Устройство электромобиля: как он устроен и как работает

Электромобиль удивляет устройством: под капотом нет двигателя, в салоне нет рычага коробки передач, а вместо выхлопной трубы под днищем ровный пластик. В обычной машине энергию даёт горение топлива, и оно передаётся через десятки движущихся деталей. В электромобиле энергия хранится в батарее, а превратить её в движение помогают мотор и электроника. Ниже — из чего состоит электромобиль, что происходит между нажатием педали и вращением колёс, чем он отличается от гибрида и машины с бензиновым двигателем и на что смотреть владельцу.

Из чего состоит электромобиль

Проследим путь энергии от розетки к колёсам.

Часть	Что делает
Тяговая батарея	Большая литий-ионная батарея в днище; набрана из множества ячеек, объединённых в модули, и хранит энергию
Система управления батареей (BMS)	Следит за напряжением, током и температурой каждой ячейки, не даёт перезарядить и слишком глубоко разрядить
Зарядный порт	Разъём на кузове, куда подключают кабель
Бортовое зарядное устройство	Превращает переменный ток из розетки в постоянный, чтобы зарядить батарею
Инвертор	Электронный блок: из постоянного тока батареи делает переменный трёхфазный для мотора и управляет им
Электромотор	Раскручивает вал и создаёт крутящий момент; в основном асинхронный или синхронный с постоянными магнитами
Редуктор	Снижает обороты мотора до нужных колёсам и увеличивает момент; обычно одна передача
Преобразователь DC/DC	Понижает высокое напряжение батареи до 12 вольт для света, дисплея, стеклоочистителя
Обычная 12-вольтовая батарея	Питает мелкую электронику и включает главные реле; устроена как в обычной машине
Система охлаждения и обогрева	Жидкость греет и охлаждает батарею, мотор и инвертор, поддерживает нужную температуру

Как выглядит вся машина целиком, показано в обзоре устройства автомобиля, а как устроена сама батарея — в статье об устройстве аккумулятора.

Как электромобиль едет

1. Водитель нажимает педаль. Педаль не тянет тросик, а даёт сигнал электронике: чем сильнее нажата, тем больше момента запрошено.
2. Батарея отдаёт ток. Постоянное напряжение в несколько сотен вольт идёт к инвертору по толстым оранжевым проводам.
3. Инвертор формирует три фазы. Электронные ключи переключаются тысячи раз в секунду и подают на обмотки мотора переменный ток с нужной частотой и силой.
4. Мотор создаёт вращающееся поле. В статоре появляется магнитное поле, которое вращается, и ротор идёт за ним. Чем выше частота, тем быстрее вращается мотор.
5. Редуктор передаёт вращение на колёса. Через шестерни и приводные валы момент доходит до колёс. Часто это один шестерёнчатый ряд, поэтому электромобиль трогается плавно и без рывков переключений.
6. Педаль отпущена. Инвертор меняет режим: мотор начинает тормозить машину, работая как генератор, и ток течёт обратно в батарею.

Этот шестой пункт называют рекуперацией. Он превращает часть энергии движения в электрическую, а не в тепло на колодках. При сильном торможении или на скользкой дороге включаются и обычные тормоза, потому что рекуперация не даёт такой силы, чтобы остановить машину при любых условиях.

Как электромобиль заряжают

Зарядка бывает двух видов. Переменный ток из розетки или домашней станции проходит через бортовое зарядное устройство, которое преобразует его в постоянный. Мощность ограничена этим устройством, поэтому заряд идёт часами, чаще ночью. Быстрая зарядка использует постоянный ток от мощной станции: зарядное устройство стоит в самой станции, и энергия идёт в батарею напрямую, поэтому в десятки минут можно набрать большую часть ёмкости. По мере наполнения батареи электроника снижает ток, чтобы не перегреть ячейки, поэтому последние проценты заряжаются медленнее.

Частые быстрые зарядки нагружают батарею сильнее, чем медленные ночные. Для аккумулятора вредны и глубокий разряд до нуля, и длительное хранение на полной зарядке.

