Электромобили нового поколения: как меняется автомобильный рынок и что ждёт водителей в ближайшие годы

Автомобильный рынок переживает самое заметное изменение со времён массового распространения двигателя внутреннего сгорания. Электрические модели перестали быть редкими экспериментами и появились практически во всех классах — от небольших городских машин до кроссоверов, фургонов и тяжёлых грузовиков.

При этом переход происходит неравномерно. В одних странах электромобили уже занимают значительную часть продаж новых машин, а в других их распространение ограничивают высокая цена, недостаток зарядных станций и особенности энергосистемы.

Электромобили нового поколения отличаются от первых массовых моделей не только увеличенным запасом хода. Производители улучшают батареи, программное обеспечение, системы охлаждения и скорость зарядки. Одновременно меняется само представление о владении автомобилем: всё больше функций зависит от приложения, цифрового аккаунта и регулярных программных обновлений.

Как устроен современный электромобиль

В обычной машине энергия топлива преобразуется в механическую работу внутри двигателя внутреннего сгорания. Для этого необходимы цилиндры, поршни, система подачи топлива, выхлоп и множество других деталей.

В электромобиле источником энергии служит тяговая батарея. Инвертор преобразует постоянный ток аккумулятора в ток, необходимый электродвигателю. Мотор вращает колёса напрямую или через сравнительно простой редуктор.

Основными компонентами электрической машины являются:

• тяговая батарея;
• один или несколько электродвигателей;
• силовая электроника;
• система терморегулирования;
• бортовое зарядное устройство;
• преобразователь напряжения;
• электронные блоки управления;
• обычная низковольтная батарея.

Электромобиль действительно имеет меньше движущихся компонентов в силовой установке. Однако это не означает полного отсутствия технического обслуживания. У машины по-прежнему есть подвеска, шины, тормозная система, кондиционер, охлаждающие жидкости и другие узлы.

Почему электрическая платформа отличается от обычной

Некоторые ранние электромобили создавались на основе моделей с двигателем внутреннего сгорания. Инженерам приходилось размещать аккумуляторы в пространстве, изначально предназначенном для топливного бака, выхлопной системы и трансмиссии.

Современные электрические платформы проектируют иначе. Плоский аккумуляторный блок обычно располагается под полом, а компактные двигатели устанавливаются возле осей.

Такая компоновка даёт несколько преимуществ:

• освобождает пространство в салоне;
• позволяет увеличить колёсную базу;
• снижает центр тяжести;
• помогает распределить массу между осями;
• упрощает создание разных моделей на общей основе.

Но батарея делает автомобиль тяжёлым. Дополнительная масса влияет на расход энергии, нагрузку на шины и поведение машины при столкновении. Поэтому производители ищут баланс между ёмкостью аккумулятора, запасом хода, стоимостью и весом.

Какие батареи устанавливают в электромобили

Большинство современных электрических автомобилей использует литий-ионные аккумуляторы. Однако внутри этой категории существуют разные химические составы.

Батареи на основе никеля, марганца и кобальта способны обеспечивать высокую плотность энергии. Это позволяет получить большой запас хода при относительно компактном размере аккумулятора.

Литий-железо-фосфатные батареи обычно имеют меньшую плотность энергии, но могут быть дешевле и устойчивее к интенсивным циклам зарядки. В их составе нет никеля и кобальта. Такие аккумуляторы всё чаще устанавливаются в доступные модели и машины со средним запасом хода.

Нельзя однозначно назвать один состав лучшим. Выбор зависит от назначения автомобиля. Для недорогой городской машины важны стоимость и долговечность, а для большой модели — высокая плотность энергии и уменьшение массы.

Производители также совершенствуют конструкцию батарейного блока. Ячейки могут устанавливаться непосредственно в блок или интегрироваться в силовую структуру автомобиля. Это уменьшает количество вспомогательных деталей, но способно усложнить ремонт.

Что происходит с твердотельными аккумуляторами

Твердотельные батареи часто называют следующим большим этапом развития электромобилей. В них вместо обычного жидкого или гелеобразного электролита предполагается использовать твёрдый материал.

В теории такая технология может повысить плотность энергии, сократить массу и улучшить безопасность. Однако между лабораторным образцом и массовым автомобильным аккумулятором существует большая разница.

Батарея должна:

• выдерживать тысячи циклов;
• работать при разных температурах;
• быстро заряжаться;
• сохранять характеристики много лет;
• выпускаться большими партиями;
• иметь приемлемую стоимость.

