Модели tesla / тесла

Платформа из аккумуляторных батарей

Асинхронный двигатель надо чем-то питать. Поэтому, в автомобилях Тесла используется блок-платформа из литий-ионных аккумуляторов. Этот блок из батарей выдает постоянный ток.

платформа из аккумуляторных батарей в автомобилях Тесла

Такой блок состоит из маленьких простых li-ion батареек

Литий-ионные аккумуляторы в аккумуляторной платформе автомобилей Тесла

Решетка, которая частично держит батарейки, также является радиатором, по которой бежит антифриз

радиатор для аккумуляторных батареек

такой тип радиатора очень эффективен, так как он охлаждает все батарейки равномерно.

Все эти батарейки собираются в небольшие модули

модуль из батареек

Платформа состоит из нескольких таких модулей

В живую это выглядит примерно вот так:

аккумуляторная платформа автомобилей Тесла

Антифриз, который охлаждает платформу из батарей, охлаждается в передней части автомобиля на автомобильном радиаторе

радиатор, охлаждающий батарейки

Также можно увидеть, что тяжелая платформа из батареек близко находится к земле, поэтому низкий центр тяжести улучшает управляемость и стабильность автомобиля.

низкий центр тяжести в автомобилях Тесла

Стоимость такой батареи-платформы более 12 000 долларов, а вес более полтонны. Пока что платформа-батарея является самой дорогой частью автомобиля. Да и вообще, проблема всех электрокаров — это дорогие аккумуляторы. Если ученые разработают дешевые и очень емкие аккумуляторные батареи, то придет конец эпохе ДВС.

Коробка передач

Как же передается вращение от двигателя к колесам?

Для этого используется коробка передач

коробка передач в автомобилях Тесла

В автомобилях Тесла используется простая односкоростная коробка передач, так как крутящий момент двигателя почти равномерный на всех оборотах.

Если разобрать коробку, то можно увидеть ее простую конструкцию

Вращение вала двигателя приводит к вращению шестеренки, которая передает вращающий момент на колеса автомобиля

Даже обратный ход достигается тем, что инвертор меняет две фазы на асинхронном двигателе местами, и двигатель будет вращаться в другую сторону.

С чего все начиналось — Предыстория

Все самое прорывное появляется только благодаря идеям, и именно нереальные идеи способствует развитию мира, особенно когда они не откладываются в долгий ящик.

Но вопреки массовому заблуждению Илон Маск не является автором этой идеи, авторами является два друга Марк Тэппинг (Marc Tarpenning) и Мартин Эберхард (Martin Eberhard).

Марк Тэппинг и Мартин Эберхард

К моменту основания TESLA, ранее носившей название Tesla Motors, Inc. они уже были популярны, а именно благодаря разработке электронной книги Rocket eBook, которая была запущена в производство в 1997 году, и в последствии проданная за 187 миллионов долларов.

Казалось бы, денег разработчики заработали достаточно, но нет. Марк Тэппинг увлекся спортивными автомобилями, но он считал, что они расходуют чрезвычайно много топлива, в то время как Мартин Эберхард был, так скажем защитником экологии.

После продажи Рокет Бук они искали варианты, куда еще можно внедрить усовершенствованные электронные батареи, и тут их осенило, так свет увидел электрический автомобиль tZero Car.

Разгон до 100 км/час занимал 4.1 секунды

Но были видны существенные минусы этого электрокара, а именно аккумуляторы. Машина использовала свинцово-кислотные аккумуляторы, причем в машине их было установлено 28 штук. Данная технология уже довольно старая, не говоря уже о том что запас хода был небольшим, не смотря на то, что машина была двухместная и сделана из стеклопластика, а значит каждый килограмм экономили.

Минусов у этой машины было больше чем плюсов. Все экземпляры собирались вручную, вследствие чего кусалась цена. Запас хода был небольшим, несмотря на то, что при торможении машина заряжала сама себя.

В целом это была игрушка для богатых, а вот Мартин и Марк увидели в этом отличный потенциал, и при этом нашли куда применить новые аккумуляторы.

Казалось бы, имеются все технологии запуска, но производство автомобилей дело чрезвычайно сложное, так как в автомобильной индустрии не принято все собирать и производить в одном месте, просто потому что это практически невозможно.

