Электромобили достигают большего запаса хода — даже без более крупных аккумуляторов

Страх — часть уравнения. Доберусь ли я до места назначения? Так называемая «тревожность по поводу запаса хода» особенно распространена среди водителей неэлектрических автомобилей и служит аргументом против электромобиля. Однако в большинстве случаев эта обеспокоенность необоснованна. В среднем немецкие водители проезжают всего 40 километров в день, а швейцарские — всего 30 километров.

Тем не менее, страх перед новым должен быть стерт из умов людей, чтобы убедить даже последних скептиков в электромобиле. Помимо создания подходящей инфраструктуры зарядки с максимально возможным количеством быстрых зарядных устройств, производители также работают над более эффективными системами привода. Идея: увеличить запас хода с меньшим потреблением энергии при сохранении того же размера батареи. Большая батарея, безусловно, обещает дополнительные километры. Но большая батарея весит больше и стоит дороже.

Современные системы привода электромобилей уже очень эффективны, обычно с эффективностью от 90 до 95 процентов. «Вряд ли это можно улучшить в будущем», — говорит Мартин Доппельбауэр, профессор кафедры гибридных электромобилей (HEV) в Технологическом институте Карлсруэ (KIT).

Единственным решением является доработка отдельных компонентов, связанных с системой привода. Поэтому производители используют другой подход к новым поколениям автомобилей. Например, BMW и Mercedes обещают расход топлива до 12 кВт·ч на 100 километров в соответствии с общепринятым в Европе циклом испытаний WLTP .

Особенно эффективные чисто электрические автомобили, такие как Tesla Model 3 с задним приводом, потребляют 13,2 кВт·ч на 100 километров в соответствии с испытательным циклом WLTP. Однако, по данным потребительской платформы Spritmonitor.de, реальное среднее потребление составляет 18,38 кВт·ч. Самым экономичным электромобилем с реальным потреблением 13,2 кВт·ч является Peugeot iOn — более старый компактный электромобиль.

Чтобы сделать эти значения более ощутимыми для водителей бензиновых автомобилей: один литр бензина премиум-класса соответствует энергосодержанию примерно 8,5 кВт·ч. Таким образом, 12 кВт·ч соответствуют примерно 1,4 литра бензина премиум-класса на 100 километров.

Реальное потребление около 15 кВт·ч на 100 километров в настоящее время считается хорошим. «Все, что ниже, очень хорошо. Маленькие автомобили, безусловно, могут справиться с этим летом», — говорит Доппельбауэр. Даже если многие поездки особенно экономичны, например, на низких скоростях, с небольшим количеством электрических вспомогательных устройств, в воздушном потоке и с большим количеством рекуперации энергии, это не гарантия.

Несколько месяцев назад компания из Вольфсбурга проехала на VW ID.7 Pro S, оснащенном аккумулятором емкостью 86 кВт·ч, 941 километр, достигнув среднего расхода топлива 9,2 кВт·ч на 100 км. Однако средняя скорость составила 29 км/ч, что совершенно нереально.

BMW перерабатывает почти каждый компонент, чтобы обеспечить максимальную топливную экономичность с помощью новой архитектуры автомобиля, получившей название «Новый класс». Четыре новых блока управления, которые внутри компании называют «Супермозгами», служат цифровым хабом. Они отвечают за области вождения (Heart of Joy), системы помощи водителю, основные функции и комфорт, а также эксплуатацию и информационно-развлекательную систему.

До сих пор отдельные блоки управления в автомобиле контролировали всю систему вождения. BMW теперь использует зональную архитектуру. Это подразумевает разделение автомобиля на различные области (зоны), каждая из которых управляется центральным блоком управления (контроллером зоны). Эти зоны часто основаны на физической компоновке внутри автомобиля, например, спереди, сзади, слева, справа и внутри. Зональная архитектура жгута проводов позволяет соединять все функции автомобиля с помощью меньшего количества и более легких кабелей, что приводит к снижению веса и повышению скорости связи.

«Объединение большого количества функций в новом блоке управления — задача нетривиальная, но очень эффективная. Разработка стала более сложной и требовательной, чем несколько лет назад, но это позволяет дополнительно экономить энергию», — говорит Франк Вебер, занимавший должность члена совета директоров BMW по разработкам до начала июня 2025 года.

Он сам поражен тем, чего добились его инженеры с электродвигателем собственной разработки. «Хотя принцип, по сути, тот же, что и у предшественника», — говорит он. Сюда входит и силовая электроника, и бортовая сеть с отдельными блоками управления.

BMW фокусируется на потреблении энергии в ватт-часах. «Мы проверяем каждый светодиод, каждый предохранитель и каждый кабель. Все, что потребляет энергию, сегодня имеет совершенно иное значение, чем всего несколько лет назад», — говорит Фрэнк Вебер. Ожидается, что первая модель New Class будет на 25 процентов эффективнее, чем сопоставимый текущий BMW. Конкретно это означает, что при том же количестве энергии, которое сегодня обеспечивает запас хода в 400 километров, в будущем будет возможно преодолеть 500 километров.

