Как продлить автономность работы электромобиля, сколько километров можно проехать на одном заряде высоковольтной (тяговой) батарее электрокара?

Один из первых вопросов, волнующих будущих владельцев электромобилей: “На сколько километров хватает одной зарядки авто?”

Короткий ответ: "Длительность поездки электрокара без подзарядки зависит от емкости батареи электрокара и условий эксплуатации”.

Протяженность хода электроавто на одном заряде аккумулятора обусловлена не только емкостью батареи, но и технологическими особенностями прогрева/охлаждения контура батареи, химическим составом ячеек, мощностью электродвигателя, весом электромобиля и другими составляющими. Запас хода чаще всего отражается в документах от испытательной лаборатории, которая проводила исследования и выдавала разрешительные документы для эксплуатации на территории Российской Федерации.

Чтобы разместить информацию о возможной продолжительности поездки электромобиля, разработчики авто рассчитывают запас хода по нескольким стандартным методикам:

• Европейская методика расчета (NEDC - New European Driving Cycle - новый европейский цикл вождения) внедрена в отрасли в начале 1970 годов и ориентирована, в первую очередь, на авто с двигателем внутреннего сгорания. Тестирование авто проходит на специальных стендах, где автомобилю предлагается “проехать” 11 км циклами по 20 минут, соблюдая среднюю скорость 34 км/ч и максимальную скорость - 120 км/ч (в условиях городского цикла и по загородной трассе, соотношение типов дорог, согласно методике, - 66% к 34%). На основе полученных данных первоначально рассчитывался расход топлива. В дальнейшем эта методика адаптирована под электрокары, но получаемые показатели завышены, по сравнению с пробегом в реальных условиях.

• Американская методика EPA Federal Test Procedure (EPA – Environmental Protection Agency) дает более точный результат для электромобилей, учитывая внешние условия и агрессивный стиль вождения, а также остановку на светофорах. В рамках данной методики автомобиль активен 31 минуту, которые включают холодный старт без прогрева двигателя и этап с включением кондиционера. Средняя скорость EPA теста 42,4 км/ч, а проезжает тестируемый автомобиль 17,7 км. Данный тест предусматривает больше циклов разгонов и торможений, что позволяет получить результаты, приближенные к реальности.

• Система тестирования WLTP (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure - всемирная гармонизированная методика испытаний) предполагает движение автомобиля на протяжении 30 минут, за которые авто преодолевает расстояние 23,25 км со скоростью 47-53 км/ч. Максимальная скорость движения в цикле WLTP – 130 км/ч. Электрокары тестируются сначала в движении с полностью заряженным аккумулятором, а через 12 часов после теста проводится замер.

Несмотря на то, что методики тестирования автомобилей помогают получить информацию о расходе энергии во время движения по трассе или в городском цикле, точные цифры расхода зависят от множества факторов.

Что же влияет на расход аккумуляторной батареи электромобиля?

• Перепад высот на дороге
• Тип колес
• Работа системы отопления или кондиционирования
• Суммарная масса пассажиров и груза, перевозимых авто
• Скорость движения (средняя, минимальная, максимальная, вариабельность)
• Интенсивность и частота процессов ускорения и замедления автомобиля (дорожные условия и стиль вождения)
• Температура окружающей среды: отрицательная температура окружающей среды может снизить запас хода электромобиля даже на 40%, оптимальных показателей для аккумулятора можно достичь при температуре +23 °С
• Температура батареи и усилия на ее поддержание (что обуславливается температурой внешней среды и стилем вождения)
• Влажность воздуха
• Направление ветра
• Давлением в шинах (чем ниже, по сравнению с рекомендованными показателями, тем больше расход энергии или топлива автомобилем)
• Технические неисправности (например разбалансировка ячеек) в тяговой батарее

Стоит отметить, что для электромобилей характерна обратная пропорция расхода энергии на езду по городу и трассе по сравнению с авто на двигателе внутреннего сгорания. Меньший расход электричества при езде по городу связан с особенностью рекуперативного торможения, предусматривающего “возврат” энергии батарее в момент торможения авто. Сниженные затраты энергии электромобилем на поездки в городском цикле по сравнению с движением за городом, в отличие от автомобиля с ДВС, где наблюдается обратная ситуация, связаны с КПД электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания.

