Электромобиль

Электромобиль
Электромобиль-грузовик 1943 года постройки, Швеция
Электромобиль GEM- подзарядка аккумуляторов[1]

Электромобиль — автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от автономного источника электроэнергии (аккумуляторов, топливных элементов и т. п.), а не двигателем внутреннего сгорания. Электромобиль следует отличать от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и электрической передачей, а также от троллейбусов и трамваев.

Под термином электромобиль имеется в виду автомобиль, у которого для привода ведущих колес используется электрическая энергия, получаемая от химического источника тока.

— О.А. Ставров[2]

Также можно сказать, что электромобиль — это безрельсовое транспортное средство с автономным химическим источником энергии (тока).[2]

Содержание

История

XIX век

Электромобиль появился раньше, чем двигатель внутреннего сгорания. Первый электромобиль в виде тележки с электромотором был создан в 1841 году.

В 1899 году в Санкт-Петербурге русский дворянин и инженер-изобретатель Ипполит Романов создал первый русский электромобиль. Его общая компоновка была заимствована у английских кэбов, где извозчик располагался на высоких ко́злах позади пассажиров. Экипаж был двухместным и четырёхколёсным, передние колёса по диаметру были больше задних. На первом электромобиле использовался свинцовый аккумулятор системы Бари, имевший 36 банок (вольтовых столбов). Он требовал подзарядки каждые 60 вёрст (~64 километра). Суммарная мощность автомобиля составляла 4 лошадиные силы. Разработка экипажа была заимствована у моделей американской фирмы «Моррис-Салом», которая выпускала автомобили с 1898 года. Электромобиль изменял скорость движения в девяти градациях от 1,6 до 37,4 км/час.

Электромобиль La Jamais Contente 29 апреля либо 1 мая 1899 года установил рекорд скорости на суше. Он первым в мире преодолел скорость 100 км/ч и достиг скорости 105,882 км/ч. Известный американский конструктор электромобилей Уолтер Бейкер получил скорость 130 км/ч. А электромобиль фирмы «Борланд Электрик» проехал от Чикаго до Милуоки (167 км) на одной зарядке. На следующий день (после перезарядки) электромобиль вернулся в Чикаго своим ходом. Средняя скорость составила 55 км/ч.

Первая половина XX века

Изначально запас хода и скорость у электрических и бензиновых экипажей были примерно одинаковыми. Главным минусом электромобилей была сложная система подзарядки. Поскольку тогда ещё не существовало усовершенствованных преобразователей переменного тока в постоянный, зарядка осуществлялась крайне сложным способом. Для подзарядки использовался электромотор, работавший от переменного тока. Он вращал вал генератора, к которому были подсоединены батареи электромобиля. В 1906 году был изобретён сравнительно простой в эксплуатации выпрямитель тока, но это существенно проблему подзарядки не решило.

В первой четверти XX века широкое распространение получили электромобили и автомобили с паровой машиной. В 1900 году примерно половина автомобилей в США была на паровом ходу, в 1910-х в Нью-Йорке в такси работало до 70 тысяч электромобилей. Значительное распространение в начале века получили и грузовые электромобили, а также электрические омнибусы (электробусы).

Томас Эдисон у электромобиля Detroit Electric
1973 GM

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.

Однако после 1982 года интерес к электромобилям снова спал. Это было вызвано резким изменением конъюнктуры на нефтяном рынке и слабыми эксплуатационными показателями опытных партий из-за недостатков химических источников энергии.[2]

В начале 90-х годов штат Калифорния был одним из самых загазованных регионов США. Поэтому Калифорнийским Комитетом Воздушных Ресурсов (CARB) было принято решение — в 1998 году 2 % продаваемых в Калифорнии автомобилей не должны производить выхлопов, а к 2003 году — 10 %. Компания General Motors отреагировала одной из первых и с 1996 года начала серийный выпуск модели EV1 с электрическим приводом. Некоторые автопроизводители также начали продажи электромобилей в Калифорнии. Основной массой пользователей EV1 стала голливудская богемная публика. Всего с 1997 года в Калифорнии было продано около 5500 электромобилей разных производителей.

