Запас хода в электромобилях
Если вы хотите электромобиль, то одна из главных вещей, о которой стоит подумать, — это запас хода. Для водителей электромобилей (EV) запас хода является первоочередным вопросом. С ростом популярности электромобилей и распространением зарядных станций, беспокойство относительно запаса хода продолжает уменьшаться. Но те, кто планирует пересесть на электромобиль, все еще хотят быть уверенными, что запаса хода их транспортного средства хватит, чтобы добраться туда, куда они хотят, и обратно.
Что такое запас хода электромобиля?
Запас хода электромобиля — максимальное расстояние в километрах, которое он может пройти на одном полном заряде тяговой батареи. Чем больше емкость аккумулятора, а также энергоэффективность электродвигателя и всей силовой линии машины, тем больше у нее этот показатель. Он напрямую влияет на автономность и практичность использования электромобиля. Современные модели в среднем способны преодолевать 300-500 км пути при оптимальных условиях движения.
Чтобы понять, от чего зависит запас хода электромобиля, предварительно рассмотрим принцип организации его движения. Перемещение любого электрокара основано на использовании электрической энергии, которая хранится в тяговых аккумуляторах. Она расходуется для питания электрических двигателей, обеспечивающих вращение колес. Все это происходит по следующему принципу:
- Электроэнергия предварительно накапливается в литий-ионных или других типах аккумуляторов большой емкости, которые размещены в полу или под днищем машины. Батареи обеспечивают преобразование химической энергии в электричество.
- При включении электромобиля электрический ток сначала поступает от аккумуляторов к преобразователю — контроллеру управления питанием электродвигателя.
- Контроллер изменяет силу и напряжение энергии, поступающей на тяговые электродвигатели с учетом выбранного режима и интенсивности нажатия на педаль газа. Электромоторы могут располагаться возле каждого колеса или на одной оси.
- Вращение ротора электродвигателя приводит колеса автомобиля в движение. Крутящий момент передается с помощью редуктора — планетарной передачи, которая, по сути, заменяет традиционную коробку передач. Благодаря этому и происходит перемещение электромобиля.
Факторы, которые влияют на запас хода электромобиля
Начнем с того, что в разных регионах (Китай, США, ЕС) существуют собственные стандарты подсчета автономности электромобиля: WLTP, CLTC, NEDC, EPA и другие. Эти методики представляют собой стандартизированные тестовые циклы, предусматривающие определенные условия движения и скорости для оценки запаса хода электрокара. Поскольку тесты проводятся с разными подходами, то и оценка автономности в каждом случае отличается. Поэтому при выборе электрокара и сравнении запаса хода моделей лучше использовать данные, полученные по одинаковым стандартам и методикам. Итак, запас хода электрокаров зависит от нескольких факторов:
- Тип и емкость аккумулятора: емкость батареи определяет, сколько энергии может хранить аккумулятор. Обычно, чем больше объем батареи, тем дальше может путешествовать электромобиль без подзарядки.
- Эффективность конструкции автомобиля: оптимизированная аэродинамика и малый вес положительно влияют на запас хода.
- Эффективность системы управления электромощностью: если система управления электромотором и рекуперации энергии работает эффективно, это улучшает запас хода.
- Температурные условия: электромобиль может иметь разный запас хода в зависимости от температуры. Экстремально низкие или высокие температуры могут влиять на эффективность батареи.
- Стиль вождения: интенсивность движения, скорость, движение по трассе, или же в городском режиме влияют на расход электроэнергии и, соответственно, на запас хода.
- Технологические новшества: совершенствование технологии батарей, разработки в сфере электрической и энергетической эффективности — ключевой двигатель к увеличению дальности поездки на одном заряде батареи.
Как правильно рассчитать запас хода электромобиля
Правильный расчет автономности электрокара, как правильная диета — никто точно не скажет, как ее рассчитать, ведь существуют разные методики и факторы влияния. В случае электромобилей — это вышеперечисленные обстоятельства (химический состав батареи и ее конструкция, условия езды и эксплуатации, погодные и другие условия).
