ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 100
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, либо через редуктор.
Отсутствие сложных промежуточных узлов, которые присутствуют у обычного автомобиля, позволяет повысить эксплуатационную надежность электромобиля и увеличить межремонтный период. Необходимость сервисного обслуживания данных узлов тоже отсутствует, ввиду того, что их нет.
Рисунок 4 – Схема устройства современного электромобиля
Также ввиду отсутствия трансмиссии происходит уменьшение потерь мощности при передаче механической энергии от электродвигателя на колеса, что повышает коэффициент полезного действия автомобиля.
Коробка передач также отсутствует в схеме, так как электродвигатель обладает постоянным крутящим моментом на малых скоростях вращения вала электродвигателя. Значение крутящего момента на малых скоростях вращения вала электродвигателя имеет сразу номинальное значение, что позволяет трогаться с места и преодолевать трудные участки дороги без включения пониженных передач. Регулирование скорости движения автомобиля производится регулированием частоты вращения вала электродвигателя, что, как известно, довольно легко реализуется с помощью частотно-регулируемого привода. В результате управлять электромобилем гораздо легче, чем обычным автомобилем с ДВС. Объясним такие характеристики электромобиля на примере сравнения внешних скоростных характеристик электромотора BMW i3 и ДВС (M157), представленных на рисунках 5 и 6.
Внешние скоростные характеристики электромотора и ДВС представляют собой графические зависимости крутящего момента M (Н·м) на валу электродвигателя и мощности P (кВт) от частоты вращения вала n (об/мин).
Мощность на валу, как электромотора, так и двигателя внутреннего сгорания определяется по формуле:
, Вт (1)
где M – крутящий момент на валу, Н·м;
ω – угловая скорость вращения вала, рад/с.
Угловая скорость может быть выражена через частоты вращения вала по формуле:
, рад/с (2)
где n – частота вращения вала, об/мин.
При подстановке формулы (2) в формулу (1) получаем зависимость мощности на валу P от частоты вращения вала:
, Вт. (3)
Как видно из рисунка 5, двигатель внутреннего сгорания развивает не постоянное значение крутящего момента на малых скоростях вращения вала, причем, номинальное значение крутящего момента,
указанное в паспорте, он развивает на средних оборотах. Поэтому, если требуется большое усилие на малых оборотах, его приходится увеличивать с помощью коробки передач.
Рисунок 5 – Внешняя скоростная характеристика ДВС AMG V8 (M157)
Рисунок 6 – Внешняя скоростная характеристика электромотора BMW i3
Одновременно коробка передач служит и для переключения передач с пониженной на повышенную, увеличивая скорость вращения ведущих колес автомобиля. Объясняется данное явление тем, что внешняя скоростная характеристика ДВС по «мощности» имеет выпуклую форму графика на начальном участке возрастания мощности, что позволяет достичь максимального значения крутящего момента только на средних оборотах. В результате коробка передач становится необходимым элементом такого автомобиля. С возрастанием частоты вращения коленчатого вала ДВС происходит снижение мощности и крутящего момента, что позволяет говорить об оптимальных оборотах, при которых необходимо эксплуатировать ДВС.
Электродвигатель не обладает такими недостатками вследствие того, что при наборе оборотов график мощности представляет собой прямую пропорциональность до достижения максимальной мощности электромотора (прямой участок). Значение крутящего момента на этом участке имеет максимальное постоянное значение. Далее происходит падение крутящего момента при возрастании оборотов вала электромотора, мощность при этом остается постоянной, что позволяет выводить электродвигатель по сравнению с двигателем внутреннего сгорания на более высокие обороты, не ухудшая при этом КПД двигателя. Это, несомненно, еще один плюс, так как расширяет диапазон частот вращения. К тому же с помощью частотно-регулируемого привода изменение частоты вращения вала электродвигателя легко осуществляется. В результате коробка передач для электромобиля не нужна.
3 Преимущества и недостатки электромобиля по сравнению с
автомобилем с ДВС
Исходя из проведенного исследования, можно выделить следующие преимущества и недостатки электромобиля по сравнению с автомобилем с двигателем внутреннего сгорания.
Сведем в таблицы преимущества и недостатки электромобиля и автомобиля с ДВС.
