Автомобиль Тесла - как работает электромобиль

Неуклонно повышается популярность легковых транспортных средств с электродвигателем в качестве силового агрегата. Пионер инновационного развития автотехники ‒ компания Tesla во главе с Илоном Маском ‒ бесспорный лидер рынка электромобилей.

Почему брендовая серия машин Тесла Model, выпуск которой начался всего 9 лет назад, уже стала культовой и сверх престижной? За счет чего электромобили вытесняют авто с ДВС, производителям которых удалось добиться впечатляющего прогресса в улучшении показателей экологичности, экономичности, безопасности? В чем конструктивные отличия электрокара от авто с топливными двигателями?

Давайте выясним, как Тесла Motors серийным производством своих высокотехнологичных изделий, указала приоритетное направление в развитии легкового автотранспорта.

Устройство автомобиля Тесла

Определяющими конструктивными компонентами Тесла являются:

1. Электродвигатель: асинхронного типа, переменного тока; индуцирует 4-х полюсное магнитное поле, прокручивающее ротор.
2. Инвертор: выполняет трансформацию постоянного тока, поступающего с батареи, в переменный 3-х фазный, поступающий на двигатель.
3. Подвесная часть: независимая 2-х рычажная передняя и 5-ти рычажная задняя.
4. Аккумуляторная батарея (тяговая ~ 400 V): осуществляет питание электродвигателя.
5. Кузов: рамной конструкции из алюминия с ребрами жесткости, обеспечивающими безопасность при столкновении.
6. Электронная система управления: анализирует, координирует и управляет работой устройств автомобиля.
7. Трансмиссия: одноступенчатый редуктор, передающий вращение ротора на ведущие колеса.
8. АКБ (12 V): снабжает энергией бортовую сеть.

В электрическом автомобиле полностью отсутствуют: ДВС, сцепление, стартер, системы зажигания, приготовления рабочей смеси, многоступенчатая коробка передач.

Принцип работы двигателя Тесла

Это установка асинхронного типа, создающая, за счет электродвижущей силы вращающегося в неподвижном статоре магнитного поля, условия для вращения ротора короткозамкнутого типа.

Принципиально работа электромотора выглядит следующим образом: ток постоянных значений, преобразованный инвертором в переменный, поступает на полюса 3-х фазного статора → происходит вращение в статоре электромагнитного поля и образование (индукция) эдс → воздействие на роторную обмотку создает вихревые токи якоря → их взаимодействие с полем статора приводит к вращению ротора → воздействие на «газ» увеличивает частоту тока статора и, соответственно, число оборотов якоря.

В отличие от синхронных двигателей, где вращение полей в тандеме статор-ротор идентично, в асинхронном агрегате происходит «отставание» ротора от оборотов статорных полей (на величину относительного скольжения).

Движение задним ходом в Тесле обеспечивается переключением полярности стартерных катушек. При полном отпускании акселератора электромотор автомобиля выполняет функцию генератора, ‒ трансформирует механическую энергию от вращения колес в электрическую для зарядки АКБ.

Преимуществами использования асинхронных силовых устройств в автомобилях Тесла является:

• простая конструкция и обслуживание;
• допустимость кратковременных перегрузок;
• пуск ‒ непосредственно от аккумуляторного блока;
• эффективный отбор крутящего момента;
• работа в режиме генератора (рекуперация при отпускании «газовой» педали).

В зависимости от модификаций, на Тесла устанавливаются 1 или 2 двигателя: 1 ‒ на заднеприводные, 2 ‒ на полноприводные ТС.

Преимущества асинхронного двигателя перед ДВС

В сравнении с топливными силовыми агрегатами, достоинства электрических моторов неоспоримы:

• 100% экологичность;
• масса в 6 раз меньше ДВС;
• бесшумность;
• показатель зависимости массы к производимой мощности у электродвигателя больше в 10 раз (8,5 против 0,8 кВт/кг);
• КПД ‒ > 95% ( у ДВС ‒ ≤ 25%);
• «приемистость» (ускорение с места до 100 км/ч: 3,5 ‒ 5,5 сек);
• ресурс ‒ > 1,6 млн. км пробега;
• равномерная выдача мощности на всех оборотах (0 ‒ 18000 об/мин);
• для передачи усилия на колесную пару не требуется дорогостоящая трансмиссия;
• обслуживание и ремонт ‒ проще и доступнее по стоимости;
• нет необходимости в регулярных заменах моторных и трансмиссионных масел, уплотнителей, сальников, «расходников».

Познавательно

В разработках новых версий электромобиля инженеры Тесла добились уникальной динамики ‒ разгон до 100 км/ч за 1,1 секунды (Roadster 2)!

Аккумуляторные батареи электрокара

Источником питания для двигателя Тесла является тяговый аккумулятор. Он представляет собой платформу из литий-ионных «пальчиковых» элементов Panasonic 18650.

Конструкция

Батарейный отсек автомобиля ‒ последовательно соединенные 16 модулей с плотно «упакованными» батарейками. Модули разделены на группы по 6 элементов, удерживаемые решетками, выполняющими, также, роль проводника охлаждающей жидкости для предотвращения перегрева аккумуляторного узла. В модуле элементы соединены по алгоритму: в группах ‒ последовательно, между группами ‒ параллельно.