Эксперты при расчетах приближенного к реальности запаса хода китайских электрокаров используют значение 65% от паспортного показателя. Например, автопроизводитель указал в документах 500 км, то есть можно рассчитывать, что этот электромобиль точно пройдет 325 км. Хотя и эта цифра достаточно условна. В общем, даже автопроизводители до сих пор не пришли к единой методике точного расчета автономности электротранспорта. В разных странах используют определенные системы, которые ежегодно оптимизируются и совершенствуются.
Заявленные автопроизводителем цифры позволяют понять предельные возможности той или иной модели, и к ним стоит относиться как к маркетинговому ходу, не более. Это как в случае с разгоном с нуля до ста километров в час у спорткаров. Достичь указанного времени можно только в том случае, если установлены определенные покрышки, за бортом соответствующая температура воздуха, вы правильно стартовали с двух педалей и все в том же духе. Если все эти факторы совпали, то можно повторить заводской результат разгона с места до сотни. С запасом хода электромобилей такая же история.
Поэтому даже 65% от паспортного запаса хода — условная величина, рассчитанная для среднестатистической поездки. Как это понимать? Это означает, что на улице не -20 или +30, а комфортная температура (например, 15 °C), то есть не нужно обогревать или охлаждать авто.
Далее, у вас обычная спокойная поездка, без большого количества разгонов и торможений. Если водитель предпочитает управлять автомобилем активно и агрессивно, то даже в идеальных условиях он может проехать лишь половину от заявленного запаса хода. Автономность электромобиля в равной степени зависит от водителя и погодных условий.
Автопроизводители — американские, европейские или китайские — не придумывают свои цифры, а получают их по определенным методикам. Поэтому не имеет значения, управляете вы Porsche, BYD или Tesla — реальный запас хода все равно будет меньше, и это нужно понимать.
Какой реальный запас хода популярных электромобилей?
Даже при таких идеальных условиях (тест проводился при температуре 21-32 °C), почти половина из 22 электромобилей не соответствовала обещанным характеристикам, выданным Агентством по охране окружающей среды(EPA).
| Модель | Запас хода, заявленный (ЕРА Rating, км) | Запас хода, реальный (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 |
| Киа Ниро EV Ветер | 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 |
| Ниссан Ария Платинум + AWD | 414 | 407 |
| Rivian R1T | 505 | 538 |
| Субару Солтерра Лимитед | 357 | 338 |
| Tesla Model S Long Range | 652 | 589 |
| Volkswagen ID.4 Pro S AWD | 386 | 407 |
Ford F-150 Lightning, Tesla Model S и Lucid Air показали худший результат. Nissan Ariya продемонстрировал хорошие показатели, что близко к оценкам EPA. Электромобили BMW оказались значительно эффективнее, чем ожидалось. Самым успешным среди них оказался Mercedes-Benz EQE.
Как влияют на запас хода электромобиля внешние условия?
На сколько км хватает электромобиля, во многом зависит от того, в каких условиях он движется: погода, качество покрытия, рельеф местности.
Погода и температура воздуха
Погодные условия и температура окружающего воздуха способны изменять запас хода в достаточно широком диапазоне. Это обусловлено следующими факторами:
- При низких температурах емкость литий-ионных и других аккумуляторов снижается. Поэтому, в мороз, например, до -20 °C пробег может уменьшиться на 30-40% по сравнению с оптимальными +20°C.
- Холодная погода увеличивает сопротивление качению шин и потери на трение, что снижает общую эффективность электропривода.
- В жаркую погоду возрастает нагрузка на систему охлаждения батарей, что также влечет за собой дополнительные затраты энергии.
- В дождь и снег ухудшается сцепление шин с дорогой. Приходится тратить больше энергии на разгон и движение.
- Сильный встречный ветер приводит к увеличению лобового сопротивления, что ведет к большему расходу энергии.
