Электромобили становятся энергоемкими?

Незадолго до этого двигатели внутреннего сгорания мощностью 150–200 л.с. считались высокопроизводительными автомобилями и часто носили такие маркировки, как GTi, TypeR и S.

В сфере ДВС автомобили обычно начинаются со скромных показателей мощности, а повышение мощности обычно происходит постепенно. Появление электромобилей может кардинально изменить эту динамику.

Несмотря на то, что электромобили предлагают меньший модельный ряд, чем автомобили с ДВС, их номинальная мощность уже взлетает до невероятных высот. Что движет этой тенденцией? Оправдана ли такая экстремальная производительность? Давайте исследуем.

Сценарий электромобиля

Электромобили начального уровня теперь имеют мощность от 150 до 200 лошадиных сил. Мы являемся свидетелями того, как семейные седаны, такие как Tesla Model S Plaid и Lucid Air, генерируют уровни мощности, которые могут соперничать с автомобилями Формулы-1. Даже самая маломощная Tesla, Model 3, выдает 325 лошадиных сил, а крутящий момент аналогичен 4,2-литровому безнаддувному двигателю V8.

Электромобили успешно демократизировали крутящий момент, мощность и общую производительность. За всю историю автомобильной промышленности такой уровень возможностей никогда прежде не был доступен покупателям со средним достатком.

Я хочу подчеркнуть здесь значение крутящего момента. Хотя в прошлом можно было найти двигатели высокой мощности по разумным ценам, высокий крутящий момент всегда был непомерно дорогим. Для создания значительного крутящего момента в двигателе внутреннего сгорания обычно требуется большой рабочий объем, принудительная индукция или комбинация того и другого — функции, обычно предназначенные для автомобилей класса люкс, недоступные большинству потребителей.

В мире электромобилей максимальный крутящий момент является неотъемлемым свойством двигателя. Его много и, что особенно важно, он доступен немедленно. Нужно больше? Просто установите дополнительный двигатель на противоположную ось, и требование будет выполнено.

Вам нужно больше крутящего момента в ДВС? Вам нужно добавить больше цилиндров. Если вы преодолеете барьер в 4 цилиндра, все станет дороже, потому что вам нужно больше всего. В V6 обычно нужно 4 распредвала, 24 клапана и, возможно, две турбины. Вы получаете картину.

Но почему крутящий момент так важен? Что ж, крутящий момент говорит вам, какой мощностью вы обладаете на любых заданных оборотах, и это очень важно в приложениях с большим весом, таких как автомобили, поскольку он также информирует вас об эластичности двигателя/мотора и его способности к промежуточному ускорению, например, 30-70 км/ч, 60-100 км/ч и т. д.

Для обычного водителя крутящий момент – это первое, что ценится. В следующей таблице сравниваются ДВС и электромобили по выходной мощности при 1500 об/мин. Это легко объясняет реальную разницу в ускорении между двумя типами движения.

Сколько мощности необходимо?

Не существует единого окончательного решения этого вопроса. Однако мы можем установить конкретные сценарии для оценки требуемой выработки энергии. Мы выбрали три расчета: мощность, необходимая для поддержания постоянной скорости 130 км/ч (стандартный предел шоссе); мощность, необходимая для достижения максимальной скорости конкретного электромобиля; и теоретическая максимальная мощность, полученная из пиковой мощности автомобиля.

Потребление энергии на скорости 130 км/ч служит ключевым показателем общей эффективности автомобиля, причем аэродинамические характеристики являются решающим фактором в этом уравнении.

Хотя аэродинамика также влияет на максимальную скорость, последующие данные также показывают, насколько консервативно ограничиваются максимальные скорости этих транспортных средств.

Итоговая таблица — чисто концептуальное упражнение. Перечисленные теоретические максимальные скорости предполагают неизменные аэродинамические профили, но это условие может не соответствовать действительности в практических условиях. Более того, на самом деле электродвигатели могут поддерживать свою пиковую мощность только в течение нескольких секунд.

Задача торможения

Высокие мощность и крутящий момент, безусловно, желательны, особенно когда они сопровождаются умеренным увеличением стоимости (как производства, так и энергопотребления), однако наиболее проблематичным аспектом высокой мощности является ее контроль. Объект, который быстро ускоряется, должен также иметь возможность быстро замедляться.

Электромобили сочетают в себе высокую скорость и значительную массу, что создает серьезные проблемы для их тормозных систем. К счастью, электромобили оснащены двумя разными тормозными механизмами.

Первоначальная реакция исходит от самого двигателя. При скорости замедления до 0,3G обычные гидравлические тормоза обычно остаются в холостом режиме. Когда требуется большее замедление, включаются гидравлические тормоза. Основная трудность – и самая большая головная боль – заключается в смешивании этих тормозов.

Достижение правильного баланса между двумя тормозными системами требует тщательной настройки, чтобы обеспечить как производительность, так и ощущение педали, которых ожидают водители. Что касается производительности, современные технологии обеспечивают максимальную тормозную мощность за счет использования новейших синтетических материалов, таких как углерод-керамические роторы. Хотя массивные электромобили явно выиграют от этой возможности, высокая цена по-прежнему ограничивает широкое внедрение.

Заключительные замечания

Очевидно, что уровни мощности основных электромобилей резко возросли. Огромный крутящий момент, который электродвигатели генерируют с места, обеспечивает электромобилям характеристики разгона, сравнимые с характеристиками суперкаров, как на средних дистанциях, так и с нулевой скорости.

Эти достижения обусловлены сравнительно простой архитектурой электродвигателя по сравнению с двигателем внутреннего сгорания, а также относительной простотой увеличения мощности двигателя. Однако электромобили, как правило, весят больше, чем их аналоги с ДВС, что отрицательно влияет на эффективность торможения, особенно в динамических ситуациях.

Электромобили имеют рекуперативное торможение, которое помогает в решающей задаче по снижению скорости автомобиля, но ощущения и эффективность торможения, безусловно, нуждаются в некотором улучшении.

Приведенные выше таблицы ясно показывают, что мощность электромобилей с учетом их ограниченной максимальной скорости преувеличена. Возможно, в ближайшие годы, когда электромобили станут легче благодаря передовым аккумуляторным технологиям, мы увидим снижение выходной мощности электромобилей. В конце концов, кому нужны 1000 л.с. на дороге общего пользования?