Bagaimana cara kerja mobil listrik?

November 01, 2024

Published October 09, 2024

Bagaimana cara kerja mobil listrik dan apa kekhasan teknisnya? Dalam posting blog ini, kami membahas secara rinci tentang teknologi dan fungsionalitas kendaraan listrik dan menjelaskan semua aspek penting.

Fakta kunci tentang cara kerja mobil listrik

Mobil listrik memiliki desain yang jauh lebih sederhana daripada mesin pembakaran: motor listrik, baterai, elektronika daya, transmisi, dan port pengisian daya adalah komponen utama yang bekerja sama dengan sempurna.

Motor listrik adalah jantung dari penggerak. Ini mengubah energi listrik menjadi gerakan, menawarkan torsi penuh dari putaran pertama dan mencapai efisiensi hingga 95%.

Baterai adalah penyimpanan energi mobil listrik. Baterai lithium-ion yang kuat biasanya digunakan, yang kapasitasnya menentukan jangkauan. Pengisian dan pemulihan yang cerdas meningkatkan efisiensi.

Elektronika daya dan teknologi pengisian daya sangat penting untuk kinerja dan kesesuaian untuk penggunaan sehari-hari. Mereka mengontrol aliran energi, memungkinkan pengisian cepat, dan melindungi komponen dari kelebihan beban.

Struktur dasar mobil listrik

Berbeda dengan mesin pembakaran, powertrain mobil listrik terdiri dari komponen yang jauh lebih sedikit. Komponen-komponen ini bekerja sama erat untuk menggerakkan mobil listrik secara efisien dan andal. Bahan utamanya adalah:

Motor listrik: Jantung penggerak, mengubah energi listrik menjadi energi kinetik.
Baterai (baterai tegangan tinggi): Menyimpan energi listrik dan memasok motor.
Elektronika daya: Mengontrol dan mengatur aliran energi antara baterai dan motor.
Transmisi: Mentransfer tenaga mesin ke as penggerak (seringkali satu tahap).
Port pengisian daya: Memungkinkan baterai diisi di stasiun pengisian daya atau soket.

Arsitektur skateboard dalam konstruksi

Banyak mobil listrik menggunakan apa yang disebut "arsitektur skateboard" dalam konstruksinya. Komponen berat seperti baterai dan motor listrik disusun rata di bagian bawah bodi kendaraan. Ini memastikan pusat gravitasi yang rendah dan distribusi bobot yang optimal, yang meningkatkan dinamika dan stabilitas berkendara. Selain itu, desain ini menawarkan lebih banyak fleksibilitas dalam desain bodi dan interior.

Mobil kecil: Dari sekitar 20.000 euro, ideal untuk lalu lintas kota
Kelas menengah: Rata-rata 30.000 hingga 50.000 euro, baik untuk keluarga
Kelas mewah: Seringkali 80.000 hingga 100.000 euro, menawarkan kemewahan dan jangkauan

Cara kerja motor listrik

Prinsip motor listrik didasarkan pada interaksi medan magnet. Di dalam motor ada dua komponen utama: stator tetap dan rotor yang berputar. Stator terdiri dari kumparan yang dilalui arus bolak-balik mengalir. Ini menciptakan medan elektromagnetik. Rotor dilengkapi dengan magnet permanen. Interaksi medan magnet stator dan rotor menciptakan gaya yang menyebabkan rotor berputar. Elektronika daya mengontrol frekuensi dan kekuatan arus bolak-balik, sehingga mengatur kecepatan dan torsi motor. Motor listrik dapat mengembangkan torsi maksimumnya dari posisi diam, yang memastikan respons langsung dan akselerasi yang kuat.

Vorteile von Elektromotoren

Hoher Wirkungsgrad (bis zu 70%)
Volle Leistung ab der ersten Umdrehung
Geräuscharm und vibrationsfrei
Wartungsarm und langlebig
Durch die direkte Kraftübertragung entfällt bei den meisten E-Autos auch das Schaltgetriebe, was den Fahrkomfort erhöht.

