Запас ходу в електромобілях
Якщо ви хочете електромобіль, то одна з головних речей, про яку варто подумати, – це запас ходу. Для водіїв електромобілів (EV) запас ходу є першочерговим питанням. З ростом популярності електромобілів і поширенням зарядних станцій, занепокоєння щодо запасу ходу продовжує зменшуватися. Але ті, хто планує пересісти на електромобіль, все ще хочуть бути впевненими, що запасу ходу їхнього транспортного засобу вистачить, щоб дістатися туди, куди вони хочуть, і назад.
Що таке запас ходу електромобіля?
Запас ходу електромобіля – максимальна відстань у кілометрах, яку він може пройти на одному повному заряді тягової батареї. Чим більша місткість акумулятора, а також енергоефективність електродвигуна і всієї силової лінії машини, тим більший у неї цей показник. Він безпосередньо впливає на автономність і практичність використання електромобіля. Сучасні моделі в середньому здатні долати 300-500 км шляху за оптимальних умов руху.
Щоб зрозуміти, від чого залежить запас ходу електромобіля, попередньо розглянемо принцип організації його руху. Переміщення будь-якого електрокара засноване на використанні електричної енергії, яка зберігається в тягових акумуляторах. Вона витрачається для живлення електричних двигунів, що забезпечують обертання коліс. Все це відбувається за таким принципом:
- Електроенергія попередньо накопичується в літій-іонних або інших типах акумуляторів великої місткості, які розміщені в підлозі або під днищем машини. Батареї забезпечують перетворення хімічної енергії в електрику.
- Під час увімкнення електромобіля електричний струм спочатку надходить від акумуляторів до перетворювача – контролера управління живленням електродвигуна.
- Контролер змінює силу і напругу енергії, що надходить на тягові електродвигуни з урахуванням обраного режиму та інтенсивності натискання на педаль газу. Електромотори можуть розташовуватися біля кожного колеса або на одній осі.
- Обертання ротора електродвигуна приводить колеса автомобіля в рух. Крутний момент передається за допомогою редуктора – планетарної передачі, яка, по суті, замінює традиційну коробку передач. Завдяки цьому і відбувається переміщення електромобіля.
Чинники, які впливають на запас ходу електромобіля
Почнемо з того, що в різних регіонах (Китай, США, ЄС) існують власні стандарти підрахунку автономності електромобіля: WLTP, CLTC, NEDC, EPA та інші. Ці методики являють собою стандартизовані тестові цикли, що передбачають певні умови руху і швидкості для оцінки запасу ходу електрокара. Оскільки тести проводяться з різними підходами, то й оцінка автономності в кожному випадку відрізняється. Тому при виборі електрокара і порівнянні запасу ходу моделей краще використовувати дані, отримані за однакових стандартів і методик. Отже, запас ходу електрокарів залежить від кількох факторів:
- Тип та місткість акумулятора: місткість батареї визначає, скільки енергії може зберігати акумулятор. Зазвичай, чим більший об’єм батареї, тим далі може подорожувати електромобіль без підзарядки.
- Ефективність конструкції автомобіля: оптимізована аеродинаміка та мала вага позитивно впливають на запас ходу.
- Ефективність системи управління електропотужністю: якщо система керування електромотором та рекуперації енергії працює ефективно, це поліпшує запас ходу.
- Температурні умови: електромобіль може мати різний запас ходу залежно від температури. Екстремально низькі або високі температури можуть впливати на ефективність батареї.
- Стиль водіння: інтенсивність руху, швидкість, рух по трасі, або ж в міському режимі впливають на витрату електроенергії та, відповідно, на запас ходу.
- Технологічні нововведення: вдосконалення технології батарей, розробки у сфері електричної та енергетичної ефективності – ключовий рушій до збільшення дальності поїздки на одному заряді батареї.
Як правильно розрахувати запас ходу електромобіля
Правильний розрахунок автономності електрокара, як правильна дієта – ніхто точно не скаже, як її розрахувати, адже існують різні методики та фактори впливу. У разі електромобілів – це перераховані вище обставини (хімічний склад батареї та її конструкція, умови їзди та експлуатації, погодні та інші умови).
