Электромобиль: история, развитие будущее. История электромобиля

30.03.2019

Сегодня рынок завоёвывают гибридные автомобили и электрокары, а между тем первый русский электромобиль был создан инженером Ипполитом Романовым в ещё в 1899 году. Автомобиль был достаточно комфортабелен, а его двигатель по мощности превышал мощность существовавших в то время бензиновых аналогов.

Появление первого русского электромобиля связано с занятной историей. В 1896 инженер Яковлев и предприниматель Фрезе впервые в России построили машину, которая должна была заменить все конные пролётки. Но судьбу автомобиля сломали лошади. Оказалось, что они очень пугаются рёва двигателя. Да это и понятно – грохот мотора первого российского автомобиля мог заглушить полковой оркестр на плацу. Заслышав такие звуки, лошади становились просто неуправляемыми. И однажды в Москве при встрече с автомобилем кони, волокущие за собой конку из ворот Шереметьевской больницы, сорвали её в рельс, смяли торговые ряды у Сухаревой башни, разворотили уличный туалет. После этого и в Москве, и в Петербурге автомобиль запретили.

Вспомнили о проекте только через три года, когда инженер-железнодорожник Ипполит Романов принёс Фрезе чертежи электрического кэба, который работал от аккумуляторов. И хотя идея была не нова, аккумуляторы и были главной особенностью 2-местного электромобиля.

Аккумуляторные батареи, предложенные Романовым, отличались более тонкими пластинами, чем батареи того времени. При этом расположить их предполагалось не вертикально, а горизонтально. К тому же они были гораздо легче более ранних аналогов – их вес был равен 30% от общей массы, а не 66%, как ранее.

Батареи располагались под салоном в специальном отсеке, водительское место находилось над ними. Электричество от аккумулятора поступало на 2 двигателя, которые приводили в движение ведущие колёса. Конструкцию двигателей придумал сам Романов. Совокупная мощностью двигателей была около 100 л.с., что значительно больше, чем у бензиновых авто того времени. Запас хода электромобиля составлял около 65 км, а заряд батареи держался четверо суток.

Оригинальная подвеска обеспечивала плавность хода. Все колёса при этому были деревянными. Впрочем, в автомобиле до мелочей было продумано всё.

Но внедрение автомобиля оказалось невозможным, поскольку в тележных сараях, где хранились экипажи, не было электричества, а проводить его запрещали пожарные. Так русскому элекромобилю и не пришлось стать массовым транспортом.

Первый электромобиль идентифицировать очень сложно. Множество изобретателей в ХIХ веке строили свои модели, но достаточно массовым их выпуск стал лишь в начале двадцатого века, когда уже вовсю развивался и совершенствовался двигатель внутреннего сгорания - главный конкурент элетромоторов и сегодня. Перечислим же основные вехи истории электромобилей.

Первое упоминание о том, что электричество приводит в движение некую модель относится к 1828 году, когда венгр Аньос Джедлик создал крошечный автомобиль, больше похожий на скейтборд, с самым первым вариантом электромотора. Конечно, настоящую машину такой мотор передвигать бы не мог, но это был первый шаг.

Между 1828 и 1839 годами (точная дата, к сожалению, неизвестна) шотландец Роберт Андерсон изобрел первый экипаж на электрической тяге. Также небольшой автомобиль был разработан и построен голландцами Стратином Гронингеном и его помощником Кристофером Беккером в 1835 году.

Более совершенные модели были созданы около 1842 года, американским кузнецом Томасом Давенпортом и тем же Робертом Андерсоном. Новшеством в этих автомобилях было первое практическое использование идеи о неперезаряжающихся электрических ячейках. В 1847 году в городе Питсбург работал локомотив, который «питался» электрическим током от рельсов.

Следующий шаг состоял в улучшении аккумуляторной батареи, позволявшей автомобилям преодолевать большие расстояния без подзарядки. Здесь надо отметить французов Гастона Платье (1865) и Камиля Форе (1881). В 80-х годах XIX века Ральф Уорд запустил в Лондоне линию движения электрических омнибусов (предтеча современных автобусов). Неудивительно, что именно Франция и Великобритания были первыми странами, которые на государственном уровне занялись популяризацией электромобилей.

На рубеже веков - в 1899 году именно на построенном бельгийцем Камилем Женатци автомобиле La Jamais Contente был установлен рекорд скорости планеты на суше - 68 миль в час.

Удивительно, но до 1895 года США не уделяли пристального внимания разработке электромобилей. Впрочем, энергичная американская нация быстро компенсировала свое отставание в этом вопросе. В 1895 году некто A. L. Ryker построил первый электрический велосипед, а четырьмя годами ранее William Morrison разработал шестиместный пассажирский вагон, способный передвигаться на электричестве. В 1897 году первое коммерческое использование электроавтомобилей зафиксировано в Нью-Йорке - там их использовали в качестве такси. В Филадельфии же с помощью электричества осуществлялись вагонные пассажирские перевозки.

Ярким образцом технической мысли Америки того времени является экипаж Вуда. Стоил он $ 2000 (немало с учетом тогдашних цен) и мог передвигаться со скоростью 14 миль и запасом хода 18 миль. Позже, в 1916, Вуд построил и гибридный автомобиль, оснащенный как электромотором, так и двигателем внутреннего сгорания.

Развитие электромобилей достигло высшей точки на переломе столетий. В то время электрические авто имели массу преимуществ перед бензиновыми - в стоимости эксплуатации, в отсутствии вибрации, шума и запаха. Кроме того, надо учесть, что переключение передач на ранних бензиновых машинах было довольно трудным делом, а на их электрических собратьях этого не требовалось. Да и вообще, в электромобилях ручного труда для их запуска почти не требовалось, что, конечно, являлось их несомненным преимуществом. Третий участник «соревнования», паровые машины, тоже не требовали переключать передачи, однако на морозе требовалось довольно значительное (до 45 минут) время для их запуска. Кроме того, паровые машины нуждались в воде и имели таким образом еще меньший запас хода, чем их электрические «конкуренты». Хорошие дороги в то время были только в городах, что предопределяло довольно низкую мобильность населения - что полностью соответствовало возможностям электромобилей.

