Розгін від 0 до 100 км/год: чому електромобілі такі швидкі

Автожурналісти називають цей тест динаміки електромобілів «телефонним» – береться смартфон та прикладається до спинки пасажирського крісла під час різкого розгону. Гаджет якийсь час не падає через навантаження при інтенсивному наборі швидкості. Тест проходять навіть не найспортивніші з «електричок». Чому електрокари такі швидкі?

Електромобілі славляться з блискавичним розгоном. Більшість EV (electric vehicles), включаючи седани, позашляховики та мінівени, які ніяк не претендують на звання спортивних автомобілів, розганяються з 0 до 100 км/год за 5-6 секунд. Електромобілі, що позиціонуються як спортивні, розганяються ще різкіше. Наприклад, чотиримоторний Zeekr 001 FR має названий на честь відомого фінського гонщика Кімі Райкконена режим буста Raikkonen mode, в якому 1300-сильний ліфтбек катапультується з 0 до 100 км/год за 2 секунди. Абсолютний чемпіон з розгону серед електричок гіперкар Aspark Owl – 1,69 секунди до 100 км/год.

До появи таких електромобілів, як Zeekr 001 FR, Lotus Eletre, Tesla Model S, Lucid Air, розгін до 100 км/год в межах 3 секунд вважався прерогативою чистокровних суперкарів – двомісних електромобілів з бардачком замість багажника. У кращому разі «гран-туризмо» з тісними задніми сидіннями, що підходять хіба що для дітей. А перераховані вище авто – повнорозмірні чотири- або п’ятидверні електрокари з нормальним багажником, розраховані на чотирьох або п’ятьох пасажирів з повноцінними задніми сидіннями, які мають купу регулювань і підігрів, і навіть масаж і вентиляцію.

Крім того, електромобілі швидко розганяються не лише з місця, а й на крейсерській швидкості. Щоб здійснити обгін на трасі, на електромобілі не потрібно підтикати передачу-дві нижче або різко тиснути педаль у підлогу, щоб увімкнути кік-даун. Електрокар прискориться, відразу як тільки ви сильніше натиснете на газ.

Чому електромобілі такі швидкі?
Справа в ключових відмінностях між електромобілями та автомобілями з ДВС. Ці відмінності полягають як у пристрої моторів, і у компонуванні. Поговоримо про це докладніше.

У ДВЗ крутний момент залежить від наповнення циліндрів — чим більше повітря і палива в них згоряє за одиницю часу, тим більше виділяється енергії і тим обертова сила вища. Але робочий об’єм двигуна, тобто сукупна місткість камер згоряння в циліндрах, обмежений. До того ж двигун складається з великої кількості деталей з певною межею міцності – блок циліндрів, поршні, клапани, розподільні вали, система мастила та охолодження – тому до нескінченності підвищувати його віддачу не можна. Величина моменту, що крутить, у ДВС не постійна, так як процес згоряння робочої суміші в циліндрах протікає по-різному на різних оборотах мотора. Оптимальний він на середніх оборотах, а на низьких і високих помітно падає, тому графік моменту у сучасного ДВС виглядає як більш менш симетричний пагорб, іноді з невеликим плато. Крива обертової сили у дизеля пологи через те, що паливо в ньому згоряє повільніше і він ефективніше на низьких оборотах, особливо в поєднанні з турбонаддувом.

Через непостійність моменту, що крутить, ДВС і виникає необхідність в багатоступінчастій коробці передач. У серійних пасажирських автомобілів у трансмісії від п’яти-шості до десяти передач. Але навіть у цьому випадку існує затримка при розгоні з неодружених оборотів до, скажімо, 2000 об/хв або вище, і ця затримка набагато помітніша на невеликих турбованих двигунах, які частіше зустрічаються в сучасних авто, ніж на великих атмосферних моторах.

