Блог

Oct 01, 2023

Почему большее напряжение делает электромобили лучше

Большинство электромобилей используют электрическую архитектуру на 400 В. Вот почему за 800 с лишним вольт будущее. С наступлением эры электромобилей автолюбители должны ознакомиться с совершенно новым лексиконом.

Большинство электромобилей используют электрическую архитектуру на 400 В. Вот почему за 800 с лишним вольт будущее.

С наступлением электрической эры автомобильным энтузиастам предстоит ознакомиться с совершенно новой лексикой — киловатт-часы, MPGe, SAE J1772 — но немногие из них, похоже, так плохо понимаются или так редко обсуждаются, как 400-вольтовые или 800-вольтовые электромобили. Кажется, даже в кругах производителей существует общее понимание того, что чем больше вольт, тем лучше автомобиль. (Доказательство этого можно найти в концепте Dodge Charger Daytona; Dodge объявил, что его 800-вольтовая архитектура Banshee сделает электромобиль «...быстрее, чем Hellcat, по всем ключевым показателям производительности». Компания никогда не уточнила, как именно это будет работать, хотя.)

Помимо «чем больше, тем лучше», все становится туманным. Даже автопроизводителям трудно это объяснить. Это понятно, потому что измерить прямое влияние более высоких напряжений на производительность непросто — вы не можете подключить Nissan Leaf к сети высокого напряжения. пилон и рассчитываете взорвать двери Lotus Evija, но это все равно имеет значение.

Чтобы понять, как напряжение может сделать автомобиль быстрее, сначала мы должны понять, что такое напряжение. Это достаточно простая концепция, которую лучше всего можно описать как потенциальную электрическую энергию. Самая простая и наиболее часто используемая аналогия в электротехнике 101 — это сравнение напряжения в гидравлическом контуре: если система водяного насоса представляет собой контур, напряжение эквивалентно давлению в трубах. Установка более мощного насоса или резервуара большего размера с водой приведет к увеличению давления в трубах.

Аналогичным образом, добавление более высокого напряжения к источнику электропитания означает, что он передает больше энергии или такое же количество энергии с меньшим током. Меньший ток, в нашей аналогии с водой, будет означать, что мы могли бы использовать трубу меньшего диаметра; добавление большего тока означало бы использование трубы большего размера. Математически это очень просто и определяется законом Ома: напряжение равно сопротивлению, умноженному на ток. Производители автомобилей уже пытаются минимизировать сопротивление, поэтому остается играть с напряжением и током: больше одной означает меньше другой, и наоборот.

С точки зрения электромобилей, архитектуре с более высоким напряжением требуется меньший ток, чтобы передать на двигатель такое же количество мощности. Это имеет ряд преимуществ. Меньший ток означает, что можно использовать меньше проводов, что приводит к значительному облегчению жгута проводов. Уменьшение тока также уменьшает нагрев, поскольку ток является основным генератором тепла в электронике. Меньшее нагревание означает более длительный срок службы электроники и аккумуляторов. И что наиболее важно для рекламных агентств производителей электромобилей, система с более высоким напряжением, меньшим током и меньшим нагревом позволяет значительно сократить время зарядки. Выделение тепла во время быстрой зарядки обычно является ограничивающим фактором для скорости зарядки.

Однако обратите внимание, что добавление напряжения не приведет к прямому изменению мощности двигателя. Электродвигатели предназначены для наиболее эффективной и мощной работы при определенном напряжении, и подача большего напряжения на двигатель, не предназначенный для работы с такими нагрузками, фактически сделает его менее мощным. Двигатель должен быть построен с учетом напряжения.

Ранние электромобили, как правило, использовали низкое напряжение, поскольку они были ограничены аккумуляторной технологией того времени. Большинство электромобилей, начиная с зарождения моторизованных экипажей в конце девятнадцатого века и вплоть до Citicar семидесятых годов, использовали архитектуры с напряжением менее 100 В (обычно системы с напряжением 48 В или 72 В), поскольку они полагались на последовательную проводку. вместе 6 или 12-вольтовые свинцово-кислотные аккумуляторы. (Последовательные схемы суммируют напряжения батарей; параллельные схемы этого не делают.) Ограничения по размеру и весу быстро стали проблемой для больших и тяжелых свинцово-кислотных батарей, и поэтому создание систем более высокого напряжения было по большей части непрактичным.

Однако, когда в конце девяностых годов электромобили пережили второе возрождение, технологии аккумуляторов и их упаковка развивались. GM EV1, в первой версии которого использовались свинцово-кислотные аккумуляторы (в автомобилях второго поколения использовались никель-металлогидридные (NiMH) аккумуляторы), тем не менее сумел втиснуть в свое шасси напряжение в 312 вольт. Большинство первых электромобилей той эпохи колебались в диапазоне 300–400 В, даже после перехода со свинцово-кислотных батарей на гораздо менее тяжелые, более энергоемкие NiMH или никель-водородные батареи. Один из первых автомобилей с литий-ионным аккумулятором, Nissan Altra, имел архитектуру на 247 Вольт, нацеленную еще ниже.