Поэтому твердотельные элементы пока не стали обычным решением для массовых машин. В ближайшие годы вероятнее постепенное улучшение существующих литий-ионных аккумуляторов, а не мгновенная замена всей технологии.

Почему заявленный запас хода отличается от реального

Запас хода измеряется в стандартизированных испытательных циклах. Это позволяет сравнивать автомобили в одинаковых условиях, но полученное значение не гарантирует такой же результат на любой дороге.

Реальный расход энергии зависит от:

• скорости движения;
• температуры воздуха;
• работы отопления или кондиционера;
• рельефа;
• встречного ветра;
• давления в шинах;
• загрузки автомобиля;
• стиля вождения;
• состояния батареи.

На высокой скорости сопротивление воздуха резко увеличивается, поэтому электромобиль может расходовать на трассе больше энергии, чем в спокойном городском режиме.

Зимой аккумулятору необходимо поддерживать подходящую температуру, а энергия дополнительно расходуется на отопление салона. Поэтому запас хода в холодную погоду уменьшается. Размер потери зависит от модели, температуры, продолжительности поездки и наличия теплового насоса.

Быстрая зарядка: почему важна не только максимальная мощность

В характеристиках электромобиля часто указывают максимальную мощность зарядки. Но эта цифра не показывает, с какой скоростью батарея будет заряжаться на протяжении всего сеанса.

Аккумулятор принимает высокую мощность только при подходящей температуре и определённом уровне заряда. По мере заполнения батареи система постепенно уменьшает ток, чтобы защитить ячейки.

Поэтому для дальней поездки обычно важнее время зарядки примерно от 10 до 80%, а не от полностью разряженной батареи до 100%.

На результат влияют:

• мощность зарядной станции;
• возможности самого автомобиля;
• напряжение электрической архитектуры;
• температура батареи;
• предварительный прогрев аккумулятора;
• количество одновременно работающих станций;
• состояние зарядного оборудования.

Если автомобиль принимает максимум 100 кВт, подключение к станции на 300 кВт не заставит его заряжаться втрое быстрее. Машина возьмёт только ту мощность, которую поддерживает её система.

Зачем нужна 800-вольтовая архитектура

Во многих электромобилях используется высоковольтная система приблизительно на 400 вольт. Некоторые новые модели переходят на архитектуру около 800 вольт.

Более высокое напряжение позволяет передавать ту же мощность при меньшем токе. Это помогает снизить тепловые потери и использовать более компактные проводники.

Главное практическое преимущество заключается в поддержке мощной быстрой зарядки. Однако сама надпись «800 вольт» не гарантирует рекордной скорости. Важны конструкция батареи, её охлаждение, зарядная кривая и совместимость со станцией.

Высоковольтная архитектура увеличивает требования к изоляции, безопасности и стоимости компонентов. Поэтому она особенно оправданна в машинах, рассчитанных на частые дальние поездки.

Домашняя зарядка меняет отношение к заправке

Для владельца автомобиля с двигателем внутреннего сгорания заправка является отдельной поездкой или остановкой. Электромобиль можно подключить вечером и получить необходимый заряд утром.

Именно домашняя или рабочая зарядка обычно делает эксплуатацию наиболее удобной. Машина восстанавливает запас энергии в то время, когда всё равно находится на стоянке.

Зарядка от обычной бытовой розетки возможна не во всех ситуациях и часто происходит медленно. Для регулярного использования устанавливают отдельную зарядную станцию с правильно рассчитанной проводкой и защитой.

Жителям многоквартирных домов сложнее. Необходимо иметь закреплённое парковочное место, согласовать установку оборудования и решить вопрос учёта электроэнергии. Поэтому доступ к домашней зарядке остаётся одним из главных факторов при выборе электромобиля.

Хватит ли общественных зарядных станций

Количество общественных зарядных точек увеличивается, но важна не только общая цифра. Станция должна находиться в удобном месте, работать, поддерживать подходящий разъём и обеспечивать заявленную мощность.

Для города подходят зарядки возле жилых домов, офисов, магазинов и парковок. На трассах необходимы быстрые станции, расположенные через предсказуемые интервалы.

Особое значение имеют надёжность и понятная оплата. Водителю неудобно устанавливать множество приложений, регистрироваться у разных операторов и заранее выяснять тариф каждой станции.