Учитывая сказанное выше, отправляясь в путь на электрокаре, следует учитывать, что запас хода, указанный в техдокументации, в зависимости от погодных условий может измениться на 30-50%.
Дорожное покрытие
Качество дорожного покрытия также напрямую влияет на то, на сколько километров хватает электромобиля. При движении по неровной или грунтовой дороге увеличиваются потери на преодоление сопротивления движению, что повышает расход заряда батареи. Качественный асфальт и бетон обеспечивают хорошее качение и наиболее эффективный режим передвижения электромобиля. Здесь пробег будет максимальным.
Запас хода снижается при пробуксовке колес на грязи, льду или снегу, а также при движении по рыхлому песку. Зимой электромобиль на шипованной резине по сравнению с всесезонными шинами может проехать на 5-15% км больше. Это достигается благодаря лучшему сцеплению с обледенелым дорожным полотном. И наоборот — по чистому асфальту на шипованной резине электромобиль будет передвигаться с немного повышенным расходом. Таким образом, состояние трассы или профиль дороги существенно влияют на энергопотребление и остаточный пробег электромобиля.
Рельеф местности
По сравнению с горизонтальным участком на подъеме дополнительно требуется энергия на преодоление силы тяжести, создаваемой вследствие уклона. Поэтому, поездка в горку негативно сказывается на общем пробеге. В то же время на спуске можно восполнить часть потерь энергии благодаря торможению мотором — рекуперации, когда электродвигатель работает в режиме генератора. Сегодня подавляющее большинство электромобилей оснащены механизмом рекуперации.
На извилистой горной трассе имеют место частые повороты, наборы высоты и спуски. Здесь расход энергии получается повышенным. Поэтому, на сколько километров хватает электромобиля, заранее определить достаточно сложно. Наименьшее потребление энергии обеспечивается при движении по равнинной местности на горизонтальном участке или на ровном шоссе. Здесь весь запас батарей расходуется только на преодоление сопротивления качению и встречного потока воздуха.
Влияние аэродинамики и веса электроавтомобиля
Аэродинамические свойства кузова электромобиля заметно влияют на его пробег. Чем лучше обтекаемость, тем меньшее сопротивление воздуха испытывает машина на ходу и, соответственно, в процессе движения расходует меньше энергии из батареи. Основными факторами, определяющими с точки зрения аэродинамики запас хода, являются:
- Формат: каплевидная форма считается наиболее обтекаемой, а прямоугольная (кирпичевидная) является наименее аэродинамичной.
- Плавные обводы и закругления поверхности, вместо острых граней.
Клинообразный передний обтекатель и наклонное ветровое стекло. - Отсутствие лишних выступов, элементов, влияющих на обтекание.
- Минимальный дорожный просвет. Большой клиренс (дорожный просвет) существенно повышают лобовое сопротивление.
Результаты испытаний в аэродинамической трубе показывают, что улучшение обтекаемости кузова электромобиля позволяет сократить воздушное сопротивление на 15-25%. В результате, за счет лучшей аэродинамики можно увеличить запас хода на 10-15%. Это также касается и перевозки различных предметов или грузов на рейлингах или багажнике, смонтированном на крыше электрокара.
Вес электромобиля напрямую влияет на его энергопотребление и запас хода. Эта зависимость обусловлена следующими моментами:
- Чем больше масса машины, тем больше требуется энергии, чтобы преодолеть инерцию покоя и привести автомобиль в движение.
- При увеличении веса возрастают потери энергии на преодоление сил сопротивления качению — трения в подшипниках, деформации шин.
- Большая масса задействует тяговый привод на пределе его возможностей, что снижает общий КПД и увеличивает потребление энергии.
- Дополнительный вес сокращает полезную нагрузку электромобиля и количество перевозимых пассажиров или грузов.
Как влияет на запас хода электромобиля скорость движения?