Хотя средняя стоимость автомобилей того времени составляла около $ 1000, ранние модели, создававшиеся для очень состоятельных людей, нередко были украшены роскошными деталями. Стоимость таких моделей доходила до $ 3000.

Пик производства электромобилей приходится на 1912 год, в 20-х годах двадцатого века они использовались очень широко, в основном для пассажирских перевозок. Существует несколько причин, объясняющих то, почему электромобили на несколько десятилетий ушли с автомобильной сцены мира:

1. К 1920-м годам в США (да и в других развитых странах мира) были построены дороги вполне приличного качества. Соответственно, потребовались транспортные средства, способные преодолевать большие расстояния без дозарядки или дозаправки.

2. Открытие в Техасе месторождений нефти снизило цены на бензин, что сделало автомобили с бензиновым двигателем более доступными.

3. В 1912 году Чарльз Кеттеринг изобрел электрический стартер, который избавлял от необходимости крутить ручку.

4. Генри Форд своим массовым производством автомобилей сбил цену до вполне приемлемого уровня в $500-$1000 за штуку. Электрические же автомобили, напротив, продолжали расти в цене. В 1912 году электрический родстер был продан за $1750, а аналогичную бензиновую - всего за $ 650.

См. также:

Электромобиль изменял скорость движения в девяти градациях от 1,6 до 37,4 км/час.

Энциклопедия Брокгауза Ф. А. и Ефрона И. А. описывает электромобили следующим образом:

Самым многообещающим типом автомобиля в будущем можно считать электрический, но пока он ещё недостаточно усовершенствован. Электрические двигатели не дают ни шума, ни копоти, они, бесспорно, удобнее и совершеннее всех других, но А. должен вести свой источник энергии: аккумуляторную батарею, которая пока ещё слишком тяжела и непрочна. Поэтому невозможно возить с собою запас энергии на длинный путь, а вновь заряжать аккумуляторы и заменять истощённые другими возможно лишь при езде в городах или от одной специально устроенной станции до другой. Существуют уже более лёгкие аккумуляторы Эдисона , но они ещё не получили распространения, так как, вероятно, ещё недостаточно усовершенствованы своим изобретателем. Электрические А. были пущены в обращение Jeantaud и многими другими с самого начала автомобилизма: на конкурсе 1904 г. в Париже были даже, по-видимому, парадоксальные А. Жанто и Крижера: газолиново-электрические , действовавшие недурно. В нём газолиновый мотор приводил в движение динамо-машину, которая давала ток для электрического двигателя; оказалось, что такая электрическая трансмиссия поглощает процентов на 20 меньше энергии, чем обыкновенная механическая и удобна для регулирования скорости.

Вторая половина XX века

Возрождение интереса к электромобилям произошло в 1960-е годы из-за экологических проблем автотранспорта, а в 1970-е годы и из-за резкого роста стоимости топлива в результате энергетических кризисов .

22-23 мая 2010 года переделанная в электромобиль Daihatsu Mira EV, творение Японского клуба электромобилей, проехала 1003,184 километра на одном заряде аккумулятора.

24 августа 2010 года электромобиль «Venturi Jamais Contente» с литий-ионными аккумуляторами, на солёном озере в штате Юта, установил рекорд скорости 495 км/ч на дистанции в 1 км. Во время заезда автомобиль развивал максимальную скорость 515 км/ч .

27 октября 2010 года электромобиль «lekker Mobil» конвертированный из микровэна Audi A2 совершил рекордный пробег на одной зарядке из Мюнхена в Берлин длиной 605 км в условиях реального движения по дорогам общего пользования, при этом были сохранены и действовали все вспомогательные системы, включая отопление. Электромобиль с электродвигателем мощностью 55 кВт был создан фирмой «lekker Energie» на основе литий-полимерного аккумулятора «Kolibri» фирмы «DBM Energy». В аккумуляторе было запасено 115 кВт·ч, что позволило электромобилю проехать весь маршрут со средней скоростью 90 км/ч (максимальная на отдельных участках маршрута составляла 130 км/ч) и сохранить после финиша 18 % от первоначального заряда. По данным фирмы DBM Energy электропогрузчик с таким аккумулятором смог непрерывно проработать 32 часа, что в 4 раза больше, чем с обычным аккумулятором. Представитель фирмы «lekker Energie» утверждает, что аккумулятор «Kolibri» способен обеспечить суммарный ресурсный пробег до 500 000 км .

29 ноября 2010 года победителем конкурса Европейский автомобиль года впервые объявлен электромобиль модели Nissan Leaf , получивший 257 очков .

В октябре 2011 года в России начал продаваться первый электромобиль - Mitsubishi i-MiEV. За первые три месяца был продан 41 электромобиль. Министерство энергетики США назвало i-MiEV самым экономичным автомобилем (http://www.fueleconomy.gov/feg/topten.jsp). Mitsubishi i-MiEV получил «Экологический знак качества» общероссийской общественной экологической организации «Зеленый патруль».

Сравнение с другими транспортными средствами

Электромобили отличаются низкой стоимостью эксплуатации. Ford Ranger потребляет 0,25 кВт·ч на один километр пути, Toyota RAV4 EV - 0,19 кВт·ч на километр . Средний годовой пробег автомобиля в США составляет 19 200 км (т. е. 52 км в день). При стоимости электроэнергии в США от 5 до 20 центов за кВт·ч стоимость годового пробега Ford Ranger составляет от $240 до $1050, RAV-4 - от $180 до $970.

Преимущества

Недостатки

Аккумулятор электромобиля

Аккумуляторы за полтора века эволюции так и не достигли характеристик, позволяющих электромобилю на равных конкурировать с автомобилем по запасу хода и стоимости, несмотря на значительное усовершенствование конструкции. Имеющиеся высокоэнергоёмкие аккумуляторы либо слишком дороги из-за применения драгоценных или дорогостоящих металлов (серебро , литий), либо работают при слишком высоких температурах (рабочая температура натрий-серного аккумулятора - более 300 °С). Кроме того, такие аккумуляторы отличаются высоким саморазрядом. Одним из перспективных направлений стала разработка никель-металл-гидридных аккумуляторов с оптимальным соотношением энергоёмкости и себестоимости, однако из-за патентных ограничений на NiMH-аккумуляторы на электромобилях вынуждены применять свинцово-кислотные АКБ. Впрочем, энергоёмкость таких АКБ увеличилась за XX век в 4 раза (до 40-45 Вт·ч/кг) и они не требуют обслуживания в течение всего срока службы. Значительно повысить отдачу от аккумуляторов позволило применение электронных систем оперативного контроля за состоянием и зарядкой-разрядкой АКБ . Возможно выходом из этой ситуации будет применение топливных элементов, в частности дешевеющих PEM-элементов.
Аккумуляторы хорошо работают при движении электромобиля на постоянных скоростях и при плавных разгонах. При резких стартах тяговые АКБ теряют много энергии. Для увеличения пробега электромобиля необходимы специальные стартовые системы, например, на конденсаторах , а также применение систем рекуперации энергии (экономия до 25 %).
Проблемой является производство и утилизация аккумуляторов , которые часто содержат ядовитые компоненты (например, свинец или литий) и кислоты.
Часть энергии аккумуляторов тратится на охлаждение или обогрев салона автомобиля, а также питание прочих бортовых энергопотребителей (например, свет или воздушный компрессор). Предпринимаются усилия, чтобы решить эту проблему с использованием топливных элементов , ионисторов и фотоэлементов .
Для массового применения электромобилей требуется создание соответствующей инфраструктуры для подзарядки аккумуляторов («автозарядные» станции).
При массовом использовании электромобилей в момент их зарядки от бытовой сети возрастают перегрузки электрических сетей «последней мили», что чревато снижением качества энергоснабжения и риском локальных аварий сети.
Длительное время зарядки аккумуляторов по сравнению с заправкой топливом .
Малый пробег от одного заряда. Литиевая батарея ёмкостью 24 кВт·ч при средних условиях движения (60-90 км/ч, ближний свет фар (фары на светодиодах), без отопления салона, без кондиционера) позволяет электромобилю проехать около 160 км. Использование кондиционера, отопителя салона, движение с частым разгоном/торможением, движение со скоростью более 90-100 км/ч, загрузка электромобиля пассажирами или грузом уменьшают пробег от одного заряда до 2-х раз (до 80 км).
Высокая стоимость литиевых батарей, или высокий вес достаточно ёмких свинцовых батарей. Литиевая батарея ёмкостью 24 кВт·ч стоит порядка 6000-9000 $ (даёт около 160 км пробега). Свинцовые батареи весом порядка 400 кг позволяют иметь пробег всего около 80 км, к тому же свинцовые батареи очень не любят глубокого разряда. Использование большего количества свинцовых батарей приводит к перегрузке электромобиля, а использование литиевых батарей большей ёмкости сильно удорожает электромобиль. Другие типы батарей в электромобилях практически не используются.
Ухудшение характеристик (ёмкости, при заряде и при расходе энергии) батарей на холоде.
Деградация литиевых и других батарей с возрастом. В лучших моделях литиевых батарей через 5-8 лет остается менее 80 % емкости.
Мощность вырабатываемая всеми современными электростанциями значительно меньше, чем мощность всех современных автомобилей. Вырабатываемой энергии не хватит на одновременную зарядку очень большого количества электромобилей. Однако следует учесть, что выработка бензина также требует электричества(до 5кВт*ч на литр), поэтому по мере уменьшении мирового потребления бензина мощности электростанций будут перераспределяться в сторону энергообеспечения электромобилей.
Для стран с холодным климатом, особенно России, очень остро стоит следующая проблема. Для эффективного отопления салона машины средних размеров [Что? ] нужно минимум около 2 кВт тепловой мощности, в то время как в среднем при езде с равномерной скоростью на передвижение её же требуется всего нескольких сот ватт [источник? ] . Это соотношение хорошо согласуется с реально достигнутым КПД двигателя внутреннего сгорания при обогреве салона печкой от антифриза нагретого тяговым двигателем, и никак не влияет ни на топливную экономичность, ни на гарантированный пробег машины на определенном количестве топлива. [источник? ] При попытке эксплуатации электромобиля в тех же условиях и отоплении салона от тягового аккумулятора, пробег сокращается вчетверо, при этом достигнутые коммерчески приемлемые значения пробега на одной зарядке в 100-200 км - замерены без отопления салона. Разработчики электромобилей [кто? ] честно признаются, что электрического решения проблемы пока не существует, и ведут разработку электромобилей с автономным отопителем салона на жидком топливе (подобно устанавливавшимся ранее на машинах с воздушным охлаждением двигателя, например, на «Запорожцах »).

Сравнение с гибридными автомобилями

Преимущества

Общая простота конструкции и управления в сравнении с гибридными автомобилями.
Меньшее количество механических элементов и деталей.
Более высокая надежность .
Простота ремонта и обслуживания , а как следствие и более низкие затраты при эксплуатации .
Меньшее загрязнение окружающей среды.
Отсутствие необходимости в топливе . Однако стоит заметить, что некоторые гибриды тоже могут обходится без топлива (технология PHEV или Plug In Hybrid).
Существенная экономия на 1 км пути в смешанном или загородном цикле.
Более простая электроника, управляющая тяговой установкой, так как нет необходимости управлять отдельно разнородными двигателями.
В большинстве случаев более низкая стоимость.
Отсутствие трансмиссии в отличие от механических гибридов.
Аккумуляторы электромобиля работают очень активно, а следовательно достаточно высоко нагреваются. Аккумуляторы же гибрида работают в более щадящем режиме и мало греются. Следовательно при низких температурах окружающей среды ёмкость аккумуляторов у гибридного автомобиля будет существенно снижаться.