ДВС в городском цикле расходует бензин даже на холостой ход, а КПД двигателя внутреннего сгорания составляет 33%. КПД электродвигателя – практически 100%, так как в момент отсутствия движения электромобиль практически не расходует энергию. В сочетании с возвратом энергии благодаря рекуперативной системе торможения отсутствие затрат энергии при остановке позволяет минимизировать расход заряда батареи при езде по городу с пробками, светофорами, частыми остановками и соблюдением малых скоростей.

Рекуперации может не быть в некоторых случаях, батарея заряжена от 98% до 100%, холодная тяговая батарея (ниже -10°C).

Низкий запас аккумуляторной тяговой батареи электромобиля пока является одним из самых значимых факторов не столь высокой популярности электрокаров в регионах нашей страны.

“А почему бы не сделать очень большой и очень емкий аккумулятор для электромобиля?”, – спросите вы. Большой и емкий аккумулятор очевидно имеет большую массу, а повышение веса автомобиля сильно влияет на расход энергии. Энергии на прогрев и охлаждение батареи при увеличении емкости батареи пропорционально уходит больше, да и увеличенное время зарядки батареи с большой емкостью тоже один из ключевых показателей.

Таким образом, задача инженеров при разработке системы питания электрокара содержит пункт по подбору оптимального сочетания батареи по параметрам вес/емкость.

Несмотря на сложности, технологии не стоят на месте и уже сегодня появились модели, заявляющие готовность проехать 1000 км без подзарядки. Далеко не все автомобили с бензиновым или дизельным двигателем проезжают такое расстояние на одной заправке, так почему такое требование предъявляется к электромобилю? К тому же сегодня в большинстве городов есть станции зарядки, зарядными терминалами для электромобилей оборудованы бензиновые АЗС. Редко где водитель вынужден ехать 1000 км, не встретив ни одной заправки. И даже если нет зарядного терминала, электромобилист может зарядиться от стационарной розетки в любом бистро, отеле и т.д. Вероятнее всего, даже если предположить наличие экстремально низких температур и большой перепад высот на дороге, имея исправную батарею, электродвигатель и систему торможения, владелец электромобиля без проблем доедет на одной заправке до следующей зарядной станции или места, где можно будет заправить электромобиль. Чтобы избежать неприятностей в дороге, перед выездом заранее посмотрите карту станций зарядки электрокаров в России.

В 2020 году группа журналистов поставила эксперимент с электромобилем Hyundai Kona Electric, оборудованной батареей 64 кВт•ч, в рамках которого удалось проехать на указанном авто без зарядки по городу 1026 км, правда при средней скорости 31 км/ч. В 2017 году аналогичный эксперимент поставили для Tesla Model S 100D правда уже с батареей 100 кВт•ч, проехавшей 1078 км со средней скоростью 39 км/ч (источник). Улучшенные результаты дальности поездки по трассе на скорости 87,4 км/ч из Зиндельфингена (Германия) до Кассису (Лазурный берег) суммарной протяженностью 1008 км, с учетом проезда через Швейцарские Альпы, Милан, север Италии с расходом 85% заряда аккумулятора без подзарядки. Таких показателей удалось добиться на концепте Mercedes-Benz VISION EQXX (источник). Прошлым летом этот же концепткар совершил еще одно путешествие из Штутгарта в Сильверстоун протяженностью 1202 км за 14,5 часов чистого хода без подзарядки со средней скоростью 83 км/ч и максимальной скоростью 140 км/ч (источник).

За счет чего разработчики электромобилей добиваются повышения запаса хода электромобиля, если бесконечно повышать размеры и вес аккумулятора нельзя? Добиться улучшения показателей удается за счет внедрения новых технологий создания аккумуляторных батарей, способных запасать больше энергии в аккумуляторах без увеличения размера и веса батареи, что становится возможным благодаря использованию новых химических элементов катодов аккумуляторов. Но повышение емкости батареи ограничивается другими требованиями, которые предъявляются к аккумулятору: большое количество циклов заряда/разряда, минимальные расходы на охлаждение или отказ от системы жидкостного охлаждения.

Что еще влияет на запас хода? Коэффициент аэродинамического сопротивления (более обтекаемая форма электромобилей позволяет увеличить длительность поездки и снизить расход энергии), масса авто (как вес самого “железного коня”, так и перевозимого приводит к изменению энергозатрат), размеры резины и аэродинамические диски колес.