В каждом блоке, в зависимости от версии автомобиля, находится от 312 до 444 мини-аккумуляторов, что обеспечивает суммарную емкость 60 ÷ 84 кВт×часов (Model X P100D ‒ 100 кВт×ч/537 км) при номинальном напряжении 400 V. Общее число элементов в платформе ‒ 5040 ÷ 7104. Заявленный пробег без зарядки ‒ 330 ÷ 425 км.

Габаритные характеристики и расположение в автомобиле

Масса ‒ 383 ÷ 540 кг; длина × ширина × высота (см) ‒ 210 ×150 × 15. Платформа размещается в днище на высоте 45 см от земли, что оптимизирует управляемость Тесла.

Зарядка и время

Полностью зарядить аккумуляторную платформу на 60 кВт×ч можно от:

1. Бытовой розетки евростандарта (V = 220 В; I = 16 A (Ампер)) ≈ 17 ч.
2. 3-х фазной розетки (с Mobile Connector) ≈ 6 ч.
3. Зарядной станции Tesla Wall Connector ≈ 3,2 ч.
4. Станций ABL, Schneider Electric, KEBA ≈ 2,4 ч.
5. Скоростными зарядками ChaDeMo/Supercharger ≈ 72 мин.

Полезная информация

Автомобили, произведенные для американского рынка, не имеют опции заряда от 3-х фазной розетки.

Инвертор

Устройство с электронным управлением трансформирования постоянного тока в переменный. Функционирует посредством двухэтапного преобразования напряжения изменением параметров частоты тока.

Воздействуя на акселератор, водитель автомобиля увеличивает частоту поступающего на двигатель переменного тока, ‒ возрастает скорость вращения статорных электромагнитных полей и число оборотов ротора.

При рекуперации инвертор Тесла выпрямляет вырабатываемый двигателем знакопеременный ток и распределяет на подзарядку тяговой батареи/АКБ (12 V).

Познавательно

При движении автомобиля отпускание газовой педали определяется датчиками, ‒ Тесла программно переводится в режим рекуперации: прекращается подача тока с тягового аккумулятора → возникает «обратная» эдс → переход двигателя в режим генератора → снижение оборотов ротора/торможение автомобиля → выпрямление инвертором вырабатываемого двигателем тока → подзарядка источников энергии.

Как передается вращение от двигателя к колесам?

Способность электромотора Тесла равномерно передавать крутящий момент позволяет отказаться от ступенчатой коробки передач. Обороты от вала ротора на ведущую колесную пару передаются посредством одноступенчатой шестеренчатой передачи, состоящей из 4-х зубчатых колес спирального типа.

Спиральная конструкция шестерен обеспечивает плавность передачи вращения. Смазка подшипников и зубчатых колес производится принудительной циркуляцией трансмиссионного масла.

Преимущества и недостатки автомобиля Тесла

Стильные, инновационные электрокары Tesla ‒ законодатели мод в автомобилестроении. На Тесла равняются мировые производители легковой автотехники, переходящие на выпуск электромобилей.

Отметим основные преимущества автомобилей бренда:

• Экологическая чистота и бесшумность.
• Экономичность: сравнение стоимости зарядки Тесла и заправки автомобиля с ДВС в Украине указывает на 4-х кратную экономию Тесла.
• Функция автоматического вождения (автопилот): искусственный интеллект способен брать управление автомобиля в свои руки, контролируя дорожную обстановку в радиусе 250 м.
• Высокая технологичность: софт автомобиля мониторит и координирует функциональность механизмов Тесла.
• Безопасность: машины имеют высшую оценку экспертов по гарантиям защищенности находящихся в автомобиле пассажиров и водителя.
• Изысканный, «космический» дизайн. Интерьер и экстерьер Тесла отличается от автомобилей других производителей модерновыми дизайнерскими решениями.
• Вместительность. Отсутствие топливного двигателя «добавило» передний багажник.

К недостаткам Теслы можно отнести продолжительность зарядки/подзарядки и «неподъемную» для среднего автомобилиста стоимость машин.

С 2022 г. Тесла намерена развернуть в Украине станции быстрой зарядки, «заправляющих» фирменные автомобили за 30 ‒ 40 минут. Такое решение повысит количество желающих приобрести Теслу и оценить на практике передовые технологии.

Высокая цена на автомобили с электродвигателем предопределена стоимостью тяговых батарей (32% в смете расходов на изготовление Тесла Model). Глава компании анонсировал разработку и производство более дешевых и «вместительных» по емкости аккумуляторов, что дает возможность снизить стоимость автомобилей.

Где можно купить запчасти на Тесла в Украине

Даже самому совершенному и надежному автомобилю может потребоваться ремонт с заменой отдельных узлов и деталей. Приобрести запасные части ко всем модификациям Тесла по лучшей в Украине стоимости всегда можно на странице.

В каталоге ‒ только оригинальные изделия бренда, с технической документацией и гарантийными обязательствами. При отсутствии нужной продукции, магазин организует экспресс-доставку деталей. Автозапчасти-UA ‒ надежный партнер, ценящий каждого клиента.