Чем электромобиль отличается от гибрида и бензиновой машины

Электромобиль и гибрид. У классического гибрида двигатель внутреннего сгорания остаётся главным, а маленькая батарея и мотор помогают ему при разгоне и торможении. Подключаемый гибрид можно заряжать от розетки, но бензиновый двигатель остаётся в нём. Чем гибрид отличается от электромобиля, рассказано в статье о гибридном автомобиле.

Электромобиль и обычная машина. В бензиновой машине сотни подвижных деталей в двигателе и коробке: поршни, клапаны, ремень или цепь ГРМ, масло, свечи, сцепление. В электромобиле вращается почти только ротор мотора и шестерни редуктора. Отсюда меньше вибраций и тише ход, а обслуживание проще: масла в двигателе и свечей просто нет.

Что сравниваем	Машина с бензиновым двигателем	Электромобиль
Где хранится энергия	В баке, топливо	В батарее, электричество
Что создаёт вращение	Двигатель с поршнями и клапанами	Электромотор с одним вращающимся ротором
Передача на колёса	Сцепление, коробка передач, главная передача	Одноступенчатый редуктор
Выброс на ходу	Выхлопные газы, глушитель	Нет выхлопа
Торможение	Колодки, двигатель помогает слабо	Рекуперация плюс колодки
Что нужно менять по регламенту	Масло, фильтры, свечи, ремень или цепь	Жидкость охлаждения, фильтр салона, тормозная жидкость
Заправка	Несколько минут на колонке	От десятков минут до ночи

Полный привод. У электромобиля ведущими могут быть все колёса без карданного вала: на каждую ось ставят отдельный мотор. Про традиционные схемы можно прочитать в статье про виды полного привода.

Что показывает приборная панель. Заряжайте электромобиль так же, как телефон: не доводя до нуля и не держа сутками на 100 %. Запас хода по приборной панели — оценка, она пересчитывается от стиля езды и температуры, поэтому в мороз или при скоростной езде на трассе цифра падает быстрее, чем в городе на умеренной скорости. Перед дальней поездкой полезно заранее посмотреть, где по маршруту есть станции с подходящим разъёмом, и не рассчитывать, что заряда хватит впритык.

Интересные факты

• Почему педаль «одна». Многие электромобили при отпускании педали начинают тормозить рекуперацией так сильно, что городская езда обходится почти без тормоза. Водители называют это ездой одной педалью.
• Почему пешеходы слышат ваше приближение. На малой скорости электромобиль почти беззвучен, поэтому многие модели включают искусственный звук, чтобы пешеходы замечали машину.
• Почему зимой запас хода меньше. Холод замедляет химию батареи, а печка и подогрев тоже питаются от неё, а не от двигателя, как у обычной машины, где тепла хватает с избытком.
• Почему у электромобиля тяжёлый пол. Батарея весит сотни килограммов, а размещают её плоской плитой в днище: низкий центр тяжести улучшает устойчивость, но добавляет массу шинам и подвеске.

На что смотреть и что ломается

• Снижение ёмкости батареи. С годами и циклами запас хода уменьшается. Процесс идёт медленнее, если не разряжать батарею до нуля и не держать её полностью заряженной на жаре.
• Износ шин. Машина тяжёлая, момент большой, поэтому резина стирается быстрее, чем у аналогичной машины с двигателем.
• Тормоза. Колодки служат дольше за счёт рекуперации, но диски могут ржаветь, если тормозить обычными тормозами редко. Периодически проверять их всё равно нужно.
• Система охлаждения. Уровень и состояние жидкости в контуре батареи следят по регламенту.
• Зарядный порт и кабель. Грязь, повреждённые контакты, плохая розетка греются.

Высоковольтная часть электромобиля опасна: напряжение в сотни вольт может убить. Оранжевые кабели, батарею, инвертор, зарядное устройство и мотор трогают только обученные специалисты, у которых есть допуск и инструмент. Всё, что связано с этими узлами, лучше отдавать в сервис, причём в тот, что работает с электромобилями именно вашей марки. Владельцу остаётся следить за шинами, тормозами, жидкостями и сообщениями на приборной панели, а ёмкость батареи проверять по диагностике сервиса.