В условиях развития инфраструктуры заправочных станций для электромобилей, появлении новых быстрых станций электрозаправки, способных заправить автомобиль за 20-40 минут, разработкой мобильных приложений с картой электрозаправок по Москве и другим городам России, вопрос об увеличении пробега электрокара на одной зарядке до 1000 км кажется, что в ближайшее время станет неактуальным. Тем не менее в настоящий момент сохраняется потребительские ожидания большого запаса хода электрокара и психологический дискомфорт тающего заряда при движении и опасения, что на ближайшей станции не будет успешной сессия, либо коннекторы будут заняты другими электромобилями.

Концепты электрокаров, эксперименты в смоделированных условиях - это интересно, но посмотрим на повседневное использование электрокаров. Какой электромобиль выбрать, чтобы как можно дольше ездить “без подзарядки”? Разговор ведем про чистые электромобили, обходим здесь стороной последовательные гибриды.

Например, для базовой модели Tesla Model S P85 с аккумуляторной батареей емкостью 85 кВт•ч запас хода при скорости 80% и температуре окружающей среды около 0°С составляет 380 км. Тот же автомобиль при температуре воздуха -20 °С проезжает на полном заряде аккумулятора всего 180 км, а при -26°С и вовсе всего 160 км (источник). Показатели этой модели по международным методикам расчета дальности хода EPA и NEDC составляют 426 и 502 км соответственно. Реальные возможности электрокара в этом случае ниже заявленных.

Расчетные показатели дальности поездки для более новой популярной Tesla Model S 100D, которая выпускалась с 2016 по 2019 годы и оборудована батареей 100 кВт•ч - 507 и 623 км по методам EPA и NEDC, но фактические цифры будут ниже (в т.ч., учитывая время, прошедшее с даты изготовления аккумулятора).

Для сравнения приведем показатели популярного бюджетного Nissan Leaf, способного проехать на одной зарядке только 270 км. При этом обозначенный Nissan оборудован батареей всего 40 кВт•ч.

Летом 2023 года китайский производитель электромобилей Zeekr 001 анонсировал модель Zeekr 001 WE с запасом хода на одном заряде аккумулятора 1032 км, оборудованную аккумулятором емкостью 140 кВт•ч. Согласно проведенному тесту автомобиля в реальных условиях с учетом использования кондиционера и езды по гористой местности, поездки по автомагистрали со скоростью до 208 км/ч и в городском цикле со скоростью 79 км/ч, расход энергии электромобиля составил 14,7 кВт•ч /100 км, а полной зарядки аккумулятора хватило на 922 км (источник). На практике на запас хода Zeekr 001 сильно влияет низкая температура окружающей среды. Например, при заряде аккумулятора 80% в зимнее время года автомобиль в среднем проходит 330 км, а в летнее – 420 км при полном заряде, при заявленных производителем для доступной к покупке модели электрокара 606 км на одном заряде аккумулятора (источник).

Согласно статистике продаж электромобилей в России от Автостат Инфо, за первые 7 месяцев 2023 года в было куплено 4455 электромобилей, что более чем в 3 раза превышает показатели прошлого года. Самым популярным купленным электрокаром в 2023 году в России стал Volkswagen ID. 4 (по статистике “Автостат” по итогам августа 2023 года) среди электрокаров новых и не старше 3х лет, а в 2022 лидировала Tesla Y.

ТОП-10 электромобилей, купленные в 1 полугодии 2023 года, выглядит следующим образом:

• Volkswagen ID. 4
• Evolute I-Pro
• Tesla Y
• Evolute I-Joy
• Geely Zeekr 001
• Volkswagen ID. 6
• Voyah Free
• Hongqi E-HS9
• Москвич 3E
• BMW iX

В июле 2023 года лидеры сменились, на первое место среди продаж вышел электромобиль Zeekr 001.

Среди электромобилей с пробегом, купленных за 9 месяцев 2023 года первое место занимает Nissan Leaf, на втором, третьем, четвертом и пятом местах соответственно Tesla Model 3, Tesla Model S, Tesla Model Y, Tesla Model X. Во второй половине ноября 2023 года в ТОП-10 самых популярных электрокаров в России вошел электромобиль “Москвич”.

Популярный электрокар Nissan LEAF, захвативший в 2021 году 80% рынка электрокаров в России, сейчас предлагает покупателям новую версию авто SV Plus c 60 кВт батареей с запасом хода 321 км, а в базовой современной версии с 40 кВт•ч батареей – 240 км.

