Любители иронизировать на тему электромобилей говорят, что ездить на них дешево: 5 долларов за свет и остальные 39 995 – за «удлинитель», коим, по их мнению, и является электромобиль. Это и понятно: мало кто в нашей стране понимает, как они устроены, как работают и чем отличаются от обычных машин. Рассказываем.
Бензин больше не нужен – как электромобили работают без него
При этом есть вещи, которые знают все или хотя бы догадываются о них. Электромобили работают на электрической энергии, а не на привычном топливе – бензине, солярке или газу. Вместо двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и топливного бака в них стоят электродвигатели и аккумуляторы. Раз нет ДВС, отсутствуют еще несколько важных частей обычного авто – нет коробки передач (большинство «электричек» односкоростные), катализатора для поглощения вредных выбросов, да и выхлопной системы с глушителем.
Электромотор работает заметно проще ДВС. Такой двигатель состоит из двух частей – статора (неподвижной части) и ротора (вращающейся части). Когда аккумулятор электромобиля подает электрический ток на статор, создается все время меняющееся («вращающееся») магнитное поле. Затем ток проходит через ротор, который находится внутри магнитного поля статора – и от взаимодействия магнитного поля с током внутри ротора тот и вращается. Большинство электроавто используют двигатели постоянного тока, и у всех из них очень высокие предельные обороты. Например, электромоторы машин Tesla делают до 16 тысяч оборотов в минуту – раза в три больше привычного ДВС.
Подпись: общий принцип работы электромоторов
Вращение ротора приводит в движение вал двигателя, который и передает механическую энергию вращения двигателя на колеса автомобиля. Поскольку коробки передач тут нет, электромотор в норме «сидит» прямо на оси. Причем кто-то из производителей сажает его на заднюю ось, кто-то – на переднюю, а кто-то – на обе сразу. Обычно все же выбирают заднюю ось: так получается проще в производстве.
При всей важности электромотора ключевой компонент электроавто – аккумуляторы. Современные электромобили обычно используют литий-ионные – те, что имеют максимальную емкость из всех многоразовых батарей. Полутонный литиевый накопитель типичного электроавто большой дальности – на 400 километров пробега и более – как правило, вмещает полсотни киловатт-часов. Если «электричка» имеет накопитель на 100 киловатт-часов, то батарея ее весит целую тонну.
Поперечный срез блока батарей стандарта 4680 для Tesla. Фото: Paul Kelly, electrek.co
В чем отличия с точки зрения «пользователя»?
Первое, что отличает электроавто от обычного, – это то, что вам не надо его заводить. Типичный электромобиль все время «включен», хотя внешне это может никак не проявляться. Постоянная работа программного обеспечения нужна для того, чтобы поддерживать безопасный температурный режим батареи. Например, если Tesla, запаркованная на улице, столкнется с резким падением температур (скажем, до –30), она может включить прогрев батареи во избежание ее порчи. Выключить такую «подсознательную активность» нельзя. Поэтому, строго говоря, «электричку» не заводят, потому что при нормальной работе ее просто нельзя «заглушить».
Второе отличие: пока вы не превысили 30 км/ч, шума в салоне практически не слышно. После 60 км/ч он нарастает, но практически весь приходится на шелест шин и шумы от обдувающего машину набегающего потока воздуха. Уже на 120 км/ч и выше звуки извне сравнимы с дорогими машинами с ДВС – потому что «аэродинамические» шумы на этих скоростях в принципе сильнее рева мотора.
На самом деле, отличий очень много. Например, когда вы садитесь в машину зимой, первые пару минут ее «печка» практически не греет: мотору сперва надо прогреться самому. «Электричка» обогревает салон от ТЭНов на электричестве – и они сразу дают воздух, нагретый чуть ли не как в бытовом фене. Это большой плюс, но есть и минус.
В нашем климате стоит помнить еще вот о чем. После ночи на морозе рекуперативное торможение сперва полноценно работать не будет: пока батарея не прогреется, она не сможет «принимать» заряд от электромотора. Поэтому первые 30 минут езды в морозное утро рекуперативное торможение будет неэффективно, что снижает дальность.
Этого можно избежать, если в настройках машины выбрать прогрев батареи к какому-то конкретному времени суток. Но в таком случае для прогрева перед утренним стартом тоже расходуется энергия. Если ваше электроавто стоит в гараже с розеткой – это не проблема. А вот на стоянке у обычного многоквартирного дома розеток у нас пока не наблюдается. Стоит учитывать этот фактор при планировании «прогревов».
Газ и тормоз: не так, как вы привыкли
Большинство водителей этим не воспользуются, но электроавто в норме очень быстро реагирует на педаль газа. Tesla Model S Plaid на специальном асфальте может дойти «до сотни» всего за пару секунд. И даже на дорожном покрытии, встречающемся вне специальных треков, – за три секунды. Из ДВС машин что-то подобное могут только Ferrari, но и они будут в разгоне слегка медленнее.