Vergleich der Effizienz und des Wirkungsgrads

Elektromotoren haben einen deutlich höheren Wirkungsgrad als Verbrennungsmotoren. Während moderne Benzin- und Dieselmotoren maximal 40% der eingesetzten Energie in Bewegung umsetzen, erreichen Elektromotoren Wirkungsgrade von bis zu 70%. Das bedeutet, dass Elektroautos die verfügbare Energie wesentlich effizienter nutzen und somit weniger Energieverluste haben.

Die Batterie als Energiespeicher

Die Batterie ist sozusagen der Tank des Elektroautos. Hier kommen meist Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz, die aus vielen einzelnen Zellen bestehen. Jede Zelle enthält eine Anode (negative Elektrode), eine Kathode (positive Elektrode) und einen Elektrolyten. Beim Entladen wandern die Lithium-Ionen von der Anode zur Kathode und geben dabei Elektronen ab, die über einen äußeren Stromkreis zum Motor fließen.

Beim Laden kehrt sich der Prozess um: Die Lithium-Ionen wandern zurück zur Anode, und die Elektronen werden wieder in der Zelle gespeichert. Die Kapazität der Batterie, gemessen in Kilowattstunden (kWh), bestimmt die Reichweite des Elektroautos. Je höher die Kapazität, desto mehr Energie kann gespeichert werden und desto weiter kommt man mit einer Ladung.

Wichtige Faktoren bei der Batterie

Brutto- und Nettokapazität (nutzbare Kapazität)
Ladegeschwindigkeit und -verhalten
Temperaturmanagement (Kühlung und Heizung)
ebensdauer und Alterung

Die Batterieproduktion ist derzeit noch aufwendig und teuer, doch die Technologie entwickelt sich stetig weiter. Fortschritte bei Energiedichte, Schnellladefähigkeit und Lebensdauer machen Elektroautos immer alltagstauglicher.

Unterschied zwischen Brutto- und Nettokapazität

Bei der Kapazität einer Elektroauto-Batterie wird zwischen Brutto- und Nettokapazität unterschieden. Die Bruttokapazität gibt die gesamte theoretisch speicherbare Energiemenge an. Davon ist jedoch nicht alles nutzbar, da ein Teil als Puffer dient, um die Batterie zu schonen und ihre Lebensdauer zu erhöhen. Die tatsächlich nutzbare Energiemenge wird als Nettokapazität bezeichnet und liegt meist 10-20% unter der Bruttokapazität.

Einfluss von Kälte auf die Batterieleistung

Niedrige Temperaturen haben einen negativen Einfluss auf die Leistung und Reichweite von Elektroauto-Batterien. Bei Kälte verlangsamen sich die chemischen Reaktionen in den Zellen, wodurch die verfügbare Kapazität sinkt. Zudem wird ein Teil der Energie für die Beheizung der Batterie und des Innenraums benötigt, was zusätzlich an der Reichweite zehrt. Moderne Elektroautos verfügen jedoch über effiziente Wärmepumpen und Isolierungen, die diesen Effekt abmildern.

Ladetechnik

Elektroautos werden über den Ladeanschluss mit Strom “betankt”. Dabei wird Wechselstrom (AC) aus dem Netz in Gleichstrom (DC) umgewandelt, den die Batterie speichern kann. Je nach Lademethode und -leistung unterscheidet man zwischen verschiedenen Ladearten:

Pengisian AC (arus bolak-balik): Ini dilakukan melalui elektronik pengisian daya on-board, yang mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Ini umum terjadi di wallbox domestik atau stasiun pengisian AC umum. Daya pengisian biasanya antara 3.7 dan 22 kW.
Pengisian DC (arus searah): Arus searah diumpankan langsung ke baterai, konversi terjadi di stasiun pengisian daya. Memungkinkan kapasitas pengisian daya tinggi hingga 350 kW dan dengan demikian waktu pengisian yang singkat. Terutama ditemukan di stasiun pengisian cepat di sepanjang jalan raya.

