Hur fungerar elbilar? Upptäck huvudkomponenterna och deras funktioner

De flesta biltillverkare försöker få sina elfordon att se konventionella ut för att inte alienera traditionella köpare, men elbilar fungerar helt annorlunda jämfört med förbränningsbilar. Deras framdrivning är beroende av helt andra system än de för ett fordon som drivs med flytande bränsle.

Det är därför bilmekaniker vanligtvis vägrar att arbeta på en elbil om de inte har fått specialutbildning. Att veta vad som får en elbil att gå och vad dess huvudkomponenter är är viktigt om du vill få ut det mesta av din upplevelse av att äga elbilar.

Här är de viktigaste komponenterna och systemen som en elbil behöver för att köra.

1. Batteripaket

Den enskilt största, tyngsta och dyraste komponenten som används för att tillverka en elbil är dess batteripaket. Dess roll är att lagra betydande mängder elektricitet och även motstå upprepade laddnings-urladdningscykler i mycket varierande väderförhållanden. I vissa elbilar fungerar batteripaketet också som en strukturell del av fordonets chassi.

EV-batteripaket består av hundratals enskilda celler sammanlänkade och varierar i storlek från under 40 kWh i mindre fordon till över 200 kWh i vissa elektriska pickuper. GMC Hummer EV har ett av branschens största batterier, ett 205 kWh-paket, som ger en påstådd räckvidd på 329 miles. I andra änden av skalan har vi Mini Cooper SE, vars små 32 kWh batteripaket bara kan ta den 114 mil på en laddning.

Det är också värt att notera att tillverkare anger både den totala och netto (användbara) batterikapaciteten, varför du ibland ser olika kapacitet som anges för samma elbilar. Dessutom kommer två elbilar med samma batterikapacitet förmodligen inte att erbjuda samma räckvidd eftersom du också behöver att ta hänsyn till hur lätta fordonen är och hur mycket rullmotstånd de har, vilket i slutändan översätts till hur effektivt de använder elektricitet.

2. Batteriövervakningssystem

En EV: s batteripaket skulle vara värdelöst (och farligt) utan det som kallas batteriövervakningssystemet, eller BMS för kort. Den fyller den extremt viktiga rollen att övervaka batteripaketet och reglera dess temperatur, spänning och ström. Det är också BMS som ger dig uppskattningar av räckvidd och laddningstillstånd, som den beräknar baserat på hur mycket ström som finns kvar i batteriet.

BMS övervakar även tillståndet för batteripaketet, både som helhet och varje enskild battericell. Mer avancerade EV-användare kan också komma åt BMS: s loggar som spårar batteriets prestanda och användningsmönster. Dessa kan sedan analyseras i detalj för att se hur batteriet fungerar och vad som kan optimeras.

3. Termiskt ledningssystem

En annan viktig roll som BMS innehar är att kontrollera batteripaketets värmehanteringssystem. Detta gäller alla elbilar som kan kontrollera sin packtemperatur, vilket inkluderar de flesta moderna elbilar. Fordon som de tidiga generationer av Nissan Leaf och BMW i3, såväl som Renault Zoe och Volkswagen e-Golf, kom alla utan värme förvaltning.

Att hantera temperaturer i en elbil fungerar ungefär på samma sätt som din förbränningsbils kylsystem. Den förlitar sig på en vätska som pumpas runt batteripaketet genom en serie slangar och kanaler med syftet att ta bort värme från dessa vitala komponenter så att de kan fungera bättre och ha en längre tid liv.

Vissa elbilstillverkare rekommenderar att du kontrollerar och byte av kylvätska med några års mellanrum, medan andra (som Tesla) säger att detta är ett helt förseglat system som inte behöver regelbundet underhåll.

Värmepumpar blir också allt vanligare i elbilar. Dessa viktiga delar av hårdvara hjälper till att värma upp kabinen så effektivt som möjligt genom att använda restvärme från batteripaketet och motorn. De hjälper också till med kylning, eftersom deras funktion kan vändas så att de i huvudsak kan fungera som luftkonditioneringsenheter.

4. Elektrisk motor

Hårdvaran som faktiskt ger framdrivning i en EV är dess elmotor. Den omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi som driver hjulen.

Det finns flera typer av elmotorer, var och en med sina egna styrkor och svagheter, men alla består av två huvuddelar som kallas rotorn och statorn. Den förra är i huvudsak en elmotors enda rörliga del, medan den senare i huvudsak är den rotorns hus, och den innehåller kanaler som vätska pumpas igenom för att hjälpa enheten att släppa ut värme.

