Audi A2 e-tron: как инвертор, электродвигатель и коробка передач делают его более эффективным

Новый Audi A2 e-tron в самой экономичной версии потребляет всего 12,8 кВт·ч/100 км в цикле WLTP. Благодаря этому он относится к числу самых экономичных электромобилей вообще. Ранее уже было известно, что важную роль играют инверторы на основе карбида кремния. Теперь производитель раскрывает дополнительные детали.

Рекордно низкий расход энергии у Audi A2 e-tron с задним приводом мощностью 140 кВт и опциональным пакетом повышения эффективности стоимостью 2 410 евро достигается благодаря спортивной подвеске, снижающей высоту автомобиля, и шинам, оптимизированным с точки зрения сопротивления качению. Также важную роль играет и новый привод. Улучшения касаются инвертора, электродвигателя APP350 (с осевым параллельным расположением и крутящим моментом около 350 Нм) и однодисковой коробки передач.

Задняя ось Audi A2 e-tron с инвертором, APP350 и входным редуктором

Источник изображения: Audi

Инвертор

Инвертор преобразует постоянный ток от аккумулятора в переменный ток для двигателя. При этом необходимо преобразовать постоянное напряжение около 400 вольт в синусоидальное напряжение. Для этого используется модуляция ширины импульса: постоянно происходит замена знака напряжения, например, с +400 вольт на -400 вольт и обратно. Если ширина этих импульсов напряжения выбираться различно, то (после сглаживания за счет индуктивности медных обмоток) формируется синусоида.

Переключение осуществляется с помощью транзисторов; при этом неизбежно возникают так называемые потери на переключение, но с использованием транзисторов с эффектом Мозея на основе карбида кремния вместо кремния их можно снизить. По словам Audi, благодаря более низким потерям на переключение удается достигать коэффициентов полезного действия более 97 процентов.

Новшество заключается в том, что Audi также использует специальное программное обеспечение, с помощью которого частота переключения подстраивается под конкретные условия работы. Частота переключения выбирается максимально низкой, поскольку меньшее количество операций переключения означает меньшие потери. По заявлению Audi, это должно принести преимущества в эффективности, особенно в городском движении и в дальних поездках при средних оборотах и нагрузке. Благодаря более эффективному использованию энергии силовая электроника также может обеспечивать полную мощность даже при низком уровне заряда батареи.

По словам Audi, ещё одной функцией инвертора является обеспечение более комфортного уровня шума в салоне. Для этого в ток двигателя целенаправленно добавляются «высокочастотные гармонические компоненты». Таким образом, нежелательные звуки компенсируются в зависимости от режима работы.

Новый электродвигатель APP350 с инвертором (вверху) и коробкой передач (справа)

Источник изображения: Audi

Электродвигатель APP350

Эффективность нового синхронного двигателя с постоянными магнитами APP350 была повышена за счёт снижения потерь на железо. Эти потери возникают в результате перемагничивания материала в временно меняющихся магнитных полях: поскольку магнитное поле в электродвигателе постоянно меняется, небольшие магнитные области (так называемые области Вайса) в электророторе должны постоянно перенастраиваться. Этот процесс требует энергии, которая в конечном итоге преобразуется в тепло. Чтобы уменьшить эти потери, толщина листов ротора была снижена по сравнению с предыдущим двигателем APP310 с 0,3 до 0,2 миллиметра.

«Конструктивные меры, принятые для ротора и статора, касаются толщины листов, расположения сегментов ротора, а также схемы соединения обмоток статора». (Audi)

Для улучшения уровня шума были также изменены расположение постоянных магнитов в роторе. Когда магниты расположены прямой, непрерывной линией спереди назад, при вращении они резко сталкиваются с канавками статора. Это приводит к возникновению магнитного удара (момента зацепления) при каждом прохождении. В модели APP350 магниты установлены с небольшим смещением (смещение ротора или иерархическое расположение). Благодаря этому они уже не сталкиваются все одновременно, а с определенной задержкой — с магнитным полем статора, что улучшает акустические характеристики.

Кроме того, у статора происходит переход с звездовой на треугольную схему подключения. Более того, количество параллельных ветвей на фазу было сокращено. Это, хотя и увеличивает потери меди при высоких скоростях вращения, снижает так называемые токи замыкания при частичной нагрузке. Это призвано повысить эффективность при езде в повседневных условиях в городском или сельском трафике.

Коробка передач

Улучшения в трансмиссии легче понять, чем изменения в двигателе. Здесь в зависимости от мощности используются два передаточных числа: 10,21 при мощности 125 кВт и 140 кВт, а также 11,53 при мощности 170 кВт. Это означает, что в более слабых версиях выбирается более длинное передаточное число, что снижает необходимую частоту вращения двигателя — двигатель делает 10,21 оборота на оборот колеса вместо 11,53 оборотов в более мощных версиях. По словам Audi, различные передаточные числа позволяют переместить частоту вращения двигателя в оптимальные диапазоны.

Что касается самой мощной версии A2 e-tron с мощностью 240 кВт, Audi не указывает значение передаточного числа, но там также используется не APP350, а APP550.

Кроме того, используется масло для коробки передач с очень низкой вязкостью, что снижает так называемые потери из-за трения. Для более точной обработки зубчатых пар применяется специальный метод, позволяющий получить особенно гладкие поверхности. Это уменьшает трение и повышает эффективность.

Больше информации о эффективности электроприводов:

В итоге

Пфф, новое пресс-релизе Audi о приводе A2 e-tron — это настоящий шедевр. Мы, конечно, не всё совершенно правильно поняли; для этого, видимо, нужно иметь инженерное образование. Мы надеемся, что специалисты смогут объяснить нам всё это ещё лучше во время предстоящего тест-драйва.