Выбрав для себя Volkswagen ID.4 в базовой комплектации с батареей 55 кВт•ч батареей вы сможете проехать на одном заряде 360 км, а в комплектации с батареей 77 кВт•ч уже 520 км. Если судить по реальным отзывам владельцев, то в городском цикле более дорогая комплектация без полного привода на одном заряде проезжает до 450 км. Запас хода на одном заряде батареи для кроссовера Volkswagen ID.6 с 58 кВт•ч аккумулятором составляет 436 км, а для 77 кВт•ч – 588 км.

Согласно паспорту седана Evolute I-Pro запас хода на одном заряде 53 кВт•ч аккумуляторной батарее (рассчитанный по методике NEDC) составляет 433 км. У кроссовера той же марки Evolute I-Joy запас хода на одной заправке батареи – 407 км, а у кроссовера Evolute I-Sky – 511 км.

Электрический полноприводной кроссовер Voyah Free EV имеет запас хода на одном заряде 106 кВт•ч батареи – 500 км (по методике WLTP).

При покупке полноразмерного электрического кроссовера китайского производства Hongqi E-HS9 на одном заряде 99 кВт•ч батареи вы сможете проехать 510 км.

Заявленный пробег на одной зарядке электромобиля Москвич 3E с 65 кВт•ч батареей составляет 410 км.

Приблизительный запас хода BMW ix xDrive50 с момента заряда батареи до разрядки - 480 км.

Обсуждая вопрос дальности хода электромобилей, нельзя не упомянуть Tesla, которая много лет удерживает первенство по дальности пробега на одном заряде или, по крайней мере, имеет такую славу среди автолюбителей. Модель Tesla Y имеет запас хода на одном заряде батареи – 540 км; Tesla Model 3, в зависимости от емкости батареи – 423, 507 и 568 км; Tesla Model S – до 647 км и Tesla Model X – 628 км.

• По возможности выполняйте предварительный прогрев или охлаждение салона перед поездкой при подключении к сети, чтобы электромобиль тратил не энергию аккумулятора, а энергию от сети.

• Контролируйте уровень давления в шинах. Изначально давление в колесах электромобилей несколько выше давления, используемого в шинах автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Поездка на слегка спущенных шинах существенно увеличивает расход энергии электрокара.

• Избегайте быстрой езды (оптимальной считается скорость 60 км/ч), резких разгонов и торможений, так как подобный стиль вождения значительно повышает расход энергии электромобиля.

• Старайтесь использовать минимальную мощность систем кондиционирования и обогрева электромобиля, поддерживая допустимый комфортный уровень.

• Закрывайте окна! Подсчитано, что поездка на электромобиле с закрытыми окнами заметно повышает аэродинамические показатели электромобиля, снижая сопротивление воздуха и обеспечивая экономию энергии.

• Избавьтесь от лишнего! Да-да, не возите с собой в электромобиле много ненужный вещей “на всякий случай”. От массы электромобиля зависит расход энергии, чем больше масса - тем больше энергии тратится на движение и на торможение. Старайтесь брать с собой в дорогу только действительно нужные вещи, это позволит увеличить запас хода.

По результатам исследования, проведенного Американской автомобильной ассоциацией, запас хода электромобиля может снизиться на 25% при транспортировке груза. Именно на столько процентов снизился запас хода пикапа Ford EV F-150 Lightning при перевозке груза в 635 км.

Построить оптимальный маршрут до ближайшей электрозаправки или места, где можно зарядить электромобиль (отеля, парковки, кафе, где можно будет воспользоваться зарядным устройство, предварительно уточнив, например, по телефону, о наличии такой возможности) и соблюдать рекомендации по продлению хода электромобиля.

Для предупреждения подобных ситуаций оперативно реагируйте на предупреждения вашего электромобиля о разрядке батареи, проверяйте заряд батареи перед зарядкой.

Для владельцев электромобилей доступны также мобильные электроканистры, обеспечивающие заряд хода до 60 км. Но не забывайте, что такие источники питания имеют собственный вес, перевозка которого увеличивает расход батареи вашего электромобиля. Крайний, наименее удачный вариант решения проблемы – зарядка электромобиля от другого электрокара (для ряда моделей доступна такая возможность).

Итак, запас хода электромобиля, – очень индивидуальная история, зависящая не только от модели авто, но и от поведения автовладельца, условиях эксплуатации, которая в разумных пределах поддается корректировки со стороны водителя электрокара.