Таблица 1 – Преимущества и недостатки электромобиля
Таблица 2 – Преимущества и недостатки автомобиля с ДВС
Анализ данных преимуществ и недостатков позволяет говорить о большой конкурентоспособности электромобиля. В данный момент по всему миру электромобили «завоевывают» рынок автомобилей. В Российской Федерации такая тенденция явно не прослеживается или совсем не прослеживается, за исключением городов Москва и Санкт-Петербург. Рост тенденции использования электромобилей может быть спровоцирован большим поднятием цен на бензин, дизельное топливо и газ. Однако, не смотря на все преимущества, невозможно точно утверждать о вытеснении в ближайшее время автомобилей с ДВС электромобилями.
4 Анализ экономичности электромобиля для индивидуального пользования
Расчет затрат по средним данным на ежедневное пользование электромобилем и автомобилем на весь срок службы приведен в таблицах 3 и 4.
Таблица 3 – Затраты на пользование автомобилем с ДВС на весь срок службы
Таблица 4 – Затраты на пользование электромобилем на весь срок службы
Как видно из анализа данных расчетов, за полный срок службы в 12 лет приведенные затраты на автомобиль с ДВС оказываются гораздо больше, чем на электромобиль. Разница составляет примерно 30%. Если говорить начальных капитальных затратах, то стоимость электромобиля примерно в 1,5 раза превышает стоимость автомобиля с ДВС. Но, если сравнивать срок службы и затраты на заправку на 1 километр пройденного пути, то становится ясно, что электромобиль выигрывает по параметру «экономичность. Так, стоимость заправки на 1 километр пройденного пути у электромобиля составляет 0,8 руб., а у автомобиля с ДВС –
4,05 руб. В данном случае отношение затрат составляет 5,1.
5 Социологический опрос
Среди учащихся лицея №83 в г. Уфа был проведен социологический опрос, позволяющий узнать общественное мнение по вопросу перспектив распространения электромобилей на территории Российской Федерации. Были заданы 4 вопроса и опрошено 37 человек в возрасте от 14 до 16 лет.
Первый вопрос:
Какой автомобиль Вы бы выбрали при одинаковой цене: автомобиль с двигателем внутреннего сгорания или электромобиль?
а) электромобиль;
б) автомобиль с ДВС;
в) гибридный автомобиль.
Ответы респондентов по данному вопросу распределились согласно представленной круговой диаграмме:
Анализ результатов показывает, что половина всех опрошенных выбрала бы электромобиль. Это еще раз подтверждает, что люди понимают все преимущества использования электромобиля. Второе место занимает автомобиль с ДВС.
Второй вопрос:
Каким основным преимуществом, по Вашему мнению, обладает электромобиль по сравнению с автомобилем с двигателем внутреннего сгорания?
а) экологичность;
б) безопасность;
в) экономичность
г) комфорт (шумоизоляция, виброизоляция, эргономичный дизайн);
д) другой вариант ответа.
Результаты ответов показывают, что абсолютное большинство респондентов интересует экологическая обстановка в стране и в мире и ее улучшение.
Третий вопрос:
Какие цели должны быть достигнуты для широкого распространения электромобилей на российском рынке? (возможно несколько вариантов ответа)
Отсутствие сложных промежуточных узлов, которые присутствуют у обычного автомобиля, позволяет повысить эксплуатационную надежность электромобиля и увеличить межремонтный период. Необходимость сервисного обслуживания данных узлов тоже отсутствует, ввиду того, что их нет.
Рисунок 4 – Схема устройства современного электромобиля
Также ввиду отсутствия трансмиссии происходит уменьшение потерь мощности при передаче механической энергии от электродвигателя на колеса, что повышает коэффициент полезного действия автомобиля.
Коробка передач также отсутствует в схеме, так как электродвигатель обладает постоянным крутящим моментом на малых скоростях вращения вала электродвигателя. Значение крутящего момента на малых скоростях вращения вала электродвигателя имеет сразу номинальное значение, что позволяет трогаться с места и преодолевать трудные участки дороги без включения пониженных передач. Регулирование скорости движения автомобиля производится регулированием частоты вращения вала электродвигателя, что, как известно, довольно легко реализуется с помощью частотно-регулируемого привода. В результате управлять электромобилем гораздо легче, чем обычным автомобилем с ДВС. Объясним такие характеристики электромобиля на примере сравнения внешних скоростных характеристик электромотора BMW i3 и ДВС (M157), представленных на рисунках 5 и 6.