По данным Международного энергетического агентства, количество быстрых и сверхбыстрых общественных зарядных устройств в мире продолжает расти. Однако обеспеченность инфраструктурой сильно различается между регионами.

Нужно ли постоянно заряжать батарею до 100%

Для повседневных поездок полный заряд требуется не всегда. Многие производители рекомендуют устанавливать ежедневный предел, если максимальный запас хода не нужен.

Длительное нахождение некоторых типов аккумуляторов при очень высоком или крайне низком уровне заряда может ускорять их старение. Однако точные рекомендации зависят от химического состава и системы управления конкретной модели.

Литий-железо-фосфатные батареи могут иметь другие правила зарядки, чем аккумуляторы на основе никеля. Поэтому универсального совета для всех электромобилей не существует.

Перед дальней поездкой зарядить батарею до 100% нормально. В повседневной эксплуатации следует ориентироваться на руководство производителя, а не на советы для другой модели.

Как стареет тяговая батарея

Аккумулятор постепенно теряет часть первоначальной ёмкости. Этот процесс называется деградацией и происходит во всех литий-ионных батареях.

На скорость старения влияют:

• высокая температура;
• частое нахождение при максимальном заряде;
• длительное хранение почти разряженной машины;
• большое количество циклов;
• регулярная мощная быстрая зарядка;
• особенности химического состава;
• эффективность системы охлаждения.

Деградация не означает, что батарея внезапно перестаёт работать после определённого срока. Обычно её ёмкость уменьшается постепенно, а автомобиль продолжает ездить с меньшим запасом хода.

При покупке подержанного электромобиля важно проверять состояние батареи, историю эксплуатации и остаток гарантии. Обычный пробег автомобиля не всегда даёт полное представление о состоянии аккумулятора.

Действительно ли электромобиль дешевле обслуживать

Электрическая силовая установка не требует моторного масла, свечей зажигания, топливного фильтра и обслуживания выхлопной системы. Рекуперативное торможение способно уменьшить износ тормозных колодок.

Но расходы не исчезают полностью. Владелец продолжает оплачивать:

• шины;
• подвеску;
• тормозную жидкость;
• салонный фильтр;
• кондиционер;
• страхование;
• диагностику;
• ремонт электроники.

Большая масса и высокий крутящий момент могут ускорять износ шин, особенно при резком разгоне. Стоимость кузовного ремонта также зависит от конструкции автомобиля и расположения батареи.

Экономичность эксплуатации определяется местными тарифами на электричество, ценой общественной зарядки, налогами, страхованием и потерей стоимости при перепродаже. Поэтому утверждение, что любой электромобиль всегда дешевле бензиновой машины, было бы неправильным.

Рекуперация и управление одной педалью

Когда водитель отпускает педаль ускорения, электродвигатель может перейти в режим генератора. Машина замедляется, а часть кинетической энергии возвращается в батарею.

Этот процесс называется рекуперативным торможением. Он особенно эффективен в городе, где автомобиль часто разгоняется и останавливается.

Во многих моделях силу замедления можно регулировать. При интенсивной рекуперации водитель управляет скоростью преимущественно одной педалью, используя обычный тормоз только для полной остановки или быстрого замедления.

Но рекуперация имеет ограничения. Она может быть слабее при полностью заряженной или холодной батарее. Кроме того, в экстренной ситуации всё равно необходима обычная тормозная система.

Электромобиль как программный продукт

Электромобили нового поколения всё сильнее зависят от программного обеспечения. Через центральную систему управляются зарядка, климат, навигация, мультимедиа и некоторые параметры движения.

Обновления через интернет способны исправлять ошибки и добавлять функции без посещения сервисного центра. Но такая модель создаёт новые вопросы.

Владелец зависит от:

• поддержки производителя;
• работы серверов;
• защиты цифрового аккаунта;
• совместимости мобильного приложения;
• политики платных функций;
• доступности запасных электронных блоков.

Некоторые возможности автомобиля могут продаваться как подписка или активироваться программно. Это меняет привычное представление о собственности: оборудование физически находится в машине, но его использование зависит от цифровой лицензии.

Системы помощи не являются настоящим автопилотом

Электромобили часто ассоциируют с автономным управлением, но электрическая силовая установка и автопилот — разные технологии. Системы помощи можно устанавливать и на бензиновые машины.

Адаптивный круиз-контроль, удержание в полосе и автоматическая парковка облегчают управление, но большинство серийных автомобилей всё ещё требует постоянного внимания водителя.