В конечном счете, Вебер предпочитает любой элемент аккумулятора, который ему не придется устанавливать в свой автомобиль. Не обязательно из-за увеличенного веса, а из-за растущих затрат. Чрезвычайно легкая конструкция не так важна для расхода топлива в электромобилях, как в автомобилях с двигателями внутреннего сгорания. Это связано с тем, что больший вес также увеличивает выход рекуперации энергии, например, при торможении. И дальнейшее развитие элементов аккумулятора также остается важным: следующее поколение цилиндрических элементов уже предлагает на 20 процентов большую плотность энергии.

Используя так называемую архитектуру MMA, Mercedes разрабатывает новую платформу для транспортных средств, из которой выйдет несколько моделей – пока обсуждаются четыре. Ожидается, что первая модель, CLA, сможет проехать более 750 километров на одном заряде батареи.

Для достижения этой цели инженеры разработали, среди прочего, новый электродвигатель. Взаимодействие между вращающейся частью (ротором) и неподвижной частью (статором) в электродвигателе имеет решающее значение для плавного хода и эффективности. Магниты в роторе двигателя собственной разработки расположены в форме двойной буквы V, а обмотка статора имеет крапчатые катушки, что обеспечивает тихий и эффективный привод.

Электродвигатель может рекуперировать до 200 кВт энергии в аккумулятор – практически во время всех ежедневных маневров торможения. Говорят, что эффективность от аккумулятора до колеса составляет 93 процента. Для сравнения, современный двигатель внутреннего сгорания достигает максимума только в 50 процентов.

Кроме того, Mercedes стремится еще больше повысить эффективность своих автомобилей с помощью двухступенчатой ​​трансмиссии, которая переключается на более высокую передачу на скорости около 70 км/ч, и нового поколения шин с низким сопротивлением качению. Mercedes нацелен на расход топлива около 12 кВт/ч на 100 километров.

Это уже конец? Доппельбауэр видит значительный потенциал для улучшения сил сопротивления движению, например, качения и аэродинамического сопротивления. В городском трафике сопротивление качению составляет около 50–60 процентов потребления энергии. «Наименьший уровень сопротивления качению с наиболее эффективными шинами помогает сэкономить много энергии в городе».

Однако за пределами города аэродинамическое сопротивление имеет решающее значение. На скорости 130 км/ч оно составляет около 80 процентов от общей мощности. «Вот почему аэродинамически дружественные автомобили с небольшой лобовой площадью особенно эффективны на более высоких скоростях», — говорит Доппельбауэр.

В дальнем испытании длинного концепт-кара EQXX с низкой посадкой Mercedes достиг расхода топлива 8,7 кВт·ч на 100 километров. Автомобили с каплевидной формой, небольшой лобовой площадью и длинной задней частью демонстрируют низкий коэффициент лобового сопротивления (Cd ₎ менее 0,20. Самым аэродинамичным электромобилем на рынке в настоящее время является Lucid Air с _{коэффициентом} лобового сопротивления 0,197.

Нижняя часть концепт-кара Mercedes также будет найдена в следующей компактной модели CLA, как и особенно плоская батарея. Новое поколение шин с низким сопротивлением качению снижает сопротивление качению и, таким образом, повышает эффективность.

Компания из Штутгарта продолжает исследовать новые энергосберегающие технологии. Если благодаря интеллектуальной рекуперации электромобиль можно будет разгонять и замедлять исключительно с помощью педали акселератора (так называемое однопедальное вождение), механический тормоз для экстренного использования можно было бы интегрировать в блок двигателя и трансмиссии . Там он почти не изнашивается, не ржавеет, занимает мало места и, следовательно, легче. Дополнительные преимущества: неподрессоренная масса на колесе уменьшается, что повышает комфорт езды. Также возможны закрытые диски, что еще больше снижает аэродинамическое сопротивление.

Но в обработке электроэнергии в автомобилях все еще есть возможность экономии. Инверторные блоки используются для преобразования постоянного тока, подаваемого аккумулятором, в переменный ток, необходимый для двигателя. С новым поколением силовой электроники, которая заменяет электрические инверторы, энергия может использоваться и подаваться в сеть более эффективно.

Это использует программируемые микропреобразователи, которые работают непосредственно на уровне ячейки батареи. Они быстрее и могут работать более индивидуально для каждой ячейки, чем электрические инверторы.

В будущем Mercedes предложит не только разнообразные электродвигатели, но и батареи с различной химией ячеек. Вместо графитовых анодов Mercedes использует аноды из оксида кремния, которые обеспечивают на 20 процентов большую плотность энергии, чем обычные катоды из фосфата лития-железа.

А у Mercedes есть еще кое-что в рукаве: благодаря солнечному покрытию толщиной в пять микрометров на автомобиле можно вырабатывать энергию. Эти солнечные элементы в виде пасты на краске достигают эффективности 20 процентов и преобразуют солнечный свет в энергию. В идеальных условиях площадь около одиннадцати квадратных метров в внедорожнике среднего размера может вырабатывать достаточно энергии для пробега до 12 000 километров в год. Таким образом, даже водители с наибольшим беспокойством о запасе хода могут проезжать километр за километром без беспокойства, по крайней мере, в течение дня.