Внешние скоростные характеристики электромотора и ДВС представляют собой графические зависимости крутящего момента M (Н·м) на валу электродвигателя и мощности P (кВт) от частоты вращения вала n (об/мин).
Мощность на валу, как электромотора, так и двигателя внутреннего сгорания определяется по формуле:
, Вт (1)где M – крутящий момент на валу, Н·м;
ω – угловая скорость вращения вала, рад/с.
Угловая скорость может быть выражена через частоты вращения вала по формуле:
, рад/с (2)где n – частота вращения вала, об/мин.
При подстановке формулы (2) в формулу (1) получаем зависимость мощности на валу P от частоты вращения вала:
, Вт. (3)Как видно из рисунка 5, двигатель внутреннего сгорания развивает не постоянное значение крутящего момента на малых скоростях вращения вала, причем, номинальное значение крутящего момента,
указанное в паспорте, он развивает на средних оборотах. Поэтому, если требуется большое усилие на малых оборотах, его приходится увеличивать с помощью коробки передач.
Рисунок 5 – Внешняя скоростная характеристика ДВС AMG V8 (M157)
Рисунок 6 – Внешняя скоростная характеристика электромотора BMW i3
Одновременно коробка передач служит и для переключения передач с пониженной на повышенную, увеличивая скорость вращения ведущих колес автомобиля. Объясняется данное явление тем, что внешняя скоростная характеристика ДВС по «мощности» имеет выпуклую форму графика на начальном участке возрастания мощности, что позволяет достичь максимального значения крутящего момента только на средних оборотах. В результате коробка передач становится необходимым элементом такого автомобиля. С возрастанием частоты вращения коленчатого вала ДВС происходит снижение мощности и крутящего момента, что позволяет говорить об оптимальных оборотах, при которых необходимо эксплуатировать ДВС.
Электродвигатель не обладает такими недостатками вследствие того, что при наборе оборотов график мощности представляет собой прямую пропорциональность до достижения максимальной мощности электромотора (прямой участок). Значение крутящего момента на этом участке имеет максимальное постоянное значение. Далее происходит падение крутящего момента при возрастании оборотов вала электромотора, мощность при этом остается постоянной, что позволяет выводить электродвигатель по сравнению с двигателем внутреннего сгорания на более высокие обороты, не ухудшая при этом КПД двигателя. Это, несомненно, еще один плюс, так как расширяет диапазон частот вращения. К тому же с помощью частотно-регулируемого привода изменение частоты вращения вала электродвигателя легко осуществляется. В результате коробка передач для электромобиля не нужна.
3 Преимущества и недостатки электромобиля по сравнению с
автомобилем с ДВС
Исходя из проведенного исследования, можно выделить следующие преимущества и недостатки электромобиля по сравнению с автомобилем с двигателем внутреннего сгорания.
Сведем в таблицы преимущества и недостатки электромобиля и автомобиля с ДВС.
Таблица 1 – Преимущества и недостатки электромобиля
| Электромобиль | |
| Преимущества | Недостатки |
| 1) Отсутствие вредных выбросов | 1) Ограниченное распространение станций зарядки |
| 2) Выше надежность вследствие отсутствия большого количества промежуточных деталей трансмиссии | 2) Необходимость длительной подзарядки (8-10 часов) |
| 3) Ниже эксплуатационные затраты | 3) Дорогая замена батареи (один раз в 4-8 лет) |
| 4) Не требует постоянного технического обслуживания | 4) Большая масса батареи |
| 5) Проще в управлении | 5) Уменьшение электроемкости батареи в суровом климате |
| 6) Электродвигатель имеет более широкий интервал оптимальных значений оборотом вала электродвигателя по сравнению с двигателем внутреннего сгорания | |
| 7) Развивает номинальное значение крутящего момента со старта | |
Таблица 2 – Преимущества и недостатки автомобиля с ДВС
| Автомобиль с ДВС | |
| Преимущества | Недостатки |
| 1) Большое количество заправочных станций | 1) Выше стоимость заправки |
| 2) Больше дальность пробега за одну заправку | 2) Загрязнение атмосферного воздуха |
| 3) Большое количество сервисов | 3) Необходимость замены расходных материалов |
| 4) Больше мощность двигателя по сравнению с электромотором | 4) Довольно низкий коэффициент полезного действия и малый интервал оптимальных значения оборотов коленчатого вала |
Анализ данных преимуществ и недостатков позволяет говорить о большой конкурентоспособности электромобиля. В данный момент по всему миру электромобили «завоевывают» рынок автомобилей. В Российской Федерации такая тенденция явно не прослеживается или совсем не прослеживается, за исключением городов Москва и Санкт-Петербург. Рост тенденции использования электромобилей может быть спровоцирован большим поднятием цен на бензин, дизельное топливо и газ. Однако, не смотря на все преимущества, невозможно точно утверждать о вытеснении в ближайшее время автомобилей с ДВС электромобилями.