Чтобы выйти на рынок и сыскать какой-то успех, в наших реалиях недостаточно сделать просто электрокар — нужна «изюминка», и она была найдена в производительности и скорости, но для старта нужны были деньги, и Мартин с Марком занялись поиском инвесторов. Одним из первых инвесторов, к которому они обратились был Илон Маск.

После встречи в головном офисе Space X во время презентации возникли разногласия, так как основную «фишку» — скорость и производительность Илон Маск разделял. Также основными идеями было то, что электрокар должен быть красив, и при этом не быть немного лучше чем машин с ДВС, а стать настоящим прорывом, и на этом по факту все инженеры были солидарны.

По итогу Илон Маск согласился стать инвестором. Первая его инвестиция составила $7.5 миллионов, так же после Маска в компанию вложили активы такие мировые компании как ebay, Google и TOYOTA, но поскольку Илон Маск вложил больше всех — он стал сооснователем, а также представителем компании.

Преимущества автомобиля Тесла

Электричество вместо топлива. Заправлять автомобиль электричеством намного дешевле, чем жидким топливом. Давайте сделаем простые расчеты…

Самые мощные батареи, которые устанавливаются на Теслу — это 100 кВт⋅час. Запас хода при этом составляет что-то около 500 км. Итак, 1 кВт⋅час для Москвы стоит где-то около 6 руб. Итого, чтобы заправить наш авто, потребуется 100 х 6 = 600 рублей. Итого 600/500=1,2 руб/км.

Что с бензином? Простой ВАЗ типа Гранты будет кушать примерно 7 литров на 100 км пути. Литр бензина на момент, пока пишется статья, составляет по Москве 43 рубля. Итого, чтобы на 100 км пути потребуется около 300 рублей. 300/100=3 руб/км

В принципе, почти то же самое соотношение получается и по всему миру.

цена за одну милю

О чем это говорит? Да о том, что заправлять автомобиль электричеством обходится почти в 3 раза дешевле, чем бензином.

Экологичность. После сжигания горючего жидкого топлива в атмосферу выбрасывается масса продуктов горения, которые очень сильно вредят окружающей среде. Отсюда разные болезни, особенно у жителей мегаполисов. Электричество в этом плане не выдает никаких вредных веществ в атмосферу.

Да, некоторые защитники могут сказать, для того, чтобы получить электричество, нам надо опять же сжигать газ, уголь, строить атомные реакторы, строить плотины и тд. Но чтобы получить бензин, надо строить нефтеперерабатывающие заводы, нефтепроводы, надо заниматься траспортировкой бензина на АЗС и тд. Не проще ли тянуть провода с какой-нибудь ГЭС?

Кстати, некоторые продвинутые страны очень приветствуют электромобили и снимают с них транспортный налог.

Бесшумность. Звук электродвигателя почти незаметен, поэтому в Тесле вы не услышите никакого рева мотора, так как стоит электродвигатель). Максимум, что вы можете услышать — это гул покрышек при езде.

Отзывчивость педали газа. Педаль газа в Тесле очень отзывчива к нажатию и СРАЗУ же воздействует на динамику разгона и торможения. В этом случае говорят, что при разгоне «вдавливает в кресло». На Тесле так оно и есть. Современный Tesla Roadster вообще разгоняется до сотки за 1,9 секунд!

Автопилот. О нем я говорил выше в статье.

Безопасность. Пока что автомобиль Тесла признан самым безопасным авто в мире, получив наивысший рейтинг.

Нет коробки передач. Крутящий момент двигателя на требуемых оборотах до 18 000 почти везде одинаков. Поэтому, коробка передач для Теслы не требуется.

Низкая цена обслуживания. Так как Тесла не имеет коробки передач, а также мало изнашиваемых деталей, то ее обслуживание в разы дешевле, чем у автомобиля с ДВС. В автомобиле с ДВС обязательно надо менять масло в коробке, масло в двигателе, тормозные колодки, каждые 3-4 года покупать новый аккумулятор.

Программное обеспечение. В Тесле сидят не только конструкторы, но также и программисты. Поэтому, автомобили Тесла могут похвастаться самым передовым программным обеспечением и контролем за силовыми частями цепи, то есть за аккумуляторами, инвертором, двигателем.  Все это вкупе работает как часики. Также компания не забывает обновлять программное обеспечение по «воздуху».

Первый или нет? Какая разница!

Давайте попробуем как можно более объективно оценить труды Николы Теслы и понять, какую важную роль он сыграл во второй мировой промышленной революции начала XX века.