Kabel pengisi daya dan jenis steker untuk mobil listrik

Untuk dapat mengisi daya mobil listrik Anda di stasiun pengisian umum atau di rumah, Anda memerlukan kabel pengisi daya yang sesuai. Ini sudah termasuk dalam ruang lingkup pengiriman kendaraan Anda atau dipasang secara permanen di stasiun pengisian daya. Ada berbagai jenis colokan, yang dapat bervariasi tergantung pada kendaraan dan stasiun pengisian daya. Oleh karena itu, penting agar port pengisian daya mobil listrik Anda kompatibel dengan steker stasiun pengisian daya. Jika tidak, Anda memerlukan adaptor yang sesuai.

Di Jerman dan Uni Eropa, apa yang disebut steker Tipe 2, juga dikenal sebagai steker Mennekes, telah memantapkan dirinya sebagai standar. Sejak 2013, ini telah menjadi standar di seluruh UE untuk stasiun pengisian daya publik. Steker Tipe 2 memungkinkan pengisian daya tiga fase dan dapat diperluas dengan steker CCS (Combined Charging System). Ini juga dikenal sebagai "colokan Combo 2" dan memiliki dua kontak pengisian daya tambahan. Ekspansi ini memungkinkan proses pengisian cepat dengan arus searah (DC) dan kapasitas pengisian hingga 300 kilowatt dan lebih.

Untuk mulai mengisi daya di stasiun pengisian daya umum, Anda memerlukan kartu pengisian daya atau aplikasi pengisian daya selain kabel pengisi daya yang tepat. Dengan ini, Anda dapat membuka kunci stasiun pengisian daya, memulai proses pengisian daya, lalu membayar. Anda bisa mendapatkan kartu pengisian daya dari penyedia listrik Anda atau penyedia pihak ketiga, sedangkan aplikasi pengisian daya biasanya tersedia secara gratis di toko aplikasi biasa. Saat membeli mobil listrik, perhatikan jenis colokan apa yang didukung kendaraan dan kabel pengisi daya mana yang termasuk dalam ruang lingkup pengiriman. Ini memastikan bahwa Anda dapat dengan mudah mengisi daya mobil listrik Anda di berbagai stasiun pengisian daya dan siap untuk situasi apa pun

Penyembuhan

Fitur khusus mobil listrik adalah pemulihan. Saat mengerem atau mengemudi menuruni bukit, energi kinetik yang dihasilkan dapat ditangkap dan dengan demikian diubah menjadi energi listrik dan diumpankan kembali ke baterai. Proses ini dapat secara signifikan meningkatkan efisiensi kendaraan listrik dan meningkatkan jangkauannya.

Prinsip pemulihan sederhana: segera setelah pengemudi melepaskan kakinya dari pedal akselerator atau rem, motor listrik mengambil alih fungsi generator. Alih-alih menyalakan mobil, ia mengubah energi kinetik menjadi listrik, yang mengalir langsung ke baterai dan mengisi ulang. Bergantung pada situasi mengemudi dan pengaturan sistem pemulihan, sebagian besar energi pengereman dapat dipulihkan dan disimpan. Terutama dalam lalu lintas stop-and-go perkotaan atau di rute dengan banyak keringan, pemulihan menunjukkan sisi terbaiknya. Di sini, energi yang dipulihkan dapat meningkatkan jangkauan hingga seperlima. Pada saat yang sama, rem konvensional dilindungi, karena motor listrik mengambil alih sebagian besar proses pengereman.

Mobil listrik saat ini sering menawarkan beberapa tingkat pemulihan, di mana pengemudi dapat memilih tergantung pada preferensi dan kondisi mengemudinya. Pada level tertinggi, yang disebut "mengemudi satu pedal", kendaraan dapat direm hingga berhenti dengan pemulihan saja, tanpa harus menginjak pedal rem.