4 Анализ экономичности электромобиля для индивидуального пользования
Расчет затрат по средним данным на ежедневное пользование электромобилем и автомобилем на весь срок службы приведен в таблицах 3 и 4.
Таблица 3 – Затраты на пользование автомобилем с ДВС на весь срок службы
| Статья затрат | Расчет | Стоимость, руб. | Примечание |
| 1. Покупка | - | 1 400 000 | средняя стоимость |
| 2. Заправка за срок службы | 17 000 км х 6 лет / 100 км х 9 л х 45 руб. | 413 100 | при сроке службы 6 лет, годовом пробеге 17 тыс. км, 9 л / 100 км, 45 руб. / 1 л |
| 3. Обслуживание за срок службы | 6 лет х 20 000 | 120 000 | 20 тыс. руб. / год с учетом годового пробега в 17 тыс. км |
| ИТОГО__1_933_100'>ИТОГО | 1 933 100 | | |
| При приведении к сроку службы 12 лет затраты составят | 3 866 200 | ||
Таблица 4 – Затраты на пользование электромобилем на весь срок службы
| Статья затрат | Расчет | Стоимость, руб. | Примечание |
| 1. Покупка | - | 2 100 000 | средняя стоимость |
| 2. Заправка за срок службы | 17 000 км х 12 лет / 100 км х 20 кВт · ч х 4 руб. | 163 200 | при сроке службы 12 лет, годовом пробеге 17 тыс. км, 20 кВт · ч / 100 км, 4 руб. / 1 кВт · ч |
| 3. Замена батареи | 0,35 х 2 100 000 | 735 000 | 35% от стоимости автомобиля, один раз в 6 лет |
| ИТОГО | 2 998 200 | | |
Как видно из анализа данных расчетов, за полный срок службы в 12 лет приведенные затраты на автомобиль с ДВС оказываются гораздо больше, чем на электромобиль. Разница составляет примерно 30%. Если говорить начальных капитальных затратах, то стоимость электромобиля примерно в 1,5 раза превышает стоимость автомобиля с ДВС. Но, если сравнивать срок службы и затраты на заправку на 1 километр пройденного пути, то становится ясно, что электромобиль выигрывает по параметру «экономичность. Так, стоимость заправки на 1 километр пройденного пути у электромобиля составляет 0,8 руб., а у автомобиля с ДВС –
4,05 руб. В данном случае отношение затрат составляет 5,1.
5 Социологический опрос
Среди учащихся лицея №83 в г. Уфа был проведен социологический опрос, позволяющий узнать общественное мнение по вопросу перспектив распространения электромобилей на территории Российской Федерации. Были заданы 4 вопроса и опрошено 37 человек в возрасте от 14 до 16 лет.
Первый вопрос:
Какой автомобиль Вы бы выбрали при одинаковой цене: автомобиль с двигателем внутреннего сгорания или электромобиль?
а) электромобиль;
б) автомобиль с ДВС;
в) гибридный автомобиль.
Ответы респондентов по данному вопросу распределились согласно представленной круговой диаграмме:
Анализ результатов показывает, что половина всех опрошенных выбрала бы электромобиль. Это еще раз подтверждает, что люди понимают все преимущества использования электромобиля. Второе место занимает автомобиль с ДВС.
Второй вопрос:
Каким основным преимуществом, по Вашему мнению, обладает электромобиль по сравнению с автомобилем с двигателем внутреннего сгорания?
а) экологичность;
б) безопасность;
в) экономичность
г) комфорт (шумоизоляция, виброизоляция, эргономичный дизайн);
д) другой вариант ответа.
Результаты ответов показывают, что абсолютное большинство респондентов интересует экологическая обстановка в стране и в мире и ее улучшение.
Третий вопрос:
Какие цели должны быть достигнуты для широкого распространения электромобилей на российском рынке? (возможно несколько вариантов ответа)