Условно можно разбить трудовую жизнь Теслы на два периода: до пожара в его лаборатории в Нью-Йорке в марте 1895 года и после.

До этого события изобретения Теслы уверенно можно назвать крайне эффективными, полезными и остроумными. Многие достоверно подтверждены патентами и статьями

Здесь очень важно попытаться представить, в каком состоянии пребывало научно-инженерное общество того времени. В XIX веке открытия Эрстеда, Ампера, Ома, Фарадея, Максвелла и других ученых привело многих к четкому осознанию, что за электромагнетизмом будущее

Огромное количество блестящих умов по всему миру было занято исследованием применения электрических и магнитных явлений. Если в одной стране один человек доходил до какого-нибудь технического открытия, то в другой точке земного шара в это же время нечто похожее вполне мог сконструировать другой. Поэтому споры о том, кто был первым, не утихают и по сей день. Хотя почему бы просто не определить, что первыми были несколько людей? Разве это умаляет их заслуги?

Фото: East News

Так многократно случалось впоследствии и с наследием Николы Теслы. Например, достоверно известно, что в 1891 году он продемонстрировал на практике применение радиосвязи с помощью передающего устройства с резонанс-трансформатором. Это подтверждает и знаменитая радиоуправляемая модель лодки Теслы. Сложно представить, но еще в конце XIX века человечество увидело дистанционное управление модели катера. Конечно, возникают споры, кто был первым — Тесла или русский физик Александр Попов, создавший радио примерно в то же время.

Также достоверно известно о факте создания Теслой в 1890-х годах «лучевых трубок», питаемых от резонансных трансформаторов его собственной конструкции и испускающих, как теперь они называются, рентгеновские лучи. До сих пор обсуждается вопрос приоритета столь выдающегося открытия, за которое Вильгельм Рентген в 1901 году получил Нобелевскую премию. Однако сам Тесла не претендовал на открытие.

Кроме того, Тесла, будучи сторонником теории существования электроэфирной среды, исследовал возможность создания каналов в эфирной среде, по которым можно было бы передавать огромные электрические импульсы. По всем признакам эта идея опередила свое время почти на полвека. Теперь подобное явление называется плазменным шнуром. Однако никаких свидетельств о каком-либо четком и обоснованном результате Теслы нет, лишь об идее и пробных экспериментах.

То же самое касается и известных домыслов о познании шаровых молний Теслой. На уровне разговоров и интервью упоминаний много. По словам самого Теслы, его не интересовало это понятное ему явление, так как оно являлось побочным атрибутом при создании мощных искровых разрядов, которыми Тесла надеялся передавать электричество без проводов. Тем не менее явление ни тогда, ни сейчас однозначно не объяснено.

12 октября 1887 года — важная дата в карьере Теслы. В этот день он опубликовал строгое научное описание сути явления вращающегося магнитного поля. Это важнейшее открытие способствовало тому, что впоследствии именно в честь Николы Теслы назвали единицу измерения магнитной индукции в международной системе единиц СИ.

Работая на Вестингауза, Тесла запатентовал множество различных применений самых разных многофазных систем переменного тока. До изобретения так называемого асинхронного двигателя переменный ток не находил широкого применения, поскольку не мог использоваться в ранее существовавших электродвигателях, работающих на постоянном токе.

Рекуперативное торможение

В автомобиле Тесла всего две педали и подножка для левой ноги, чтобы было куда ее девать при вождении)

педали в автомобиле Тесла

На самом же деле управлять автомобилем можно всего с помощью одной педали: педали газа. На английский манер такой способ вождения электрокаров называется one pedal driving. Почему это возможно на электрокарах?

Давайте для начала разберемся, как вообще происходит торможение в простом автомобиле на ДВС?

Когда мы нажимаем педаль тормоза, у нас тормозные колодки прижимаются к тормозным дискам, и автомобиль начинает тормозить. Куда уходит вся кинетическая энергия движущегося автомобиля? Она превращается в тепло и рассеивается в окружающем пространстве. Можете потрогать тормозные диски после длительного торможения. Они будут очень горячие.