Другое дело, что мы бы не рекомендовали так разгоняться в реальной жизни. Навыков, нужных для управления машинами на таких ускорениях, у большинства водителей нет. Случаи ДТП из-за не вовремя нажатой педали газа на тех же Tesla – обычное дело.
Торможение в электромобиле тоже не сильно-то похоже на привычное. Дело в том, что вместо тормозных колодок электроавто чаще всего использует торможение электродвигателем. Для этого тот создает магнитное поле, тормозящее вращение ротора, чем «снимает» с него энергию, превращая ее из механической в электрическую. За счет этого основная часть энергии, которую ДВС-мобиль рассеивает при торможении в нагрев тормозных колодок, дисков и окружающего воздуха, электромобиль использует для подзарядки батареи. Это увеличивает дальность поездки на величину в десяток процентов в смешанном цикле и до 20 % – в городском.
Сперва такой метод вождения кажется очень непривычным. Хочется тормозить «нормально» – левой педалью, а не отпуская газ. Однако буквально после нескольких часов езды в городе начинаешь замечать: такой метод требует меньшего количества движений и при этом столь же безопасен.
Заправляться дешевле?
Часто считают, что заправить «электричку» очень дешево, мол, во многих регионах России киловатт-час стоит 3,6 рубля. Электроавто хороших производителей в смешанном реальном цикле тратят всего 16 киловатт-часов на сто километров (Tesla Model 3 некоторых моделей может и слегка меньше, но только не зимой). Значит, проехать сто километров на электроавто можно по цене литра бензина! А обычная машина меньше шести литров в среднем не потратит. То есть заправляться тут вшестеро дешевле.
Доля истины в этом формально есть – цифры и в самом деле именно такие. Но важно понимать, что в России электромобилей очень мало, а больше всего их в местах типа Германии или Калифорнии. Чтобы не пугать читателя, немецкие цены на электричество мы брать не будем, а возьмем более низкие калифорнийские. Они 26,45 цента за киловатт-час, или 21 рубль. Получается, сто километров на электромобиле «в местах его естественного обитания» обойдутся примерно в 330 рублей. Как видим, заправка машины бензином в России стоит примерно столько же. Бензин в США чуть дороже, чем у нас, но только чуть – то есть для Калифорнии заправка электроавто уже сравнима с бензином.
И это мы даже не учли того факта, что не менее 20 % всей потребляемой за год энергии электроавто получает на скоростных заправках. Там та же Tesla Model 3 может пополнить заряд еще на 250 километров пробега всего за 20 минут. Но за это удовольствие надо платить: цены на таких заправках могут быть и вдвое выше обычных розничных.
Конечно, в случае повальной электромобилизации России у нас заправляться было бы, в теории, дешевле (правда, для этого сперва пришлось бы построить столбики с розетками у многоквартирных домов и на парковках). Вот только случится ли она?
Дорогая моя батарея. Безумно дорогая?
В специализированных изданиях часто пишут, что аккумуляторы для электроавто отныне стоят дешево – всего 150 долларов за киловатт-час емкости. Правда, если вы хотите, чтобы машина ехала хотя бы 400 километров без остановок, вам нужен накопитель на 60 киловатт-часов, а это уже не очень дешево.
Но есть проблема и похуже. Цена элементов батареи заметно ниже цены батареи в целом. Потому что «пласт» с литиевыми элементами надо охлаждать – по нему пущена жидкостная система охлаждения большого размера. Его надо защищать от внешних воздействий – то есть нужны жесткие внешние стенки. В итоге реальная стоимость батареи в целом – почти вдвое выше, чем у ее элементов. От этого Tesla и стоят в норме от сорока тысяч долларов и ниже (бывает и дешевле, но только в странах с субсидиями производителям).
Что это значит? Что аккумулятор в «дальнем» электроавто стоит как полноценный ДВС-авто типа условной Toyota Corolla. Само собой, для России это очень дорого. Нет, сейчас, когда на рынке дефицит машин, электроавто на общем фоне не слишком-то дороги. Но очевидно, что через 2–3 года сюда начнут массово возить китайские машины по китайским же ценам. И тогда выяснится, что вы можете купить либо электромобиль, либо два ДВС-мобиля за ту же цену.
Сомнительно, что в такой ситуации эти машины станут сильно популярными у нас. Скорее, они займут верхнюю ценовую ступень – там, где раньше были BMW и ему подобные Audi. То есть машин «от сорока тысяч долларов».
Но надо понимать, что таких в России чуть ли не одна десятая автопарка. Остальным придется ездить на ДВС-авто вплоть до каких-то прорывов в стоимости аккумуляторов. Будут ли они в принципе? Ответа на этот вопрос не знает никто.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
