Что влияет на запас хода электромобилей и как его правильно рассчитать

В первой половине 2023 года на российском авторынке продано 4455 новых электрокаров, что на 244% больше по сравнению с аналогичным периодом прошлого года, когда реализовали 1304 авто на электрической тяге. Это говорит о том, что россияне стали чаще обращать внимание на электромобили, хотя на них приходится пока только 1% от общего объема автомобильного рынка страны. Тем не менее, тенденция очевидна — электротранспорт становится мировым трендом и стремительно распространяется во многих странах. Если вы уже приобрели электрокар или только собираетесь это сделать, то вам будет полезно узнать, что влияет на запас хода электромобилей, как его грамотно рассчитать и продлить жизнь аккумулятору. Об этом рассказывает Александр Сероштанов, директор китайского дивизиона компании China Car Club, экспортирующей китайские электрокары, гибриды и авто с ДВС в Россию.

Коротко о принципе работы электродвигателя и аккумулятора в электромобилях

Электротранспорт использует для движения электрическую энергию, а в качестве основной системы привода выступает электродвигатель. Главный принцип его работы основан на преобразовании электроэнергии в механическую энергию движения. Этот процесс осуществляется благодаря взаимодействию электромагнитных полей.

Внутри электродвигателя располагаются статор и ротор. При их взаимодействии ротор начинает вращаться. Преобразование электрической энергии в механическую позволяет электромобилю двигаться вперед или назад, в зависимости от направления тока и величины магнитного поля. Для управления скоростью и направлением движения машины используется электронная система, которая контролирует подачу тока на обмотки статора.

Электромотор обладает рядом преимуществ перед двигателями внутреннего сгорания: более высокая эффективность, низкий уровень шума и выбросов, а также возможность рекуперативного торможения, когда энергия при торможении возвращается в аккумуляторы.

Что касается самих аккумуляторов, то они чаще всего представляют собой большую литий-ионную батарею, состоящую из множества отдельных ячеек, объединенных в модули. В каждой ячейке находятся два электрода — анод и катод, разделенные электролитом. Обычно в качестве анода используется графит, а в качестве катода — оксид лития или другие материалы на основе никеля, марганца и кобальта.

Когда аккумулятор заряжается, электрический ток проходит через ячейки, а между электродами происходит ионно-электронный обмен. Литий-ионы перемещаются с анода на катод, где они встраиваются в решетку материала катода — это процесс аккумуляции. Когда электромобиль нуждается в энергии для движения, происходит обратный процесс. Литий-ионы перемещаются с катода на анод, высвобождая энергию, которая затем используется для питания электромотора и других систем автомобиля.

Принцип работы аккумулятора основан на многократной циклической зарядке и разрядке батареи. Уровень заряда отображается на панели приборов электрокара, что позволяет водителю контролировать запас энергии и планировать зарядку по необходимости. И теперь главный вопрос: что влияет на расстояние, которое способен преодолеть электромобиль на одной зарядке?

Какие факторы 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 стандартизованные тестовые циклы, предполагающие 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 при одинаковых стандартах и методиках.

Самое интересное, что ни один из существующих стандартов нельзя считать на 100% репрезентативным. Даже если вывести среднее арифметическое между разными подходами, то нельзя сказать, что в любых условиях запас хода будет именно таким. И вот почему.

Дело в том, что на автономность любого электротранспорта влияют многие факторы — очевидные и не очень. Самое первое — емкость батареи. Чем она выше, тем больше энергии аккумулирует батарея для обеспечения работы двигателя. Особую роль играет эффективность электропривода, включая двигатель, инверторы и систему управления энергией. Чем эффективнее работает система, тем меньше электричества тратится на передвижение автомобиля.

Расстояние, которое способен проехать электрокар на одной зарядке, также зависит от его веса и аэродинамики. Все автопроизводители знают и понимают, где находятся слабые места в конструкции их моделей, и стараются создавать кузова более легкими и обтекаемыми — именно поэтому электрокары часто похожи друг на друга. Кроме этого, сегодня инженеры разрабатывают аэродинамически эффективные диски, чего в масс-сегменте раньше не было. Обтекаемости дисков уделяют особое внимание, чтобы выиграть в запасе хода несколько километров (или даже десятки километров, если речь о крупных электрокарах и идеальных условиях движения).

Еще один фактор, о котором мало говорят, — это химический состав батареи, от которого зависит ее энергообмен. Система охлаждения и подогрева батареи влияет на ее работу в оптимальных условиях, когда характеристики наиболее близки к расчетным. Что это значит?

Если автопроизводитель заявляет запас хода 500 километров, это говорит о том, что такое расстояние автомобиль пройдет в идеальных условиях. То есть температура воздуха окажется комфортной (не понадобится включать систему отопления или кондиционирования), автомобиль будет двигаться по шоссе с крейсерской скоростью (например, 70 или 90 км/ч) со штатными шинами, без прицепа и нагрузки по салону в 100 или 200 кг (без пассажиров или груза). При этом водитель не использует по максимуму возможности электродвигателя, а на спусках старается задействовать рекуперативное торможение. Это и есть идеальные условия, при которых электрокар может проехать заявленные 500 км до полной разрядки батареи.

Однако в реальных условиях эксплуатации при передвижении по городу в рваном режиме или во время быстрой езды по трассе с высокой скоростью батарея разряжается активнее. Если в городском цикле еще можно применять рекуперативное торможение, то на трассе чаще всего оно не используется, то есть батарея вообще никак не подзаряжается, а энергия только расходуется.

Многие современные электромобили могут ездить в городе «в одну педаль», когда по мере отпускания акселератора активируется система рекуперации кинетической энергии (KERS), а каждое замедление позволяет вернуть небольшую часть электроэнергии в аккумулятор. Систему KERS можно настроить так, чтобы в штатных режимах езды не было необходимости в использовании тормоза (левая педаль понадобится только на скорости ниже 5 км/ч).