Но вот в автомобилях Тесла торможение происходит совсем по другому принципу. Да, там тоже имеются тормозные колодки и диски, но они используются намного реже, чем у авто с ДВС. Как происходит торможение в Тесла? Как только вы отпускаете педаль газа, автомобиль начинает останавливаться, то есть активируется система рекуперативного торможения. В этом случае двигатель превращается в генератор электрической энергии. Куда уходит энергия от торможения? Если в простых автомобилях она уходила в тепло, то здесь двигатель в роли генератора начинает подзаряжать аккумуляторы. То есть можно сказать, что вся кинетическая энергия автомобиля превращается в электричество и запасается в аккумуляторах. Но почему же происходит процесс торможения? Дело в том, образующееся магнитное в обмотках статора будет тормозить ротор, поэтому и происходит торможение вала двигателя.

Для полной остановки электромобиля потребуется педаль тормоза, которую нажимают в самом конце остановки. Отсюда следует, что тормозные колодки на Тесле надо менять в разы реже, чем на автомобиле с ДВС.

Недостатки электромобилей Тесла

Долгое время зарядки. В то время, как простой автомобиль с ДВС можно заправить буквально за 5 минут, Тесле поребуется около часа. Но и здесь опять же есть подвижки. В настоящее время компания стремится к тому, чтобы сделать время заряда как можно меньше. Для этого она строит так называемые Supercharger stations по всему миру. Эти заправочные станции, как говорят в Тесле, будут совершенно бесплатны, а ваш автомобиль сможет зарядиться на 80% за 30 минут! То есть пока вы пьете кофе, ваш авто уже будет снова готов покорять просторы) Полная зарядка на таких заправочных станциях длится около полутора часов. Пока что таких заправочных станций не так много, но я считаю, что ситуация все равно будет меняться в лучшую сторону.

заправка Supercharger

Высокая стоимость. Цены на новые модели Теслы в бомж комплектации в Америке начинаются от 43 000 $. По нашим деньгам это около 2 800 000 рублей. В Москве цены начинаются от 3,5 млн рублей. Не очень то и дешево для электрокара.

Что делает Tesla-мобиль особенным

В каждой модели электрокара от Tesla появлялись новые фишки, о чём мы ещё поговорим, но главные технологические решения прослеживаются во всём модельном ряде.

Конструкция

Всем известно, что автомобили на жидком топливе имеют сотни движущихся элементов, но в случае с нашими электрическими друзьями всё немного проще – их работа обеспечивается лишь четырьмя основными системами:

• Система хранения энергии (ESS);
• Модуль силовой электроники (PEM);
• Электродвигатель;
• Секвентальная коробка передач.

Tesla Motors Model S конструкция

Таким образом, электромобили имеют меньший вес, больше полезного пространства внутри (два багажника) и меньшую вероятность поломки из-за относительно небольшого количества деталей.

Автопилот

Внимания заслуживает и продвинутый автопилот Tesla. Пока всё ещё не исключается присутствие водителя за рулём, но Илон Маск обещает, что уже скоро машина сможет проехать от одного американского побережья к другому без участия водителя, которому даже подзарядкой не придётся заниматься – всё сделает искусственный интеллект.

Автопилот Tesla

Автопилот может передвигаться по дороге, придерживаясь своей полосы, рулить и притормаживать, чтобы не сталкиваться с другими авто, контролировать скорость с учётом интенсивности движения и выполнять много других полезностей.

Актуальные модели могут самостоятельно (без водителя) преодолевать до 12 метров, например, для того, чтобы припарковаться или заехать в гараж.

Автопилот действии:

Минимализм в салоне

Центральная консоль представлена огромным сенсорным экраном (размер зависит от модели), с помощью которого и происходит основное управление. Никаких тумблеров и кнопочек вы не найдёте. На месте привычной приборной доски также расположен дисплей со всей нужной информацией.

Сам интерьер соответствует цене автомобиля, но не будем его сильно расписывать, т. к. на вкус и цвет товарищей нет.

Батареи

Источник питания – то без чего электромобиль не поедет. До этого использовались большие гальванические элементы, однако Tesla Motors пошли другим путём. Их автомобили питаются от аккумулятора из нескольких тысяч литий-ионных батареек производства Panasonic, похожих на те, что используются в устройствах бытовой техники.

В Tesla Roadster аккумулятор располагался позади сидений, а уже в Model S его разместили в полу автомобиля. Такое решение позволило сохранить полезное пространство и улучшить управляемость.

Сеть «Суперзарядок»

Владельцы автомобилей Tesla должны рассчитывать на длительные поездки, поэтому были разработаны Supercharger – зарядные станции для электромобилей. В перспективе они должны быть такими же доступными и распространенными, как обычные заправки.