Många elbilar drivs av en så kallad DC-motor, som går på likström och kommer i borstade och borstlösa konfigurationer, där den senare är betydligt vanligare. Denna typ av motor är känd för sin höga vridmomenteffekt och hållbarhet, men den har också nackdelar, såsom storlek, vikt och tillförlitlighet (särskilt när det gäller borstade motorer).

Induktionsmotorer är också ganska vanliga i elbilar, och de ger flera fördelar jämfört med DC-motorer. De är mindre, enklare och lättare att underhålla, men samtidigt kan de inte matcha uteffekten eller effektiviteten hos DC-motorer, särskilt de som använder permanentmagneter.

Vissa avancerade elbilar använder också så kallade Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSM), som är bättre än andra typer av induktionsmotorer när det gäller effekttäthet och effektivitet. Deras största nackdel är deras extra komplexitet och högre kostnad.

5. Överföring

Elfordon behöver ingen traditionell växellåda. Deras höga vridmoment som levereras vid mycket låga varvtal förnekar behovet av att ha flera växlar att växla mellan när hastigheten ökar.

Men eftersom elmotorer har liknande rotationshastigheter (eller till och med högre) jämfört med ICE-fordon, de behöver fortfarande en reduktionsväxel för att hjälpa dem att uppnå en bra balans mellan acceleration och topp fart. Differentialer finns i elbilar, och de fungerar likadant som i ett ICE-fordon.

De enda moderna elbilar som faktiskt har en växellåda är Porsche Taycan och Audi E-Tron GT, som för sina bakre motorer har en tvåväxlad automatisk växellåda. Det är inte klart om denna lösning kommer att behållas i framtiden, eftersom den har mött kritik för att vara en onödig överkomplikation.

Andra tillverkare har inte meddelat planer på att implementera liknande lösningar, även om det finns företag som axelspecialisten Dana Incorporated i USA som säljer en tvåväxlad växellåda designad för att fungera med en elektrisk motor.

6. Inbyggd laddare

Alla elbilar har någon sorts inbyggd laddare, vars prestanda vanligtvis dikterar fordonets maximala laddningshastighet vid användning av en AC (växelström) laddare. Dess roll är också att omvandla det till DC (likström), som sedan regleras av BMS.

Effekten hos laddare ombord i elbilar varierar från 3,7 kW till 22 kW, och de kan också upptäcka om strömmen som går genom dem är en- eller trefas växelström.

7. Regenerativt bromssystem

Eftersom de flesta typer av elmotorer också kan fungera som elgeneratorer, har alla elbilar ett så kallat regenerativt bromssystem. Detta förlitar sig enbart på deras motorer, som kan användas till skrubba av hastigheten och häll tillbaka juice i batteripaketet på samma gång.

Detta ökar dramatiskt bytesintervallet för bromsbelägg för helelektriska och vissa hybridfordon. Det tillåter också elbilar att erbjuda vad som kallas enpedalkörning, vilket i huvudsak betyder att föraren kan både accelerera och bromsa fordon som endast använder gaspedalen, eftersom när de lyfts helt, kommer fordonet automatiskt att börja bromsa genom motorn motstånd.

8. Växelriktare, omvandlare och styrenheter

Elbilar har också ett varierande antal växelriktare, omvandlare och styrenheter. Dessa är alla viktiga för att drivlinan ska fungera korrekt, eftersom de hjälper till att maximera kraften och effektiviteten genom optimal användning av den tillgängliga strömmen.

Växelriktare är ansvariga för att konvertera DC till AC, medan omvandlare har rollen att konvertera högspänningslikström dras från batteripaketet till en lägre spänningsström som fordonet behöver för att köra olika system. Styrenheter är avgörande för kraftdistribution eftersom de hjälper till att hantera flödet av el till och från batteripaketet; de är också det som gör regenerativ bromsning möjlig i en EV.

Elbilar drivs på väldigt olika sätt

Elfordon kan ha färre rörliga delar jämfört med förbränningsbilar, men det betyder inte att de inte är komplicerade tekniska delar. Snarare motsatsen, faktiskt, eftersom de behöver en serie system för att fungera tillsammans för att ge den kraft, effektivitet, räckvidd och pålitlighet som konsumenterna kräver.

Genombrott och framsteg inom elbilsteknik är vanliga, och det är bäst att åtminstone ha en grundläggande förståelse för hur de fungerar och exakt vad som förbättras. Denna kunskap är också viktig om du äger en elbil och är intresserad av att veta hur man underhåller den på rätt sätt och hur det skiljer sig från ett ICE-fordon.