На відміну від ДВЗ, електромотор працює за рахунок взаємодії різноспрямованих магнітних полів. Їх сила визначається габаритами електродвигуна (розмірами магнітів і струмопровідних обмоток) і напругою електричного струму, що проходить через них. Тому великий момент, що крутить, мотора електромобіля доступний миттєво і практично у всьому діапазоні оборотів. І електрокар при розгоні реагує на натискання педалі акселератора відразу ж, без затримки. Відповідно, електричній автівці не потрібна коробка передач – її замінює найпростіший редуктор. Без нього електромобіль їздити не зможе – обороти електромотора набагато вищі, ніж у бензинового, вони досягають 20 тис. об/хв і більше.

Два, три чи чотири двигуни замість одного
У швидких автомобілів привід на 4 колеса. Чотири ведучі колеса ефективніше реалізовують високий крутний момент у порівнянні з задньо- та передньопривідними авто, мінімізуючи прослизання шин при різкому розгоні. Повний привід на автомобілях з ДВС реалізується за допомогою додаткових деталей та механізмів: роздавальної коробки, диференціалів з механізмами блокування, карданних валів тощо. У випадку електромобілів все простіше — на кожну вісь ставиться окремий електродвигун. У деяких моделях, наприклад, на Yangwang U8 і U9, а також Zeekr 001 FR моторів і чотири – по одному на кожне колесо. Це можливо завдяки тому, що електродвигуни та редуктори власними силами компактні. Та й у будь-якому випадку з’єднати передню та задню осі проміжним приводним валом на електромобілі було б проблематично – заважає масивна тягова батарея, що займає весь простір між осями.

Висока ефективність
Коефіцієнт корисної дії електричного мотора набагато вищий, ніж у ДВЗ. Електромотор конвертує протягом 80-90% енергії, тоді як найбільш енергоефективні бензинові або дизельні мотори – максимум 30-40%. Решта розсіюється як тепла. При цьому електродвигун компенсує частину витраченої енергії за рахунок рекуперації – при русі накатом або в процесі гальмування кінетична енергія від обертання коліс перетворюється на електричну енергію, яка заповнює заряд батареї електромобіля. До речі, рекуперація (а також обсяг та інші характеристики батареї електромобіля) є важливими для розгону електромобіля, хоча на перший погляд ніяк з ним не пов’язані. Чому розглянемо нижче.

Від чого залежить розгін електромобіля
На розгін електромобіля впливають ті ж фактори, що визначають динаміку авто з ДВЗ:

• крутний момент та потужність двигуна;
• маса електрокара;
• зчіпні властивості покришок;
• втрати у трансмісії;
• аеродинамічна складова – після досягнення високої швидкості.

Динаміка розгону та дальність ходу
Існує несподіваний зв’язок між швидкістю електрокарів та дальністю ходу. У той час як потужні автомобілі з ДВС ненажерливі і мають порівняно невеликий запас ходу, у разі потужних і швидких електрокарів такого компромісу немає. Для швидкого розгону потрібна батарея високої ємності. А з такою батареєю збільшується запас ходу електромобіля. Не забуваймо про рекуперацію – при кожному гальмуванні електрокар буде заповнювати частину витраченої енергії.

У той самий час часті інтенсивні розгони помітно скорочують пробіг електромобіля. Тут складаються відразу кілька факторів: більше і частіше пришпорюючи електромобіль, ви змушуєте батарею швидше віддавати енергію, піднімаєте температуру в електросистемі, змушуючи систему охолодження працювати інтенсивніше. При збільшенні швидкості зростає опір повітря. Ефективність електромобілів знижується на високих швидкостях – справа в опорі повітря та властивості електромоторів. Чим більша швидкість — тим більше енергії витрачає електромобіль на її підтримку. Тому більшість потужних преміальних електромобілів максимальна швидкість штучно обмежена лише на рівні 180–200 км/год. Швидше їздити все одно часто нема де, набагато важливіше довше проїздити без підзарядки.