На запас хода также влияет режим езды. Здесь правила похожи на те, которые применимы к бензиновым или дизельным автомобилям, только с одним исключением. Если машинам с ДВС советуют больше двигаться накатом, включать нейтральную передачу и так далее, то для электрокаров важно использовать торможение для рекуперации, чтобы возобновлять заряд аккумулятора. Опять же, нужно понимать, что после торможения следует разгон, на который тратится энергия электродвигателя, то есть такой способ экономии энергии — палка о двух концах.

Если мы говорим о максимальном запасе хода, то нужно быть готовым свести к минимуму расход электроэнергии на громкую музыку, подзарядку гаджетов, климатическую систему, массажные кресла и так далее. То есть водителю придется идти на компромисс, выбирая между комфортом при вождении и запасом хода. В случае с автомобилями с ДВС такой компромисс практически не актуален, хотя расход топлива также растет при использовании того же кондиционера.

Конечно, с бензиновыми и дизельными машинами все намного проще. Допустим, запас хода авто с ДВС составляет 500 км. Он может уменьшиться, условно, до 400 км, если автомобиль нагрузить до максимального значения. В любом случае, это не так критично, поскольку почти всегда можно найти заправочную станцию или запастись несколькими канистрами с топливом. С электромобилем по понятным причинам такой прием не прокатит.

Зато существуют другие фокусы. Например, в некоторых странах (в России уж точно) есть умельцы, которые устанавливают в электромобили автономные дизельные системы. Они выполняют функцию печки — греют салон в холодное время года, чтобы сэкономить заряд батареи и повысить запас хода. Такой читерский способ увеличивает автономность электромобиля, поэтому он иногда используются автовладельцами и не считается чем-то экстраординарным. И это касается не только китайских электрокаров — умельцы оборудуют дизельными отопителями Tesla и другие западные марки.

Как правильно рассчитать запаса хода электромобиля

Правильный расчет автономности электрокара, как правильная диета — никто точно не скажет, как ее рассчитать, ведь существуют разные методики и влияющие факторы. В случае электромобилей — это вышеперечисленные обстоятельства (химический состав батареи и ее конструкция, условия езды и эксплуатации, погодные и другие условия).

Эксперты Chinacar Club 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 целом, даже автопроизводители до сих пор не пришли к единой методике точного расчета автономности электротранспорта. В разных странах используют определенные системы, которые каждый год 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 подходящая 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 значит, 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 только половину от заявленного запаса хода. Автономность электромобиля в равной степени зависит от водителя и погодных условий.

Автопроизводители — американские, европейские или китайские — не выдумывают свои цифры, а получают их по определенным методикам. Поэтому не имеет значения, водите вы Porsche, BYD или Tesla — реальный запас хода все равно будет меньше, и это нужно понимать.

Простые способы сохранить энергоэффективность электрокара

Самое первое и важное — не вносить никаких технических изменений в конструкцию электромобиля самостоятельно или в гаражной мастерской «дяди Васи». Это может привести не только к ухудшению автономности машины или более серьезным повреждениям, но и аннулировать заводскую гарантию.

Что касается внешнего тюнинга, то он способен повлиять на запас хода не, а лучшую сторону. Например, из-за установки спойлеров или сплиттеров, то есть вмешательства в аэродинамику. Это же касается использования нестандартных колес. Установив диски с покрышками большей или меньшей размерности, будьте готовы к изменению автономности электрокара, причем не в лучшую сторону. Все автопроизводители обращают внимание на то, что размерность и профиль шин влияют на запах хода. Нестандартные колеса обладают большим сопротивлением вращению, что приводит к потере автономности в районе 5-10% от заявленной в паспорте.

Для повышения энергоэффективности электрокара можно воспользоваться режимом максимальной экономии энергии, который ограничивает и оптимизирует определенные функции, повышая продолжительность работы аккумулятора. Используйте режимы энергосбережения в зависимости от условий дороги и своих потребностей.

Для электромобилей губительна низкая температура воздуха. Например, при -30 °C вы точно далеко не уедете. Владельцам электромобилей советуют прогревать или охлаждать авто непосредственно в процессе зарядки, чтобы не тратить дополнительную электроэнергию на эти функции. Восполнять запас энергии при этом следует на станциях с сертифицированными зарядными устройствами, поскольку есть вероятность повредить разъемы или другие компоненты вашего электромобиля, если поставить батарею на зарядку с неподходящим разъемом.

Автопроизводители также не советуют заряжать батарею полностью, по крайней мере, в регулярном режиме. Оптимальной считается зарядка до 80-90%. При этом разряжать аккумулятор ниже 20% также не рекомендуется. Соблюдение этих правил позволит предотвратить быструю деградацию аккумулятора и продлить срок его службы.

Батарея считается непригодной для использования, если ее емкость меньше 80% от заявленной автопроизводителем. Интересно, что на аккумуляторы некоторых китайских электрокаров уже предоставляется гарантия до двух миллионов километров. Фактически, это пожизненная гарантия, но действует она пока только в Китае.

Кроме этого, не забывайте о регулярном техническом обслуживании электротранспорта, чтобы он работал максимально эффективно. Например, проверяйте давление в шинах и поддерживайте его в оптимальном состоянии, поскольку неправильное давление увеличивает сопротивление и потребление энергии. И, конечно же, предварительно планируйте маршруты и выбирайте оптимальные пути, чтобы избежать дополнительных расходов электроэнергии.

Надеемся, эти рекомендации помогут вам увеличить запас хода вашего электромобиля и продлить срок службы аккумулятора.