Маркетинговое название функции не отменяет ограничений системы. Камеры и датчики могут хуже работать при снегопаде, грязной разметке, ослепляющем солнце или загрязнении сенсоров.

Водителю необходимо знать уровень автоматизации конкретной машины и условия, при которых допускается использование каждой функции.

Насколько электромобили экологичны

Во время движения полностью электрический автомобиль не выбрасывает выхлопные газы. Это особенно важно в городах, где транспорт влияет на качество воздуха.

Но экологическое воздействие не ограничивается периодом эксплуатации. Необходимо учитывать производство батареи, добычу сырья, сборку автомобиля, источник электричества и последующую переработку.

Изготовление большого аккумулятора требует значительного количества материалов и энергии. Поэтому компактная электрическая машина с умеренной батареей обычно использует меньше ресурсов, чем тяжёлый электромобиль с огромным запасом хода.

Общий экологический эффект зависит и от энергосистемы. Чем больше электричества производится из низкоуглеродных источников, тем заметнее преимущество электрического транспорта на протяжении жизненного цикла.

При этом электромобили не решают всех транспортных проблем. Они занимают место на дорогах, создают пробки, требуют парковок и выделяют частицы от износа шин.

Что будет происходить с использованными батареями

Когда тяговая батарея уже не обеспечивает подходящий запас хода, она не обязательно становится бесполезной. Некоторые блоки можно отремонтировать, заменив повреждённый модуль.

Батареи с сохранившейся ёмкостью могут использоваться в стационарных системах хранения энергии, где масса и размер имеют меньшее значение, чем в автомобиле.

Последний этап — переработка. Из старых аккумуляторов можно извлекать литий, никель, кобальт, медь и другие материалы. Но экономическая целесообразность зависит от состава батареи, технологии переработки и стоимости сырья.

По мере увеличения количества электромобилей системы сбора, диагностики и переработки аккумуляторов будут становиться отдельной крупной отраслью.

Может ли автомобиль питать дом

Некоторые электромобили поддерживают двунаправленную передачу энергии. Они способны не только принимать электричество, но и отдавать его внешним устройствам.

Существуют несколько вариантов:

• питание отдельных приборов;
• подача энергии в дом;
• возврат электричества в общую сеть;
• зарядка другого автомобиля.

Такая функция позволяет использовать машину как резервный источник энергии. В перспективе большое количество подключённых электромобилей сможет помогать энергосистеме сглаживать периоды высокого спроса.

Однако для этого необходимы совместимый автомобиль, специальная зарядная станция, подходящая домашняя электросистема и правила взаимодействия с сетью.

Какие изменения заметит водитель

Главным изменением станет новый подход к планированию поездок. Вместо поиска ближайшей заправки водитель будет учитывать место парковки, продолжительность остановки и доступную мощность зарядки.

В городе электромобиль может оказаться удобнее благодаря домашней зарядке, тишине и рекуперации. На длинном маршруте большее значение имеют расположение быстрых станций и зарядная кривая конкретной модели.

Покупателю придётся сравнивать не только мощность двигателя и комплектацию, но и:

• полезную ёмкость батареи;
• реальный зимний запас хода;
• скорость зарядки;
• наличие прогрева аккумулятора;
• гарантию на батарею;
• поддерживаемые разъёмы;
• стоимость страхования;
• доступность сервисных центров;
• возможности приложения;
• условия программной поддержки.

Заменят ли электромобили обычные машины

Переход не произойдёт одновременно во всём мире. Автомобили с двигателями внутреннего сгорания ещё долго останутся на дорогах, особенно там, где недостаточно зарядной инфраструктуры или электрические модели слишком дороги.

Подключаемые и обычные гибриды также сохранят заметную роль. Для некоторых водителей они становятся промежуточным решением, сочетающим электрическое движение в городе с быстрым пополнением топлива в дальней поездке.

При этом направление развития рынка уже заметно. Батареи совершенствуются, ассортимент моделей расширяется, а зарядная инфраструктура растёт. Электрические платформы постепенно становятся основой новых автомобильных разработок.

Электромобили нового поколения не устранят все недостатки личного транспорта, но изменят его устройство, обслуживание и связь с энергосистемой. Для водителя главным станет не обещание максимального запаса хода, а соответствие машины реальным условиям: ежедневному маршруту, климату, доступной зарядке и стоимости владения.