогло существенно увеличить плотность энергии батареи EQXX до 200 Втч/кг, что сделало ее самой энергоемкой высоковольтной батареей в мире. По словам Mercedes-Benz, использование крышки из углеродного волокна и воздушного охлаждения позволило разместить батарею даже в компактном автомобиле.
EQXX — это всего лишь концепция, но используемая здесь технология может быть использована в серийных автомобилях Mercedes-Benz в ближайшие годы, и это очень важно для становления и доминирования электронной мобильности.