Експерти при розрахунках наближеного до реальності запасу ходу китайських електрокарів використовують значення 65% від паспортного показника. Наприклад, автовиробник вказав у документах 500 км, тобто можна розраховувати, що цей електромобіль точно пройде 325 км. Хоча й ця цифра досить умовна. Загалом, навіть автовиробники досі не дійшли до єдиної методики точного розрахунку автономності електротранспорту. У різних країнах використовують певні системи, які щороку оптимізуються та вдосконалюються.
Заявлені автовиробником цифри дають змогу зрозуміти граничні можливості тієї чи іншої моделі, і до них варто ставитися як до маркетингового ходу, не більше. Це як у випадку з розгоном з нуля до ста кілометрів на годину у спорткарів. Досягти зазначеного часу можна тільки в тому разі, якщо встановлені певні покришки, за бортом відповідна температура повітря, ви правильно стартували з двох педалей і все в тому ж дусі. Якщо всі ці фактори збіглися, то можна повторити заводський результат розгону з місця до сотні. Із запасом ходу електромобілів така сама історія.
Тому навіть 65% від паспортного запасу ходу – умовна величина, розрахована для середньостатистичної поїздки. Як це розуміти? Це означає, що на вулиці не -20 чи +30, а комфортна температура (наприклад, 15 °C), тобто не потрібно обігрівати чи охолоджувати авто.
Далі, у вас звичайна спокійна поїздка, без великої кількості розгонів і гальмувань. Якщо водій вважає за краще керувати автомобілем активно та агресивно, то навіть в ідеальних умовах він може проїхати лише половину від заявленого запасу ходу. Автономність електромобіля рівною мірою залежить від водія і погодних умов.
Автовиробники – американські, європейські чи китайські – не вигадують свої цифри, а отримують їх за певними методиками. Тож не має значення, керуєте ви Porsche, BYD чи Tesla – реальний запас ходу все одно буде меншим, і це потрібно розуміти.
Який реальний запас ходу популярних електромобілів?
Навіть при таких ідеальних умовах (тест проводився за температури 21-32 °C), майже половина з 22 електромобілів не відповідала обіцяним характеристикам, виданим Агентством з охорони навколишнього середовища (EPA).
| Модель | Запас ходу, заявлений (ЕРА Rating, км) | Запас ходу, реальний (Consumer Reports, км) |
| Audi Q4 50 E-Tron Premium Plus | 388 | 364 |
| BMW i4 M50 | 436 | 512 |
| BMW iX xDrive50 | 521 | 595 |
| Ford F-150 Lightning Lariat ER | 514 | 435 |
| Ford Mustang Mach-E Premium AWD | 435 | 481 |
| Genesis Electrified GV70 Advanced | 380 | 354 |
| Genesis GV60 Advanced | 399 | 404 |
| Hyundai Ioniq 5 SEL AWD | 411 | 430 |
| Hyundai Ioniq 6 SEL AWD | 435 | 426 |
| Kia EV6 Wind AWD | 440 | 445 |
| Kia Niro EV Wind | 407 | 385 |
| Lexus RZ 450e Premium | 354 | 325 |
| Lucid Air Touring | 618 | 553 |
| Mercedes-Benz EQE 350 4Matic | 418 | 534 |
| Mercedes-Benz EQE SUV 350 4Matic | 407 | 458 |
| Mercedes-Benz EQS 580 4Matic | 547 | 612 |
| Mercedes-Benz EQS SUV 450 4Matic | 459 | 505 |
| Nissan Ariya Platinum + AWD | 414 | 407 |
| Rivian R1T | 505 | 538 |
| Subaru Solterra Limited | 357 | 338 |
| Tesla Model S Long Range | 652 | 589 |
| Volkswagen ID.4 Pro S AWD | 386 | 407 |
Ford F-150 Lightning, Tesla Model S та Lucid Air показали найгірший результат. Nissan Ariya продемонстрував добрі показники, що близько до оцінок EPA. Електромобілі BMW виявилися значно ефективнішими, ніж очікувалося. Найуспішнішим серед них виявився Mercedes-Benz EQE.
Як впливають на запас ходу електромобіля зовнішні умови?
На скільки км вистачає електромобіля, багато в чому залежить від того, в яких умовах він рухається: погода, якість покриття, рельєф місцевості.
Погода і температура повітря
Погодні умови та температура навколишнього повітря здатні змінювати запас ходу в досить широкому діапазоні. Це зумовлено такими факторами:
- За низьких температур місткість літій-іонних та інших акумуляторів знижується. Тому, в мороз, наприклад, до -20 °C пробіг може зменшитися на 30-40% порівняно з оптимальними +20°C.
- Холодна погода збільшує опір коченню шин і втрати на тертя, що знижує загальну ефективність електроприводу.
- У спекотну погоду зростає навантаження на систему охолодження батарей, що також спричиняє додаткові витрати енергії.
- У дощ і сніг погіршується зчеплення шин з дорогою. Доводиться витрачати більше енергії на розгін і рух.
- Сильний зустрічний вітер призводить до збільшення лобового опору, що веде до більшої витрати енергії.
З огляду на сказане вище, вирушаючи в дорогу на електрокарі, слід враховувати, що запас ходу, зазначений у техдокументації, залежно від погодних умов може змінитися на 30-50%.
Дорожнє покриття
Якість дорожнього покриття також безпосередньо впливає на те, на скільки кілометрів вистачає електромобіля. Під час руху нерівною або ґрунтовою дорогою збільшуються втрати на подолання опору руху, що підвищує витрату заряду батареї. Якісний асфальт і бетон забезпечують хороше кочення і найбільш ефективний режим пересування електромобіля. Тут пробіг буде максимальним.
Запас ходу знижується під час пробуксовування коліс на бруді, льоду або снігу, а також під час руху по пухкому піску. Взимку електромобіль на шипованій гумі порівняно з всесезонними шинами може проїхати на 5-15% км більше. Це досягається завдяки кращому зчепленню з обмерзлим дорожнім полотном. І навпаки – чистим асфальтом на шипованій гумі електромобіль пересуватиметься з трохи підвищеною витратою. Таким чином, стан траси або профіль дороги істотно впливають на енергоспоживання і залишковий пробіг електромобіля.
Рельєф місцевості
Порівняно з горизонтальною ділянкою на підйомі додатково потрібна енергія на подолання сили тяжіння, створюваної внаслідок ухилу. Тому, поїздка в гірку негативно позначається на загальному пробігу. Водночас на спуску можна заповнити частину втрат енергії завдяки гальмуванню мотором – рекуперації, коли електродвигун працює в режимі генератора. Сьогодні переважна більшість електромобілів оснащені механізмом рекуперації.
На звивистій гірській трасі мають місце часті повороти, набори висоти та спуски. Тут витрата енергії виходить підвищеною. Тому, на скільки кілометрів вистачає електромобіля, заздалегідь визначити досить складно. Найменше споживання енергії забезпечується під час руху рівнинною місцевістю на горизонтальній ділянці або на рівному шосе. Тут весь запас батарей витрачається тільки на подолання опору коченню і зустрічного потоку повітря.
Вплив аеродинаміки та ваги електроавтомобіля
Аеродинамічні властивості кузова електромобіля помітно впливають на його пробіг. Що краща обтічність, то менший опір повітря відчуває машина на ходу і, відповідно, в процесі руху витрачає менше енергії з батареї. Основними факторами, що визначають з погляду аеродинаміки запас ходу, є:
- Формат: краплеподібна форма вважається найбільш обтічною, а прямокутна (цеглоподібна) є найменш аеродинамічною.
- Плавні обводи та заокруглення поверхні, замість гострих граней.
Клиноподібний передній обтічник і похиле вітрове скло. - Відсутність зайвих виступів, елементів, що впливають на обтікання.
- Мінімальний дорожній просвіт. Великий кліренс (дорожній просвіт) істотно підвищують лобовий опір.
Результати випробувань в аеродинамічній трубі показують, що поліпшення обтічності кузова електромобіля дає змогу скоротити повітряний опір на 15-25%. В результаті, внаслідок кращої аеродинаміки можна збільшити запас ходу на 10-15%. Це також стосується і перевезення різних предметів або вантажів на рейлінгах або багажнику, змонтованому на даху електрокара.
Вага електромобіля прямо впливає на його енергоспоживання і запас ходу. Ця залежність зумовлена такими моментами:
- Чим більша маса машини, тим більше потрібно енергії, щоб подолати інерцію спокою і привести автомобіль у рух.
- При збільшенні ваги зростають втрати енергії на подолання сил опору коченню – тертя в підшипниках, деформації шин.
- Велика маса задіює тяговий привід на межі його можливостей, що знижує загальний ККД і збільшує споживання енергії.