Peran elektronika daya

Elektronika daya adalah penghubung antara baterai dan motor listrik. Ini memiliki beberapa tugas penting:

Konversi arus searah dari baterai menjadi arus bolak-balik untuk motor
Kontrol tegangan dan frekuensi untuk mengontrol kecepatan dan torsi
Pemulihan energi selama pengereman (pemulihan)
Fungsi perlindungan dan pemantauan baterai dan motor

Elektronika daya modern bekerja sangat efisien untuk memaksimalkan jangkauan mobil listrik. Ini menggunakan semikonduktor berkinerja tinggi seperti IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistors) atau MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) untuk mengganti arus dan tegangan tinggi secara tepat. Selain itu, elektronika daya terus memantau kondisi baterai dan motor. Ini melindungi baterai dari pengisian daya yang berlebihan, pengosongan yang berlebihan, dan panas berlebih dengan membatasi arus pengisian atau pengosongan saat diperlukan. Motor juga terlindungi dari kelebihan beban, misalnya dengan membatasi torsi pada suhu yang terlalu tinggi.

Transmisi pada mobil listrik

Berbeda dengan mesin pembakaran, motor listrik seringkali tidak memerlukan transmisi manual multi-kecepatan. Alasannya adalah karakteristik torsi motor listrik: mereka menawarkan torsi penuh dari putaran pertama dan dapat bekerja secara efisien dalam rentang kecepatan yang luas.

Oleh karena itu, banyak mobil listrik mengandalkan transmisi satu tahap dengan rasio tetap. Ini mengubah kecepatan tinggi mesin menjadi kecepatan rendah yang diperlukan pada roda penggerak. Rasio roda gigi dipilih sedemikian rupa sehingga kompromi antara akselerasi dan kecepatan tertinggi tercapai.

Beberapa pabrikan juga bereksperimen dengan transmisi multi-kecepatan untuk lebih meningkatkan efisiensi. Dua gigi biasanya digunakan: gigi pendek untuk akselerasi yang kuat dan gigi panjang untuk mengemudi yang efisien pada kecepatan tinggi. Perpindahan gigi otomatis dan tidak terlihat oleh pengemudi.

Jangkauan dan kesesuaian untuk penggunaan sehari-hari

Jangkauan tersebut merupakan faktor penentu kesesuaian mobil listrik untuk penggunaan sehari-hari. Itu tergantung pada banyak faktor, termasuk:

Kapasitas baterai
Dorong efisiensi
Gaya dan kecepatan mengemudi
Suhu luar dan kondisi cuaca
Profil muatan dan rute
Penggunaan pemanas atau AC

Mobil listrik modern sudah mencapai jangkauan 400 hingga lebih dari 500 kilometer dalam siklus WLTP. Berkat kapasitas baterai yang terus meningkat dan perluasan infrastruktur pengisian daya, jarak yang lebih jauh pun tidak lagi menjadi masalah. Namun demikian, penggunaan mobil listrik membutuhkan pemikiran dan perencanaan ulang.

Die Ladezeiten sind länger als das Tanken eines Verbrenners, und nicht überall stehen Ladesäulen zur Verfügung. Doch mit der richtigen Vorbereitung, einer vorausschauenden Routenplanung und Anpassung des Fahrstils lässt sich die Reichweite optimieren und der Alltag problemlos elektrisch meistern.

Tipps zur Reichweitenoptimierung

Die Reichweite ist ein entscheidender Faktor für die Alltagstauglichkeit von Elektroautos. Neben der Batteriekapazität und der Effizienz des Antriebs haben auch Fahrweise und Umgebungsbedingungen einen großen Einfluss. Mit diesen 7 Tipps lässt sich die Reichweite oft deutlich steigern:

Vorausschauend und gleichmäßig fahren, häufiges Beschleunigen und Bremsen vermeiden
Rekuperation nutzen, um Bremsenergie zurückzugewinnen
Geschwindigkeit reduzieren, da der Energieverbrauch überproportional mit der Geschwindigkeit steigt
Unnötige elektrische Verbraucher wie Klimaanlage oder Sitzheizung nur sparsam einsetzen
Batterie vor Fahrtantritt vorheizen oder kühlen, solange das Auto noch an der Ladestation hängt
Reifendruck regelmäßig prüfen, da zu niedriger Druck den Rollwiderstand erhöht
Unnötigen Ballast vermeiden und Dachgepäckträger abmontieren, wenn diese nicht benötigt werden

Banyak mobil listrik modern juga menawarkan program mengemudi ramah lingkungan dan asisten jangkauan yang membantu pengemudi mengemudi secara efisien. Dengan menyesuaikan tenaga mesin, AC, dan tingkat pemulihan, jangkauan seringkali dapat ditingkatkan sebesar 10-20%. Dengan pengalaman yang meningkat, banyak pengemudi mobil listrik mengembangkan perasaan untuk berkendara yang efisien dan dapat memanfaatkan keunggulan mobilitas listrik secara optimal.

Kelebihan dan kekurangan mobil listrik dibandingkan dengan mesin pembakaran

Keuntungan dari mobil listrik

Nol emisi: Mobil listrik tidak memancarkan polutan apa pun saat mengemudi dan dengan demikian berkontribusi untuk meningkatkan kualitas udara.
Subsidi pemerintah: Saat membeli mobil listrik, pembeli bisa mendapatkan keuntungan dari subsidi dan keuntungan pajak.
Kenikmatan berkendara: Motor listrik menawarkan respons langsung dan akselerasi yang kuat.
Kebisingan rendah: Mobil listrik secara signifikan lebih senyap daripada mesin pembakaran, yang meningkatkan kenyamanan berkendara dan mengurangi polusi suara.
Biaya pengoperasian yang lebih rendah: Listrik biasanya lebih murah daripada bensin atau solar, dan tidak ada biaya untuk penggantian oli dan pekerjaan pemeliharaan lainnya.

Kekurangan mobil listrik

Infrastruktur pengisian daya: Meskipun jaringan titik pengisian umum berkembang, namun belum sepadat jaringan stasiun pengisian bahan bakar.
Waktu pengisian: Pengisian baterai membutuhkan waktu yang jauh lebih lama daripada mengisi bahan bakar mesin pembakaran, bahkan di stasiun pengisian cepat.
Biaya akuisisi yang lebih tinggi: Mobil listrik biasanya lebih mahal daripada mesin pembakaran yang sebanding, bahkan jika harga turun karena skala ekonomi dan kemajuan teknologi.
Jangkauan terbatas: Meskipun kapasitas baterai meningkat, mobil listrik memiliki jangkauan yang lebih pendek daripada mesin pembakaran, yang menjadi kendala bagi sebagian pengguna.
Penilaian siklus hidup: Produksi baterai intensif energi dan membutuhkan ekstraksi bahan baku langka, yang memengaruhi penilaian siklus hidup mobil listrik secara keseluruhan.

Secara keseluruhan, mobil listrik menawarkan banyak keunggulan seperti nol emisi, biaya operasional yang lebih rendah, dan subsidi pemerintah. Namun, ini juga diimbangi oleh kelemahan seperti biaya akuisisi yang lebih tinggi, jangkauan yang terbatas, dan infrastruktur pengisian daya yang masih tambal sulam. Namun, seiring kemajuan teknologi dan perluasan infrastruktur pengisian daya, banyak dari kelemahan ini kemungkinan akan menjadi kurang penting di masa depan.

Bagaimana cara kerja mobil listrik – Kesimpulan

Mobil listrik adalah kendaraan berteknologi tinggi yang menarik yang memungkinkan mobilitas yang nyaman, senyap, dan bebas emisi melalui interaksi sempurna antara motor listrik, baterai, elektronika daya, dan teknologi pengisian daya. Inti dari ini adalah motor listrik yang efisien dan bertenaga, yang dikendalikan secara tepat oleh elektronika daya. Baterai sebagai unit penyimpanan energi memainkan peran kunci dalam menentukan jangkauan, yang dapat dioptimalkan melalui pengisian cerdas dan gaya berkendara antisipatif.

Dengan jangkauan yang semakin besar, waktu pengisian yang lebih cepat, dan infrastruktur pengisian daya yang meningkat, mobil listrik menjadi semakin cocok untuk penggunaan sehari-hari dan alternatif nyata untuk mesin pembakaran. Dengan memahami cara kerjanya dan membuat beberapa penyesuaian perilaku sederhana, efisiensi dapat lebih ditingkatkan dan potensi penuh mobil listrik dapat dieksploitasi. Jadi tidak ada yang menghalangi masa depan listrik di jalan kita.

Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mengisi daya mobil listrik?

Waktu pengisian tergantung pada berbagai faktor, seperti kapasitas baterai, daya pengisian dan status pengisian daya. Pada soket domestik (2,3 kW), pengisian daya dapat memakan waktu 8-16 jam, tergantung pada modelnya. Pada kotak dinding (3,7-22 kW), waktunya dikurangkan menjadi 2-8 jam. Di stasiun pengisian cepat (hingga 350 kW), hingga 80% dari kapasitas seringkali dapat diisi dalam waktu kurang dari satu jam.

Seberapa jauh saya bisa melaju dengan satu kali pengisian daya?

Jangkauan mobil listrik modern biasanya antara 200 dan 600 kilometer, tergantung pada model dan kapasitas baterai. Namun, faktor-faktor yang mempengaruhi seperti gaya mengemudi, kecepatan, suhu luar, dan muatan dapat mengurangi jangkauan yang sebenarnya. Jangkauan seringkali dapat dioptimalkan melalui mengemudi antisipatif dan pemulihan.

Berapa lama baterai mobil listrik bertahan?

Masa pakai baterai tergantung pada berbagai faktor, seperti siklus pengisian daya, manajemen suhu, dan kondisi. Sebagian besar produsen memberikan garansi 8 tahun atau 160.000 kilometer untuk baterai. Pengalaman menunjukkan bahwa bahkan setelah itu, lebih dari 70% dari kapasitas asli seringkali masih tersedia. Masa pakai dapat diperpanjang dengan pengisian lembut dan menghindari pengosongan yang dalam.

Apakah mobil listrik benar-benar lebih ramah lingkungan daripada mesin pembakaran?

Mobil listrik tidak mengeluarkan polutan secara lokal, menjadikannya alternatif yang bersih di wilayah metropolitan. Namun, penilaian siklus hidup secara keseluruhan tergantung pada asal arus pengisian. Listrik hijau dari sumber terbarukan menjadikan mobil listrik sebagai pelindung iklim yang nyata. Tetapi bahkan dengan campuran listrik Jerman, mereka biasanya berkinerja lebih baik daripada mesin pembakaran. Namun, ekstraksi bahan baku baterai harus dilihat secara kritis.

Berapa biaya untuk mengisi daya mobil listrik?

Biaya pengisian tergantung pada harga listrik dan kapasitas baterai. Jika Anda mengisi daya di rumah, Anda membayar harga listrik rumah tangga normal (sekitar 30-35 sen/kWh). Dengan kapasitas 40 kWh, ini menghasilkan biaya 12-14 euro untuk pengisian penuh. Di stasiun pengisian umum, biaya untuk stasiun pengisian daya atau penyedia sering ditambahkan. Namun, secara keseluruhan, biaya pengoperasian biasanya jauh lebih rendah daripada dengan mesin pembakaran.

Bisakah saya juga mengisi daya mobil listrik di garasi saya sendiri?

Ya, pengisian daya di garasi Anda sendiri dimungkinkan dan bahkan direkomendasikan. Untuk pengisian daya reguler, wallbox dengan kapasitas pengisian daya yang lebih tinggi masuk akal. Itu terhubung ke sambungan rumah oleh tukang listrik. Instalasi profesional dan perlindungan yang memadai adalah penting. Peraturan khusus berlaku untuk penyewa dan pemilik apartemen mengenai persetujuan dan alokasi biaya.

source : Bagaimana cara kerja mobil listrik? Tampilan mendalam (chargehere.de)