Недостатки

Большая масса аккумуляторов.
Длительная зарядка аккумуляторов, однако существуют способы «быстрой зарядки» до неполной ёмкости батареи.
В большинстве случаев низкие динамические показатели.
В некоторых гибридах вообще отсутствуют электрические аккумуляторные батареи.
Наиболее крупные автомобилестроительные компании после 2000-х уделяют мало внимания электромобилям в пользу гибридов.
В некоторых моделях гибридных автомобилей возможна реализация тяги отдельно от ДВС и ТЭД. То есть при выходе из строя одного из них возможно движение только на другом.

Различные варианты реализации электромобиля

Электромобили оснащенные аккумуляторными батареями

Аккумуляторные электромобили являются самым первым и простым видом электромобилей. Первые работоспособные модели были построены ещё в конце XIX века. Активно использовались в США вплоть до 20-х годов XX века. В течение 30-40 гг. наиболее активно применялись в Германии. С 1947 г. широко используются в Англии.

Технико-экономические параметры данного типа электромобилей прежде всего зависят от характеристик применяемых аккумуляторных батарей. Величина желаемого пробега электромобиля на один заряд батареи (запас хода) прямо пропорциональна отношению веса аккумуляторной батареи к полному весу электромобиля. Зависимость веса батареи от грузоподъемности электромобиля значительно выше, чем зависимость веса карбюраторного двигателя от грузоподъемности автомобиля.

Батареи располагаются на шасси электромобиля чаще всего таким образом, чтобы имелась возможность: осуществлять быструю замену батарей аккумуляторов, легкого доступа к выводным штырям и отверстиям для заливки электролита. Для этого чаще всего батареи располагают в двух ящиках по бокам электромобиля.

Электромобили оснащенные топливными элементами

Характерной особенностью электромобилей оснащенных ТЭ является то, что масса энергосиловой установки не изменяется при изменении ее энергоемкости , а увеличение запаса хода может быть достигнуто за счет увеличения массы топлива в топливных баках (как в автомобилях с ДВС) .

Таким образом, с одной стороны ТЭ (топливные элементы) позволяют существенно повысить запас хода электромобиля, но с другой стороны топливо для них имеет высокую стоимость, а также может быть токсичным и при переработке в ТЭ выделять в атмосферу вредные вещества.

Комбинированные энергоустановки

В конце 60-х и начале 70-х годов был разработан ряд опытных образцов электромобилей с энергосиловыми установками типа «Аккумуляторные батареи - Топливные элементы» :

В Англии на базе DAF 44 был создан электромобиль со смешанной системой питания от аккумуляторных батарей и от гидрозийно-воздушных ТЭ с удельной мощностью 160 Вт/кг. При разгоне основная нагрузка ложилась на батареи, в остальных режимах - на топливные элементы, подзаряжающие аккумуляторную батарею.
В США на базе Austin A-40 был изготовлен электромобиль с комбинированной системой, включающей щелочные водородно-воздушные элементы и свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Запас хода достигал 320 км.

Электромобили использующие другие источники энергии

Электромобили на солнечных батареях

Существует множество конструкций электромобилей на солнечных батареях, так называемых «солнцемобилей», однако их общей проблемой является низкий КПД батарей (обычно порядка 10-15 %, передовые разработки позволяют добиться 30-40 %), что не позволяет запасать значительное количество энергии за день, сокращая суточный пробег; к тому же, солнечные элементы бесполезны ночью и в пасмурную погоду. Вторая проблема - дороговизна солнечных батарей.

Среди примеров солнцемобилей можно назвать прототипы Venturi Astrolab , Venturi Eclectic (дополнительно оснащённый ветровой установкой), концепт-кар ItalDesign-Giugiaro Quaranta (впрочем, энергии, которую накапливают солнечные батареи, хватает в нём разве что на питание бортовой электроники), итальянский Phylla , а также SolarWorld GT , который в 2012 году совершил кругосветный марафон . Последний оборудован двумя мотор-колёсами Loebbemotor номинальной мощностью 1,4 кВт каждое (пиковая мощность - 4,2 кВт каждое, или в сумме - 11,42 лошадиные силы). Благодаря малой массе (карбоновый кузов позволил добиться веса 260 кг, сам кузов весит 85 кг) и аэродинамически совершенной форме кузова (Сх = 0,137), удалось добиться максимальной скорости 120 км/ч. Круизная скорость - 50 км/ч (при работе моторов на номинальной мощности), на ней SolarWorld GT может проехать 275 км - больше, чем многие современные электромобили. Этот пробег обеспечивает 21-килограммовая литий-ионная батарея ёмкостью 4,9 кВч .

Также существуют гибридомобили, которые приводятся в движение как солнечной энергией, так и педалями. В основном это самодельные машины, однако существуют проекты по серийному выпуску подобного транспорта, в частности, SolarLab rickshaw и венгерский Antro Solo .

Для поощрения производства солнцемобилей и их популяризации существуют соревнования вроде трансавстралийского ралли «Всемирный солнечный вызов (англ. )». На подобных соревнованиях обычно состязаются студенты технических ВУЗов, создающие подобные модели в качестве дипломных работ.

Производство и эксплуатация

Инфраструктура зарядки электромобилей

Современное применение

2011 Chevrolet Volt

Электромобиль Reva NXR (Индия) ~9,995 евро

Электромобиль для коротких (до 40 км) поездок - NEV от Dynasty IT

Электроцикл украинского производства

Помимо этого, небольшие электромобили упрощённой конструкции (электрокары , электропогрузчики и т. д.) широко применяются для перевозки грузов на вокзалах , в цехах и больших магазинах , а также как аттракцион . В данном случае все недостатки в виде малого запаса хода и скорости, высокой собственной стоимости батарей и массы, перекрываются преимуществами: отсутствием вредных выхлопов и шума, что принципиально важно для работы в закрытых людных помещениях. Формально к электромобилям такие машины относить не принято из-за специфичности их применения.

Основной фактор, сдерживающий массовое производство электромобилей - малый спрос, обусловленный высокой стоимостью и малым пробегом от одной зарядки . Существует точка зрения, что широкое распространение электромобилей сдерживается дефицитом аккумуляторов и их высокой ценой. Для разрешения этих проблем многие автопроизводители создали совместные предприятия с производителями аккумуляторов. Например, Volkswagen AG создал совместное предприятие с Sanyo Electric , Nissan Motor с NEC Corporation , и т. д.

Имеющееся серийное производство

Электромобили производят множество автомобилестроительных компаний (Nissan, BMW, Mitsubishi, Сhevrolet и др.). Здесь представлены только компании, выпускающие преимущественно электромобили:

Европа
- Lightning car
Болгария
- БГ Кар

Северная Америка

Канада
- ZENN Motor Company

Модели электромобилей

Наиболее известными серийно выпускающимися моделями электромобилей можно считать: Toyota RAV4 EV , ZENN , ZAP Xebra , General Motors EV1 , Chevrolet Volt , Volvo C30 BEV , Tesla Roadster , Modec , Reva NXR, Renault серия Z.E., Nissan LEAF , Tazzari ZERO.

Лидеры рынка на конец 2011 года: Mitsubishi i MiEV , совокупные продажи в Японии и Европе достигли 15000 по состоянию на сентябрь 2011 года, в том числе 4000 единиц марки, как Peugeot ion и Citroën C-ZERO во Франции, Nissan LEAF , продажи достигли 15 000 единиц к сентябрю 2011 года.

Интеграция дома и электромобиля

Разрабатываются различные концепции интеграции электромобилей и жилых домов (анг. Vehicle-to-Home (V2H)). Например, старые аккумуляторы электромобиля могут несколько лет проработать в роли стационарных накопителей электроэнергии. Собранные вместе, снабжённые инвертором и сетевым фильтром 5-10 аккумуляторов от электромобиля Chevrolet Volt могут обеспечить несколько коттеджей или малый бизнес резервным питанием во время аварийных отключений на несколько часов .

Перспективы

Разрабатываются электрические автобусы на воздушно-цинковых (Zinc-air) аккумуляторах .

В России производители гибридов пока не видят больших перспектив развития рынка электромобилей. Аргументируют это отсутствием правительственной поддержки, большими географическими границами и акцентом на сырьевую экономику.

Планы автопроизводителей

Компания	Страна	год	планы
Tesla Motors	США	2013	начало продаж Model S начало производства Model X
Renault	Франция		начало продаж Renault Zoe
Nissan	Япония		серийное производство начало производства e-NV200 в Испании
Detroit Electric	Китай - США		увеличить производство до 270 тысяч в год .
BMW	Германия		начало продаж в США
Dongfeng Nissan	Китай - Япония		начало продаж в Китае
Ford	США		Коммерческий грузовик Микроавтомобиль Автомобиль С-класса
Toyota	Япония		начало производства iQ
Honda	Япония	2012 2012	начало продаж в Китае Fit EV начало продаж в США Fit EV
Chrysler	США	2012	Начало производства .
General Motors	США	2013	Начало производства Cadillac Converj
Автоваз	Россия	2012	Начало продаж Lada ELLada
SEAT	Испания	2016	Начало производства Altea XL Electric Ecomotive
Kia	Ю. Корея	2012	Начало производства Ray EV .
BYD Daimler New Technology Co. Ltd.	Китай - Германия	2013	Начало производства Denza
Mercedes-Benz	Германия	2014	Начало продаж электромобиля B-класса .
Mitsubishi Motors	Япония	2015	Начало продаж в России 7 моделей электромобилей, в том числе с увеличенным запасом хода.
GM Korea	Ю. Корея	2013	Начало производства Chevrolet Spark .

Правительственные планы

Европа

Германия

Франция

Правительство Франции планирует к 2012 году вывести на дороги страны более 100 тысяч электромобилей .

Ирландия

Азия

Япония

Китай

Правительство Китая планирует начать испытания до 2012 года в 11 городах страны 60 тысяч автомобилей, включая электромобили, гибриды и автомобили на водородных топливных элементах .

Министерство Науки и технологий Китая разрабатывает 12-ый пятилетний план для электромобилей на 2012-2016 годы. В план могут войти положения:

Южная Корея

Правительство Южной Кореи поставило цель автомобилестроительным компаниям начать массовое производство электромобилей до второй половины 2011 года и произвести 1 миллион электромобилей к 2020 году .

Индия

В Индии принят National Electric Mobility Mission Plan 2020 (NEMMP 2020), согласно которому, к 2020 году планируется увеличить парк электрического транспорта до 6 - 7 миллионов штук .

Энергетика

Уравнение баланса энергии:

E·G б = ω·L (G a + G э + G б + G п)·10 3 где е - удельная энергоемкость батареи, Вт*ч/кг; ω - удельный расход энергии при движении в режиме, для которого задан запас хода, Вт*ч/(т*км); G a - масса экипажной части, кг; G э - масса электропривода , кг; G п - , кг; G б - масса батареи, кг.

Полная масса электромобиля, кг:

G = G а +G э +G п +G б

Вес аккумуляторной батареи (в первом приближении) :

G б = ω·G·L·γ ω - удельный расход энергии на 1 т*км полного веса при заданной скорости движения, кВт*ч/(т*км); L - запас хода, км; γ - удельный вес аккумуляторной батареи, кг/кВт*ч.

Удельная энергия батареи:

ω б = K·L/(G б /G) = K·L/α где К - расход энергии, отнесенный к 1 км*кг, Вт*ч/(кг*км); α - относительная масса батареи.

Максимальная мощность обеспечения механического движения :

Р д = ±Р к +Р т ±Р а ±Р н где Р к - мощность затрачиваемая на ускорение электромобиля; Р т - мощность затрачиваемая на преодоление сил сопротивления качению; Р а - мощность затрачиваемая на преодоление аэродинамического сопротивления; Р н - мощность затрачиваемая на преодоление подъема.

Полная мощность батареи:

Р э = Р д /(η м ·η э)+Р всп где η э - потери энергии на преобразование электрической энергии в механическую; η м - потери механической энергии при передаче на тяговые колеса; Р всп - мощность затрачиваемая на вспомогательные нужды.

См. также

Примечания

(занимает 5-6 часов)
Щетина В.А., Морговский Ю.Я. и др. Электромобиль. Техника и экономика. 1987 г.
Петербургские студенты изобрели первый в России солнечный электромобиль
Рекорды и опыты открывают дорогу литиевым машинам будущего
Venturi Streamliner Sets New World Speed Record 25 Aug 2010
600 км без подзарядки: новые перспективы развития электромобилей
назвали «Автомобиль года»
В Москве вводится многозоновый тариф на электроэнергию // РБК
О. А. Ставров. Электромобили. Изд-во «Транспорт», 1968 г. УДК 629.113.65
- Учебник по двигателям внутреннего сгорания

Первый электромобиль TWIKE

Сожержание:

Сложная штука – наша жизнь: порой мечта о покупке красивого джипа сбывается, когда человек достиг уже солидного возраста, и теперь вправе разъезжать по городу, поглядывая свысока на водителей более скромных машин, тем более мотоциклов и велосипедов. Но, достигнув заветной мечты, он в скором времени вдруг понимает, что очень сложно ездить на хорошем и престижном джипе в городских пробках. Поэтому, приходится ему, скрипя сердце, пересаживаться в авто более скромное, которое помельче, но пошустрее, да к тому же не загрязняет воздух. И выбирает он электромобиль.

Как ни странно, но электромобили на дорогах появились раньше, чем машины с ДВС. Роберт Дэвидсон катался на транспортном средстве, использующем серную кислоту и погруженные в нее электроды, еще в 1842 году. После этой попытки создания электрического двигателя, их было немало — удачных и не очень. В результате к началу двадцатого века на соотношение их и бензиновых выглядело как 1585 к 936. И, если спустя двенадцать лет электромобилей в Америке насчитывали десять тысяч, то сегодня эта цифра (в мировом масштабе) выросла до полумиллиона.

Причина в том, что это средство передвижения – идеальный вариант. Первый электромобиль бесшумен, не портит экологию, он красив и комфортен, надежен и быстр, двигатель можно монтировать прямо в колеса. Несмотря на то, что на протяжении очень длительного времени он не мог забрать первенство у авто с ДВС, сегодня, наконец, пробил его час. Уже никто не сомневается, что, как только технологии позволят иметь более эффективные аккумуляторные батареи, победа электромобилей станет полной. Пока же, использование свинцовых батарей – дешевых, но очень тяжелых, и литий-ионных – легких, но слишком дорогих, тормозит начавшийся процесс.

Но, все-таки, электрические авто ездят уже сегодня и, без сомнения, их число будет только увеличиваться.

Первый электромобиль Англии

Первый электроамобиль появился в Лондоне, по улицам которого сегодня бегают уже сотни Smart, построенных местной компанией Zytek. Ими движет мотор, вес которого всего 70 кг, и никель-кальций-хлоридная батарея, заряда которой хватает всего на 110 километров пробега. И этого в принципе хватает для дневной поездки по городу. Восстановить энергию можно от обычной розетки за 2-3 часа. Вполне достойная максимальная скорость у этой малютки – 120 км/час (при разрешенных в английской столице пятидесяти). Разгон тоже приличный – 6,5 секунд, и машина набирает «сотню». Будущих клиентов привлечь могут два основных преимуществ Смартов – экономия в три раза: стоимость километра пробега такого авто в три раза меньше, чем у бензинового аналога. Кроме того, на таких машинах можно беспрепятственно въезжать в центр города, бесплатно парковаться и пр.

Швейцарские первые электромобили

Первый электромобиль Швейцарии Twingo Quickshift Elettrica

Первый электромобиль Швейцарии Panda Elettrica

Видео: Демонстрация первого Швейцарского электромобиля Panda Elettrica

Переместившись на континент, прежде всего, нужно вспомнить о стране, где любят и ценят электромобили более всего – Швейцарию. Здесь можно приобрести не очень дорого такие игрушки для взрослых, как Twingo Quickshift Elettrica и Panda Elettrica, покупка которых обойдется соответственно в 32 и 25 тысяч долларов.

Машины эти побольше чем Smart, а их батареи весят примерно сто шестьдесят килограммов, обеспечивая практически идентичные характеристики: разгон до пятидесяти километров в час составляет шесть-семь секунд, пробег — 130 км без подзарядки. Прежнюю систему обогрева салона позволило сохранить то, что, как и в бензиновой версии, электродвигатель машины охлаждается антифризом. Но, в этой стране есть и другие авто, как говорят, на любителя — Twike III. Его никель-кадмиевая батарея обеспечивает покрытие 90 км и максимальную скорость 85 км/час. Но у авто есть еще и педали, с помощью которой обладатели лишних килограммов могут их легко сбросить. Вес трехколесного тренажера для двух человек всего 294 кг. Стоит же он 15 тысяч долларов. Оригинальная конструкция, а за оригинальность нужно платить!

Особенно одержимы идеей экологии американцы, и больше те, что проживают в солнечной Калифорнии. Поэтому странно было бы на калифорнийских хайвеях не встретить электромобили. Прежде всего, пикап Ford Ranger EV, на котором развозят корм животным в зоопарке.

Самый быстрый двухместный электроавтомобиль

Путь в сто семьдесят километров Форду позволяет преодолевать никель — металлогидридная батарея, восстанавливающаяся за двадцать минут до 80%.

Понятно, что Пикап – банальность. Но этого не скажешь о Tango – удивительной машине, выпускаемой концерном Commuter Cars Corporation.

Его по праву считают самым быстрым городским транспортом, ведь максимальная скорость, которую он может развивать, составляет 240 км/час. Хотя, глядя на его внешность, в это трудно поверить. До сотни разгоняется он за четыре секунды. Слабым местом можно назвать пробег – до 130 километров. Заправить электромобиль можно за три часа (от розетки бытовой сети) и за десять минут, используя зарядные станции. Батареи автомобиля — свинцовые, но продвинутой гелевой конструкции. Именно они являются ключом к быстроходности, поскольку размещаются под подом, «опуская» цент тяжести и желая двухместный электрический болид устойчивым как карт.

Заказать это чудо авто, которое поставляется в виде «конструктора для взрослых», например, на сайте www.commutercars.com .

Какие автомобили выпускают японцы

Следующим пунктом виртуального путешествия является Япония, на одном из островов которой проходят регулярно ралли электромобилей. На них Mitsubishi десять лет назад представила электрический автомобиль, собранный по технологии MIEV (мотор размещен в колесах). Энергию запасает литий-ионная батарея, емкость которой достигает 2280 А-ч. При небольшой массе (1590 кг) скорость авто 180 км/ч, а запас хода — 250 км.

Один из первых электромобилей Японии Mitsubishi Colt EV MIEV ‘2005

В арсенале компании имеется и авто попроще — Colt EV с аналогичным радиусом действия. Помимо Mitsubishi встретить на островах можно Nissan Altima EV, Honda-EV Plus, Toyota RAV-4EV , стоимость которых лежит в пределах 45-50 тысяч американских долларов.

Видео: Обзор первый элетромобиль в Калифорнии

Нельзя не упомянуть о фантастическом авто ZAP (США, Калифорния), собранный на базе Lotus APX. Мощность этого семиместного авто с мотор-колесами – 644 лошадиных силы. Помимо литий-ионной батареи, у автомобиля буферный суперконденсатор, который обеспечивает неимоверные пиковые токи. Кроме этого, фантастический у него и покрываемый без подзарядки путь – 560 км. Ко всему, его стоимость всего в 60 тысяч долларов несравнима с той, которую просят за Tesla Roadster (почти сто тысяч долларов).

Первый серийный и относительно доступный в финансовом плане электромобиль Тесла был представлен более 2 лет назад. Популярность электрокаров растёт во многих странах, однако до массовой эксплуатации ещё далеко, хотя объём продаж медленно, но верно увеличивается . Рано или поздно машины с электрическими двигателями вытеснят с рынка модели с двигателями внутреннего сгорания.

История создания

Люди уже давно задумываются об использовании электричества в качестве силы, способной придать движение транспортным средствам. и вовсе появился до создания ДВС, и произошло это в 1841 году .

Спустя 58 лет в Санкт-Петербурге был представлен 17-местный омнибус, оснащенный 4-сильным электромотором, запас хода которого составлял 64 км.

Следующая веха в истории электромобилей относится к началу 30-х годов XX века. В 1931 году гениальный изобретатель Никола Тесла, купив радиоэлектронные детали в обычном магазине, собрал устройство, которое при установке его вместо бензинового мотора смогло сдвинуть автомобиль с места. Мощность агрегата составила 80 л. с.

В течение следующих почти 55 лет технология практически не изменилась. В 1996 году с конвейера сходит первый серийный электрокар, разработка которого была осуществлена компанией General Motors. Однако случилось это не из-за желания автопроизводителя или требований рынка: просто в Калифорнии, где продавались автомобили GM, вышел закон, ужесточающий требования к машинам: новые авто, по мнению авторов законопроекта, вообще не должны были загрязнять окружающую среду. Но довольно скоро он был отменён, поскольку в техническом отношении выполнить его на тот момент не представлялось возможным. General Motors выпускала электроавто в течение 7 лет, но солидными продажами похвастать не могла: за этот период времени было реализовано чуть более 1150 экземпляров модели, которые и по сей день хранятся в частных коллекциях (нераспроданные транспортные средства были пущены под пресс).

На сегодняшний день ведущим популяризатором идеи электромобилей является Илон Маск, купивший компанию Tesla Motors и всерьёз занявшийся её развитием. Серийный электромобиль Tesla Roadster, выпущенный в 2008 году, продавался в течение 4 лет, но из-за слишком высокой стоимости, равной 109000$, доступен он был только очень богатым людям. В 2012 году выходит уже более доступная машина Model S, пережившая впоследствии две модернизации и благоприятно встреченная как экспертами, так и рядовыми автолюбителями.

2015 год был ознаменован выходом Model X : кроссовер отличался большим запасом хода (от 354 до 539 километров в зависимости от модификации и других параметров), превосходной динамикой (до сотни модель способна разогнаться за 3,2 секунды), а также множеством необычных функций, ранее не используемых другими производителями (например, подсветкой салона в такт звучащей музыке и др.).

Принцип работы современных электромобилей

Электрокару, в отличие от авто с традиционным двигателем внутреннего сгорания, не нужен сложный мотор с немалым количеством недостатков (различные проблемы при эксплуатации, сложный ремонт, шум при работе и пр.). Электрический двигатель является полностью бесшумным и нетребовательным к топливу, поскольку электричество во всем мире одинаково.

Еще один плюс электромобилей заключается в отсутствии коробки передач, что значительно упрощает и управление, и обслуживание. Формально коробка имеется, но на колёса поступает сразу вся мощность, поэтому люди в салоне не ощущают рывков, неизбежных при переключении передач.

Необходимое условие для работы подобного автомобиля – электроэнергия, запас которой хранится в аккумуляторе. Большинство компаний располагают его под днищем, что позволяет, во-первых, сделать салон более просторным, а во-вторых, улучшить управляемость.

В последнее время мировые производители пришли к выводу о необходимости применения системы рекуперации, которая вырабатывает энергию и затем запасает её в случаях, когда машина движется по инерции, вследствие чего увеличивается запас хода (эта же технология замедляет движение транспортного средства после того, как водитель убирает ногу с педали газа).

Продажи электромобилей в мире

То, что за электрокарами будущее, становится очевидным всем ведущим производителям, спешащим включиться в процесс разработки и изготовления, пока отрыв от конкурентов не стал слишком большим: на сегодняшний день на рынке есть как бюджетные модели (KIA Soul EV), так и марки, относящиеся к премиальному сегменту (Audi E-Tron).

Компания Tesla, несмотря на то, что она фактически выпустила первый электромобиль, пользующийся спросом, испытывает финансовые сложности, и этот факт подстегнул других автопроизводителей. В результате этого за последний год количество полноценных моделей, а не концептов, увеличилось в несколько раз. Среди новых игроков рынка есть как именитые компании с раскрученным именем наподобие BMW, так и многочисленные мало кому известные китайские разработчики.

В развитии электрокаров в настоящее время прослеживаются следующие тенденции:

Внедрение управления с помощью одной педали. Первопроходцем в этой области стала Nissan Motor Co., Ltd. с моделью Leaf. Идея прижилась, и все большее число компаний внедряют технологию, при которой торможение станет осуществляться за счёт рекуперационной системы.
Повышение интеллекта электромобилей (появляются беспилотные электрокары, не нуждающиеся в действиях человека).
Разработка каждой компанией собственной уникальной платформы , благодаря которой покупатель получает возможность стать обладателем по-настоящему чего-то нового и уникального.

Развитие инфраструктуры

Рост производства электромобилей не имеет никакого смысла без расширения сети станций для зарядки: зачем приобретать электрокар, если на нём нельзя будет далеко уехать?

Сейчас крупнейшей заправочной сетью является Supercharger , принадлежащей Tesla. Ею можно пользоваться бесплатно при условии наличия специального абонемента и покупки электромобиля Тесла. Но даже при невозможности соблюдения данных условий ездить на электричестве выгоднее, чем на бензине или дизельном топливе.

Если на рынок первыми вышли американские электромобили, то в настоящее время отобрать лидерство имеет все предпосылки Европа, где количество зарядных станций стремительно растёт, а правительство нескольких стран и вовсе заявляет о возможном скором полном отказе от применения двигателей внутреннего сгорания.

В ряде европейских стран владельцы машин с электромоторами получают всевозможные льготы в виде бесплатной парковки и снижения или полной отмены транспортного налога. В США также действует программа поддержки покупателей электрокаров, но работает она до того момента, пока производитель не выпустит 20 тысяч экземпляров таких транспортных средств.

Многие владельцы покупают зарядную станцию для электромобиля и устанавливают её прямо у себя в гараже: устройство PowerWall, крепящееся на стену, делает процесс зарядки авто идентичным зарядке аккумулятора на смартфоне. Особо большие фанаты автомобилей с электрическими двигателями монтируют на крыше собственного дома солнечные батареи, накапливающие затем энергию в PowerWall.

Сеть российских зарядочных станций пока не так обширна, как хотелось бы, но прогресс заметен (помимо аппаратов Supercharger, растёт число станций, принадлежащих государственным компаниям, правда, пока только в крупных городах).

Гибридные автомобили

Кроме полностью электрических авто, спросом пользуются гибриды, то есть модели, у которых одновременно имеется и электромотор, и ДВС.

Гибриды бывают двух видов:

без разъема для осуществления зарядки. К ним относится Toyota Prius первой генерации и некоторые другие первые гибридные машины. Зарядка аккумулятора в них происходит исключительно за счёт работы рекуперативной системы;
с разъемом для зарядки батареи. Таких гибридов сейчас на рынке абсолютное большинство. Они способны подключаться к внешним источникам энергии, что значительно упрощает процесс восполнения заряда.

Несмотря на наличие электродвигателя, на одном электричестве гибриды в состоянии проехать не более 50 км. Если же в дело включается ДВС, запас хода возрастает до нескольких сотен километров.

Минусы электромобилей

Электрокары – это развивающийся тип транспорта, поэтому недостатков они не лишены.

Основная проблема электромобилей , тормозящая их распространение, - это высокая цена . Когда будет найден способ наладить массовое производство аккумуляторов, стоимость снизится, но пока ценовой фактор останавливает многих покупателей, которые были бы не прочь отказаться от авто с ДВС.

Ещё один существенный минус – неразвитая инфраструктура . Если на обычной машине можно отправиться практически в любую точку земного шара, то длительная поездка на электромобиле становится проблематичной. Количество станций зарядки даже в европейских странах слишком маленькое. Сегодня рост продаж электрокаров значительно опережает рост числа зарядочных станций. Проблема имеет еще одно решение: важно не только развивать сеть заправок, но и работать над увеличением ёмкости батарей, что позволит преодолеть большее расстояние без необходимости подзарядки.

Время от времени даже у поклонников электромобилей возникают сомнения относительно их экологической безопасности . Само использование электричества абсолютно безвредно, но вот при его выработке в атмосферу выбрасывается огромное количество вредных веществ. Человечеству ещё предстоит изыскать возможность отказа от применения тепловых электростанций и перехода к солнечной и ветреной энергии.

Перспективы электромобилей

Большинство экспертов сходятся во мнении, что люди с каждым годом будут покупать всё больше электрокаров. Уже сейчас автомобильная промышленность прошла своего рода точку невозврата, и отказаться от развития электрокаров стало невозможно.

Вычислительные мощности продолжат расти, а искусственный интеллект будет становиться всё более совершенным, что, без сомнения, скажется и на росте числа авто с электромоторами в мире.

Количество электромобилей в России тоже увеличивается , хотя не так быстро, как в Европе или Китае: причиной тому – невысокий уровень доходов населения страны.

С большой долей вероятности можно сказать, что мир без машин с ДВС неизбежен: когда человеческая цивилизация полностью откажется от этой технологии, является лишь вопросом времени.