Во многом, насколько хватает электрокара, зависит от скорости движения. Зависимость пробега от темпа передвижения обусловлена следующими факторами:
- При более высокой скорости возрастает сопротивление воздуха. Для его преодоления требуется дополнительная мощность электродвигателя для поддержания заданного темпа перемещения.
- Увеличиваются потери энергии на шинах из-за большей деформации и более быстрого вращения колес.
- Во время разгона до более высоких скоростей расходуется больше энергии из батареи. Плюс к этому, торможение также становится менее эффективным.
Оптимальным скоростным режимом для наибольшего километража на одной зарядке считается 40-60 км/ч. Например, при передвижении с темпом более 100 км/ч пробег сокращается почти в 2 раза, если сравнивать с крейсерскими условиями.
Влияние стиля вождения и характер поездок на запас хода электромобиля
Манера езды или стиль вождения водителя существенно влияет на величину запаса хода электромобиля. Частые и интенсивные ускорения приводят к повышенному расходу электроэнергии. В свою очередь, плавное и предусмотрительное управление позволяет оптимизировать энергопотребление, в том числе и за счет инерции. Поддержание постоянной скорости также является более экономичным, чем частые и резкие ускорения или замедления.
Езда на высоких скоростях лишь увеличивает сопротивление качению и сопротивление воздуха, давая прирост расхода энергии. В целом плавный стиль вождения в среднем скоростном диапазоне и отказ от резких разгонов может обеспечить 15-25% экономии заряда батареи и увеличение запаса хода электромобиля. Рассчитывая, насколько хватает зарядки электрокара, важно учитывать, что разный характер эксплуатации — в городе, за городом или смешанный также влияет на величину запаса хода. Езда с частыми остановками на светофорах, многократными стартами и маневрами характеризуется повышенным расходом энергии. В этом случае пробег может сокращаться на 20-30%.
При движении по скоростной автомагистрали с относительно постоянным темпом обеспечивается оптимальное энергопотребление, что благоприятно сказывается на удлинении запаса хода. Смешанный цикл, охватывающий городские и загородные поездки, по расходу энергии находится между этими двумя режимами. По нему обычно и указывается средний номинальный пробег.
Как обеспечить максимальный запас хода электромобиля: рекомендации
Если хотите обеспечить максимально возможный запас хода электромобиля, при покупке выбирайте модель с батареей большей емкости (кВт-ч). Чем выше этот параметр при прочих равных условиях, тем больше запас хода. Также лучше отдавать предпочтение сборкам, которые укомплектованы более экономичными и оптимизированными электромоторами. Благодаря высокой эффективности (КПД), они более рационально расходуют бортовой запас энергии.
Для увеличения пробега электромобиля на одной зарядке в процессе повседневной эксплуатации придерживайтесь следующих правил:
- Придерживайтесь умеренного скоростного режима 60-90 км/ч. Помните, резкий разгон, как и высокий темп передвижения, значительно увеличивает расход электроэнергии.
- Избегайте частых интенсивных ускорений и резких торможений. Это перерасход тока и дополнительная нагрузка на двигатель и трансмиссию. Лучше ехать плавно, предугадывая дорожные обстоятельства.
- По возможности используйте режим рекуперативного торможения. Таким образом, часть энергии будет возвращаться в аккумулятор во время замедления.
- Раз в месяц проводите полную зарядку батареи от 0 до 100%. Такая процедура будет положительно сказываться как на емкости, так и ресурсе батареи.
- Не используйте без крайней необходимости салонный обогреватель во время движения. Работа кондиционера сильно увеличивает расход электротока.
- Перед поездками старайтесь прогревать или охлаждать салон электромобиля во время подключения к зарядной станции или в другом режиме, не требующем расхода заряда тяговой батареи.
Соблюдая несложные правила, перечисленные выше, можно сэкономить до 15-20% расчетной дальности поездки. Полезно также постоянно анализировать статистику и контролировать средний расход энергии в разных условиях.