Автомобили Тесла на подзарядке

На сегодняшний день сеть «Суперзарядок» неплохо развита в США: можно доехать от одного до другого побережья, не боясь, что в дороге у вас сядет батарея и негде будет зарядиться. Потихоньку Supercharger появляется в Европе, Азии и даже в России такое чудо кое-где можно увидеть.

Изначально для владельцев Tesla-мобилей подзарядка была бесплатной, однако недавно производитель сообщил, что по новым правилам плата взиматься всё же будет. А если точнее, то каждому владельцу такого автомобиля будет выдаваться ежегодный купон на 400 кВт/ч бесплатной зарядки, и когда лимит исчерпается, придётся платить из своего кармана. Расценки пока неизвестны.

Почему асинхронный двигатель лучше, чем ДВС

График зависимости крутящего момента (Н⋅м) от оборотов двигателя внутреннего сгорания (ДВС) выглядит примерно вот так:

График зависимости крутящего момента от оборотов в ДВС

Поэтому, соединять вал двигателя ДВС напрямую с колесами — так себе идея.

В этом случае требуется трансмиссия и коробка передач

трансмиссия и коробка передач в автомобилях с ДВС

Также не забывайте, что линейное движение поршней должно быть преобразовано во вращательное движение. Это очень трудоемкий процесс, так как приходится балансировать весь двигатель, чтобы было как меньше вибраций при работе.

принцип работы двигателя ДВС

Да и для того, чтобы запустить такой двигатель, нам также понадобится стартер. А как вы знаете, без аккумулятора стартер не заведется. Ну или «с толкача»).

Еще один минус ДВС в том, что выдаваемая им мощность очень неравномерна, поэтому надо использовать маховик.

К очевидным минусам ДВС можно также добавить его высокую стоимость, выбросы выхлопных газов в окружающую среду, высокую стоимость топлива, ограниченный ресурс, так как очень много трущихся деталей, низкий КПД, сильный шум, большой вес, замена расходников, а также, как мы уже говорили, требуется обязательно коробка переключения передач.

Зависимость крутящего момента от оборотов электродвигателя на автомобилях Тесла выглядит так

Скорость вращения двигателя может быть от нуля и до 18 000 оборотов в минуту! Как вы видите, почти во всем диапазоне эта зависимость почти равномерная. Значит, нет надобности в трансмиссии и коробке передач.

Если даже сравнивать ДВС и асинхронный двигатель, то можно увидеть существенную разницу весе и выдаваемой мощности. Отношение веса к выдаваемой мощности у ДВС 0,8 кВт/кг, а у асинхронного двигателя 8,5 кВт/кг. Разница более, чем в 10 раз!

сравнение двигателя ДВС и асинхронного двигателя

Будущее компании Тесла

Есть ли у компании будущее? Здесь большой вопрос. Все понимают, что будущее должно быть за электрокарами, но также не забывайте, что мы живем в абсолютно другом мире — в мире капитализма, где основная цель большинства людей — это деньги. Поэтому, чтобы посмотреть, как идут дела у компании, мы рассмотрим его с точки зрения инвестора, который готов или не готов вложиться в эту компанию.

Итак, на рисунке ниже мы видим график стоимости акций компании Тесла на июнь месяц 2019 года.

график стоимости акций Тесла

Как вы могли заметить, начиная с 2013 года акции полетели вверх. Где-то приблизительно в это время началась поставка первых автомобилей. Инвесторы увидели перспективу и кинулись покупать акции, что послужило их дальнейшему росту. Если акции в среднем стоили около 30$ за штуку, за пару лет их цена взлетела до 200$ за штуку! То есть акции Тесла подорожали почти в 6 с лишним раз!

Но все ли так гладко в компании? Для этого надо посмотреть финансовый отчет по годам.

прибыль компании Тесла по годам

Как вы видите, из года в год компания получает убыток, то есть как говорится по-русски, работает в минус.

Как же сейчас обстоят дела у компании? Для этого открываем квартальные отчеты

квартальный отчет компании Тесла за 2018-2019 год

Видим, что за 3 и 4 квартал 2018 года компания получила неплохую прибыль, но за первый квартал 2019 года опять «ушла в минус».  Чего ожидать дальше, пока никто не знает, хотя Илон Маск уверяет, что с компанией все будет хорошо. Выпускаются новые модели, покоряются новые рынки. Ну что же, поживем  — увидим.

Материал подготовлен по видео: