XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2022
Web-ресурс для изучения узлов и компонентов электромобиля
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Развитие современных технологий коснулось и автомобильной промышленности. В настоящее время все более популярными на дорогах становятся электромобили (электрокары). Статистика показывает огромные показатели: за первое полугодие 2021 года российские дилеры продали в 17 раз больше новых электромобилей, чем за аналогичный период 2020 года. А если учесть не только официальные дилерские продажи, этот тренд становится еще более впечатляющим [1].
Электромобили интересуют не только людей, борющихся за экологию, но и тех, кто ищет вариант экономии. Поэтому электромобиль рассматривают как альтернативный способ разрешения некоторых социальных и экономических вопросов, возникающих в современном обществе.
Проблема: на автомобильных рынках все чаще стали появляться электромобили, мне стало интересно узнать, как они работают, в чем их достоинства и недостатки. Для ответа на этот вопрос, мы решили проанализировать материал по использованию электрокаров и создать web- ресурс.
Объект исследования: электромобиль
Предмет исследования: узлы и компоненты электромобиля
Цель: создание web- ресурс для изучения узлов и компонентов электромобиля
Задачи:
Дать теоритическое описание технического устройства электромобиля.
Проанализировать достоинства и недостатки использования электромобилей.
Разработать web-ресурс для ознакомления с основным устройством электромобиля.
Гипотеза: если мы наглядно представим электромобиль через web-ресурс, то большинство пользователей смогут лучше понять его устройство.
Методы исследования:
Теоретические методы: анализ литературы и интернет источников, сравнение, изучение и обобщение использования электромобилей.
Эмпирические методы: моделирование.
Практическая значимость: материалы могут быть использованы на уроках физики
Глава 1. Характеристика электромобилей
Понятие и популярность электромобилей
Рынок электромобилей активно развивается, все больше людей интересуются данным видом техники. Электромобили или электрокары относятся к той категории авто, которые приводятся в движение одним либо несколькими электромоторами, питающимися от перезаряжаемых аккумуляторных батарей или иных накопителей электроэнергии.
Сегодня многие крупные корпорации выпускают электрические автомобили. Наиболее крупным и широко известным производителем электромобилей считается компания «Tesla», а также выпуск электрических авто осуществляют такие автогиганты, как «Toyota», «Volkswagen», «Nissan» [1].
В России государственная система поддержки электрического транспорта находится на начальной стадии развития. В России поддержка направлена на стимулирование потребительского спроса. Наиболее существенной мерой поддержки спроса на электромобили на федеральном уровне до недавнего времени являлась нулевая ставка таможенной пошлины, которая снижала итоговую стоимость автомобиля на 18-20%. Это способствовало появлению электромобилей и расширению ассортимента гибридов на нашем рынке. Фактором, способствующим увеличению доли электромобилей, является развитие инфраструктуры электрозаправочных станций (ЭЗС). Так, Постановление Правительства Российской Федерации от 27 августа 2015 г. №890 обязывает АЗС устанавливать станции зарядки электромобилей, однако за нарушение обязательства не предусмотрено штрафов [1].
1.2. Техническое устройство электромобиля: основные узлы и системы электромобиля
Электромотор. Принцип действия основан на том, что на подвижную часть (ротор) помещённую в магнитное поле неподвижной части (статор), действует электромеханическая сила, которая вращает ротор. Все двигатели в электромобилях развивают очень высокий крутящий момент буквально с нулевых оборотов, могут раскручиваться до очень высоких скоростей и менять направление вращения [3].
Тяговая батарея. Самый дорогой узел электромобиля. Сегодня она представляет из себя твёрдый электролит и другие составы электродов, который управляется целой системой из микроконтроллеров. Батареи различаются по ёмкости, рабочему напряжению, а также по форме.
В современных электромобилях используются литий-ионные батареи, которые долговечные и стабильные.
Срок службы литий-ионной батареи от 8 до 15 лет. В течение этого времени она постепенно деградирует, теряя по 1–5 % емкости в год. Чем мощнее зарядное устройство, тем быстрее изнашивается аккумулятор.
Батарея централизует центр тяжести и увеличивает прижимную силу [4].
Инвертор. Устройство, которое служит связующим звеном между электродвигателем и батареей. Главное предназначение этого блока - преобразование тока, ведь батарея выдаёт и принимает постоянный ток, а мотор работает на переменном. Также инвертор управляет мотором.
Система охлаждения. Охлаждение может понадобится батарее, так как она работает в определённом диапазоне температур, инвертору также нужно охлаждение, ведь через него проходят большие токи.
Зарядный блок. Процесс зарядки электромобиля в реальности намного сложнее, чем может показаться со стороны, поэтому для его контроля в машинах есть отдельный электронный блок [4].
Электромобили заряжаются тремя способами:
• от двухфазной бытовой сети 220 В - от 5 до 20 часов;
• от трехфазных станций 380–480 В - до 60 % за 45–90 минут;
• от промышленных источников тока мощностью до 50 кВт - до 90 % за 15–40 минут [3].
Тормоза. Увсех электромобилей есть тормозные колодки, диски, гидромагистрали с тормозной жидкостью и т. д. Однако, электромобиль может тормозить за счёт сопротивления мотора в режиме генератора, возвращая заряд в батарею [3].
1.3 Достоинства и недостатки использования электромобилей
Экологичность.
Вопрос экологичности электромобилей неоднозначен. Электромобили снижают воздействие транспорта, наносящее вред природе. Работающий двигатель не выделяет никаких вредных газов или других веществ, так что сам по себе он не загрязняет окружающую среду. Однако, электричество необходимое для работы электромобиля, вырабатывается на ТЭС при сжигании угля или другого горючего, при этом выбрасывается большое количество CO₂. Производство и утилизация литий-ионных батарей по имеющимся на сегодняшний день технологиям негативно сказывается на окружающей среде [5].
Экономичность.
Электромобиль является отличным способом сэкономить на топливе.
Специалисты не раз проводили сравнительные расчеты по затратам на топливо в автомашине и на заряд электромобиля. В результате были сделаны выводы, что при езде по городу на 100 км при заряде электромобиля от электричества водитель тратит меньше денежных средств, чем при заправке топливом [1].
Стоимость электромобиля достаточно высокая.
Упрощенная конструкция в машине по ремонту стоит дешевле и занимает меньше времени.
Безопасность.
Безопасность на дороге является главным приоритетом любого водителя. В электромобилях систем безопасности гораздо больше. Электромобили реже переворачиваются и лучше управляются при резких маневрах.
Самой опасной частью электромобиля является батарея, которая при физических повреждениях она может взорваться. Энергия в батареях остаётся и при повреждениях высвобождается в виде взрыва [1].
Недостатки использования электромобилей.
Главная проблема - отсутствие развитой сети зарядных станций.
Ограниченный запас хода: у бюджетных электрокаров - около 100–120 километров. Из-за этого их можно использовать только в городе (за исключением премиальных электромобилей - Tesla Model S и Jaguar F-Pace).
Чувствительность к температуре воздуха: при температуре 5 градусов емкость батареи снижается на 20 %, при -5градусов - на 35–40 %, а при -12° - на 50 %.
Проблемы с климат контролем в салоне: кондиционер и печка питаются от батареи. Включая их, запас хода уменьшается на 20–25 %.
Долгая зарядка около 30 минут.
Таким образом, работая над главой 1, я сделал вывод, что в настоящее время возрастает количество электромобилей на дорогах, а также возрастает их популярность. Разобрав основные узлы строения электромобиля, смог понять, как работает эта машина и ее технические преимущества. Рассматривая достоинства и недостатки использования электромашин на дорогах, приходим к выводу:
- с точки зрения экологичности отдельно взятый электромобиль не загрязняет окружающую среду
- с точки зрения экономичности электромобиль дешевле в обслуживании. Но сама его стоимость высока.
- вопрос безопасности использования электромобиля неоднозначен.
Глава 2 Практическая часть
2.1. Описание создания web-ресурса
Актуализация визуализации устройства электромобиля веб-ресурса.
В Интернете можно найти много информации по устройству электромобилей, однако этот материал не дает общего представления об электромобиле в целом, а описывает один узел. Поэтому для целостного представления устройства электромобиля мы решили создать web–ресурс, которым может воспользоваться любой пользователь интернета.
В качестве примера электромобиля для web-ресурс взята модель Audi e-tron Sportback S. Компания «Audi» одна из передовых в области производства электромобилей. Электромобили данной компании являются конкурентами моделям от Tesla. В электромобилях e-tron используются твердотельные литий-ионные батареи, что позволяет быстро заряжать машину и долго держать ход.
Технологический стек (инструменты, используемые для создания нашего веб-ресурса)
В процессе создания web–ресурса использовались следующие программы и технологии:
-Adobe Photoshop CC для обработки и редактирования иллюстраций;
-Языки разметки: HTML, CSS
- NotePad++ универсальный текстовый редактор.
Этапы создания web - ресурса:
подбор материала
После того, как было определено расположение информации, нужно было найти и отсортировать материал (картинки). А также написать материал, описывающий узел.
проектирование (структурная схема)
В начале нужно было спланировать ресурс. Для этого мы создали структурную схему, которая показывает структурное расположение подчиненных иллюстративных материалов.
актуализация исходного иллюстративного материала и его обработка
Многий иллюстрированный материал содержал информацию, не относящуюся к нашему проекту, поэтому их необходимо было обработать. Для этих целей взяли программу Photoshop CC. В программе мы удалили лишнюю информацию и откорректировали картинки.
реализация веб-ресурса
В процессе разработки мы использовали текстовый редактор NotePad++. Основу веб-ресурса составили два файла: index, style, а также папка image, c иллюстративным материалом. Файл index описывает страницу, состоящую из основных контейнеров <head> и <body>, в которых содержится структура основного иллюстративного материала и способы его демонстрации. Файл style содержит описание стилевых настроек элементов веб-страницы (узлы управления и изображений). Папка image является хранилищем иллюстративного материала.
В итоговом варианте устройство электромобиля в нашем ресурсе описывается пятью узлами управления каждый из которых запускает демонстрацию отдельного элемента конструкции. Все эти узлы объединены общей схемой и наряду с ней наиболее полно иллюстрируют общее устройство электромобиля, а также его достоинства и недостатки.
тестирование и корректировка
Запустив сайт, мы протестировали его, показав другому человеку. После чего выявили некие технические проблемы: повторно откорректировали картинки, сместили подписи и внесли изменения в текст.
размещение ресурса в сети Интернет http://www.cw15119-drupal-1.tw1.ru/ или через код (приложение1)
В результате такой работы был создан веб-ресурс, показывающий устройство электромобиля. Благодаря этому проекту, я получил
- опыт вёрстки веб-страниц в программе NotePad++,
- опыт подготовки и редактирование иллюстративного материала
- глубже разобрался в устройстве электромобиля.
2.2. Тестирование web- ресурса
Разработав web-ресурс по изучению устройства электромобили, необходимо было проверить является ли он информативным для пользователей. Для этого мы предложили пользователям Интернета просмотреть ресурс и ответить на вопросы. В данном опросе приняло участие 43 человека – это учащиеся 7-8 классов.
Все пользователи имели поверхностные знания об устройстве электромобилей.
После знакомства со страницей, все 43 человека положительно ответили на вопрос «Понятно ли вам расположение основных узлов электромобиля».
На вопрос «Как действуют основные системы электромобиля?» смогли ответить только 29 участников опроса, они внимательно рассмотрели предложенные схемы и увидели взаимосвязь работы всех узлов, 14 человек не смогли понять текст к иллюстрациям.
При оценивании дизайна страницы от 0 до 5, все участники поставили 5 баллов.
Таким образом, можно сделать вывод, что при наглядном восприятии основных узлов электромобиля на странице, участникам опроса доступно понимание устройства электромобиля. На будущее можно доработать этот ресурс с еще более детальным уточнением компонентов электромобиля.
Заключение
Создание web-ресурса на основе проанализированного теоретического материала по устройству электромобиля оказалось для меня делом очень непростым, но интересным.
Целью моей работы было создание web- ресурса для изучения основных узлов и устройств электромобиля.
Для достижения поставленной цели перед нами стоял ряд задач, при решении которых мы:
Изучили техническое устройство электромобиля. В результате анализа сделали следующие выводы: в настоящее время возрастает количество электромобилей на дорогах, а также возрастает их популярность. Разобрав основные узлы строения электромобиля, смогли понять, как работает эта машина и выделили ее технические преимущества.
2. Рассматривая достоинства и недостатки использования электромашин на дорогах, пришли к выводу, что электромобили не загрязняют окружающую среду, однако
электростанции, с которых поступает электрическая энергия для зарядки электромобилей, работает на углеводородном топливе, что является экологически несовершенным.
3. Результатом и основной составляющей проекта стала разработка web–ресурса для ознакомления с основным устройством электромобиля. Зайдя на страницу, можно детально рассмотреть устройство и основные узлы электромобиля.
4. Благодаря работе по созданию такого ресурса, я овладел навыками работы в программе NotePad++, а также подробно разобрался как устроен электромобиль.
Такой web -ресурс может быть полезен на уроках физики.
Таким образом, задачи решены в полном объеме. Достигнута и основная цель проекта: разработан web- ресурс по изучению устройства электромобиля.
Также, в результате проведенной работы, подтвердилась наша гипотеза: если мы наглядно представим электромобиль через web – ресурс, то большинство пользователей смогут лучше понять его устройство. В подтверждение данной гипотезы, мы провели опрос, в котором попросили просмотреть ресурс и ответить на вопросы. Анализируя ответы участников опроса, мы сделали вывод, что информация, представленная на сайте, понятна и информативна.
Список источников информации
Ананьева Л.Ю. Анализ мирового рынка электромобилей [Электрон. Ресурс]. URL: https://spravochnick.ru/marketing/analiz_mirovogo_rynka_elektromobiley/ (дата обращения: 1.12.2021).
Audi e-tron S-версиями [Электрон. Ресурс]. URL: https://autorating.ru/news/2020-07-02-audi-dopolnila-semeystvo-etron-sversiyami/ (дата обращения: 10.12.2021).
Казак Е.А. Устройство современного электромобиля [Электрон. Ресурс] // Заряженный портал об электротранспорте «На токе». 2020. URL:
https://natoke.ru/articles/224-ustroistvo-sovremennogo-elektromobilja.html (дата обращения: 20.01.2022).
Устройство электромобиля. [Электрон. Ресурс]. URL: https://yandex.ru/images/search?text=%D0%A3%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%20%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BB%D1%8F%20&lr=68 (дата обращения: 1.02.2022).
Экологичность электрокаров - реальность или миф? [Электрон. Ресурс]. URL: https://zen.yandex.ru/media/natoke/ekologichnost-elektrokarov--realnost-ili-mif (дата обращения: 1.12.2021).
Приложение 1