КАК ПОСТРОИТЬ ТС С ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ?

Для этого понадобятся четыре основных элемента: BLDC-электромотор требуемой мощности (безщеточный безредукторный двигатель на постоянных магнитах), контроллер соответствующей мощности, аккумуляторная батарея, собранная из ячеек, и ВМС-плата, предохраняющая батарею от чрезмерного заряда/разряда. Ну и управление, конечно, то есть педаль или ручка газа, соединительные провода, разъемы и прочие «мелочи».

Основное — рассчитать требуемые параметры двигателя и батареи. Для этого надо задать начальные данные, а именно — среднюю скорость передвижения, полный вес транспортного средства, угол уклона дороги, площадь поперечного сечения ТС и его обтекаемость.

Приведем расчет мощности мотора на примере небольшого автомобиля. Итак, средняя скорость V = 60 км/ч (что соответствует 16,67 м/с); полный вес автомобиля m = 1000 кг; угол уклона дороги а = 0° (следует заметить, что даже незначительный уклон заметно повышает требования к мощности электродвигателя); площадь поперечного сечения автомобиля S = 2 м²; коэффициент аэродинамического сопротивления Сх = 0,342; коэффициент силы трения для асфальта Ftp = 0,018; плотность воздуха рв = 1,225 кг/м³; ускорение свободного падения g = 9,8 м/с².

Формула для расчета мощности мотора выглядит следующим образом:

W = g х Fтp х m х V х cosα + 0,5 x Сх x S x рв x V³ + g x m x sinα x V

Подставив в нее наши данные, получим:

W = 9,8 х 0,018×1000 х 16,67 х 1 + 0,5 х 0,342 х 2 х 1,225 х (16,67)³ + 9,8 х 1000 х 0 = 2940 + 1940 + 0 = 4880 Вт

Именно столько энергии необходимо затратить на передвижение. Но это в идеальном случае. Очевидно, что часть энергии потеряется по пути из батареи, уйдет на трение в электродвигателе и в трансмиссии машины. Иными словами, необходимо учесть КПД электродвигателя (∼0,90), контроллера (∼0,95) и трансмиссии (∼0,76). Суммарно он будет равным приблизительно 0,90 х 0,95 х 0,76 = 0,65.

Итого — 4880 / 0,65 = 7508 Вт. Такую мощность должна выдавать батарея, чтобы электромобиль мог успешно передвигаться по ровной дороге со средней скоростью 60 км/ч.

Разумеется, при иных скоростях, при разгоне, мощность потребуется иная. К тому же, вряд ли дорога будет все время идеально ровной как стол. Ниже приведены графики зависимости мощности мотора от скорости и угла наклона дорожного полотна.

Заметим, что требуемая мощность вычислена с учетом суммарного КПД. При этом сделано допущение, что зависимость линейная. Однако на самом деле на низких оборотах КПД двигателя ниже. Соответственно, потребуется еще больше мощности. То есть расчет справедлив для прямолинейного равномерного движения с весьма неспешным разгоном. В реальности требуемая мощность потребует увеличения вдвое. Кстати, BLDC-моторы можно кратковременно эксплуатировать с нагрузкой 200% от номинала.

Примерный расчет требуемой емкости батареи (с большим округлением и с запасом), выглядит так. Мы подсчитали, что электромобиль на скорости 60 км/ч будет потреблять из батареи около 7500 Вт. Соответственно, 100 км пути удастся преодолеть примерно за 100 / 60 = 1,7 ч, потратив при этом 1,7 х 7500 = 12750 Втч, или 12750 В А ч. При напряжении батареи 48 В ее емкость должна быть 12750 / 48 = 266 А ч. Учитывая, что каждая ячейка выдает номинальное напряжение 3,2 В, на батарею 48 В понадобится 15 ячеек. Хотя предпочтительнее использовать четное количество ячеек, так конструктивно проще организовать ряды. К тому же, ВМС-платы на 16 ячеек более распространены и доступны, чем на 15, как и зарядные устройства к ним.

Имейте в виду, что АКБ нужно приобретать не менее, чем с 20-процентным запасом, чтобы неожиданно не встать на дороге, не добравшись до точки назначения. К тому же, зимой батарея будет выдавать не полную емкость — это тоже следует учитывать.

Андрей ФАРОБИН

Подготовлено по материалам,

любезно предоставленным компанией Golden Motor