- Додаткова вага скорочує корисне навантаження електромобіля і кількість перевезених пасажирів або вантажів.
Як впливає на запас ходу електромобіля швидкість руху?
Багато в чому, наскільки вистачає електрокара, залежить від швидкості руху. Залежність пробігу від темпу пересування зумовлена такими факторами:
- При вищій швидкості зростає опір повітря. Для його подолання потрібна додаткова потужність електродвигуна для підтримки заданого темпу переміщення.
- Збільшуються втрати енергії на шинах через більшу деформацію і швидше обертання коліс.
- Під час розгону до вищих швидкостей витрачається більше енергії з батареї. Плюс до цього, гальмування також стає менш ефективним.
Оптимальним швидкісним режимом для найбільшого кілометражу на одній зарядці вважається 40-60 км/год. Для прикладу, при пересуванні з темпом понад 100 км/год пробіг скорочується майже у 2 рази, якщо порівнювати з крейсерськими умовами.
Вплив стилю водіння та характер поїздок на запас ходу електромобіля
Манера їзди або стиль водіння водія істотно впливає на величину запасу ходу електромобіля. Часті та інтенсивні прискорення призводять до підвищеної витрати електроенергії. Своєю чергою, плавне і завбачливе керування дає змогу оптимізувати енергоспоживання, зокрема й завдяки інерції. Підтримка постійної швидкості також є більш економічною, ніж часті та різкі прискорення або уповільнення.
Їзда на високих швидкостях лише збільшує опір коченню й опір повітря, даючи приріст витрати енергії. Загалом плавний стиль водіння в середньому швидкісному діапазоні та відмова від різких розгонів може забезпечити 15-25% економії заряду батареї й збільшення запасу ходу електромобіля. Розраховуючи, наскільки вистачає зарядки електрокара, важливо враховувати, що різний характер експлуатації – в місті, за містом або змішаний також впливає на величину запасу ходу. Їзда з частими зупинками на світлофорах, багаторазовими стартами та маневрами характеризується підвищеною витратою енергії. У цьому випадку пробіг може скорочуватися на 20-30%.
Під час руху швидкісною автомагістраллю з відносно постійним темпом забезпечується оптимальне енергоспоживання, що сприятливо позначається на подовженні запасу ходу. Змішаний цикл, що охоплює міські та заміські поїздки, за витратою енергії перебуває між цими двома режимами. За ним зазвичай і вказується середній номінальний пробіг.
Як забезпечити максимальний запас ходу електромобіля: рекомендації
Якщо бажаєте забезпечити максимально можливий запас ходу електромобіля, під час купівлі обирайте модель з батареєю більшої місткості (кВт-год). Чим вищий цей параметр за інших однакових умов, тим більший запас ходу. Також краще віддавати перевагу збіркам, які укомплектовані більш економічними та оптимізованими електромоторами. Завдяки високій ефективності (ККД), вони більш раціонально витрачають бортовий запас енергії.
Для збільшення пробігу електромобіля на одній зарядці в процесі повсякденної експлуатації дотримуйтеся таких правил:
- Дотримуйтесь помірного швидкісного режиму 60-90 км/год. Пам’ятайте, різкий розгін, як і високий темп пересування, значно збільшує витрату електроенергії.
- Уникайте частих інтенсивних прискорень і різких гальмувань. Це перевитрата струму і додаткове навантаження на двигун і трансмісію. Краще їхати плавно, передбачаючи дорожні обставини.
- За можливості використовуйте режим рекуперативного гальмування. Таким чином, частина енергії повертатиметься в акумулятор під час уповільнення.
- Раз на місяць проводьте повну зарядку батареї від 0 до 100%. Така процедура позитивно позначатиметься як на місткості, так і ресурсі батареї.
- Не використовуйте без крайньої потреби салонний обігрівач під час руху. Робота кондиціонера сильно збільшує витрату електроструму.
- Перед поїздками намагайтеся прогрівати або охолоджувати салон електромобіля під час під’єднання до зарядної станції або в іншому режимі, що не вимагає витрати заряду тягової батареї.
Дотримуючись нескладних правил, перерахованих вище, можна заощадити до 15-20% розрахункової дальності поїздки. Корисно також постійно аналізувати статистику і контролювати середню витрату енергії в різних умовах.