Затем требование нулевой эмиссии было заменено на требование низкой эмиссии. Почти все произведённые электромобили в 2002 году были изъяты у пользователей и уничтожены (только Toyota оставила некоторым владельцам электрические RAV-4). В качестве причины называлось окончание срока службы аккумуляторов.[источник не указан 73 дня] GM отказала арендаторам EV1 в предложении выкупить электромобили. Также GM скрывала от них намеренность уничтожить изъятые EV1. Подробно об этой истории рассказывается в научно-популярном фильме 2006 года «Кто убил электромобиль?» (англ. Who killed electric car? ).

XXI век

В последние годы в связи с непрерывным ростом цен на нефть электромобили вновь стали набирать популярность. В репортаже CBS News «Could The Electric Car Save Us?»  (англ.) сообщается, что в 2007 г. вновь началось развёртывание промышленного производства электромобилей. В связи с этой тенденцией режиссёр фильма «Кто убил электромобиль?» Chris Paine планирует выпустить продолжение под названием «Кто спас электромобиль?».

По распоряжению мэра Москвы в 2007 г. в городе началась опытная эксплуатация электромобилей. Было закуплено 8 малотоннажных грузовиков и 2 автобуса. По итогам опытной эксплуатации техники Департамент транспорта и связи Москвы представит на рассмотрение правительства Москвы проект распорядительного документа по использованию электромобильной техники для обеспечения внутригородских грузовых и пассажирских перевозок.

30 марта 2007 года впервые в России электромобиль, переоборудованный Игорем Корховым из обычного автомобиля, получил заключение по допуску к участию в дорожном движении и был зарегистрирован в органах ГИБДД благодаря помощи научного работника и общественного деятеля Юрия Юрьевича Шулипы.

В 2009 году в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете сконструировали первый в России солнечный электромобиль (СЭМ). За ночь его можно зарядить от обычной электророзетки, а днём он питается от солнечных батарей расположенных на капоте. Скорость СЭМа — 40 км/час, а запас хода на одной зарядке аккумуляторной батареи — 60 километров. Электродвигатель мощностью 3 кВт[3].

22-23 мая 2010 года переделанная в электромобиль Daihatsu Mira EV, творение Японского клуба электромобилей, проехала 1003,184 километра на одном заряде аккумулятора.[4]

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[5].

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[6].

29 ноября 2010 года победителем конкурса Европейский автомобиль года впервые объявлен электромобиль модели Nissan Leaf, получивший 257 очков[7].

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.

В России стоимость электроэнергии — порядка 12 центов (3.8 руб) за кВт·ч по дневному тарифу и около 3 центов (0.95 руб) за кВт·ч ночью[8]. Таким образом, стоимость эксплуатации электромобиля в России будет существенно ниже, чем в США, поскольку заряжаться он будет скорее всего ночью.

КПД тягового электродвигателя составляет 88 — 95 %.

Существует мнение, что низкий уровень шума электромобилей может создавать проблемы — пешеходы, переходя дорогу, зачастую ориентируются на звук автомобиля. Разумеется, резкий шум работающего мощного электродвигателя трудно с чем-то спутать, шум электроприводов троллейбуса (в основном воздушных компрессоров и вентиляторов в старых моделях), механических передач (дифференциал и карданная передача), электрокара, поезда метро широко известен, так что электромобилю необходимо обычное для транспорта шумоподавление. Да и шум современного автомобиля на небольшой скорости очень мал, в основном это шум трения колёс об асфальт, гравий или другое покрытие. Однако при использовании маломощных двигателей, как, например, в трамваях, шум действительно практически отсутствует и на некоторых выпускаемых электромобилях искусственно повышают уровень шума при скоростях до 30 км/ч.

Сравнение с автомобилями оснащенными ДВС

Здесь стоит учесть, что ДВС могут питаться не только углеродосодержащим топливом, но и водородом.

Преимущества

  • Отсутствие вредных выхлопов в месте нахождения автомобиля.
  • Более высокая экологичность ввиду отсутствия необходимости применения нефтяного топлива, антифризов, моторных масел, а также фильтров для этих жидкостей.
  • Простота техобслуживания, большой межсервисный пробег, дешевизна ТО и ТР[2].
  • Низкая пожаро- и взрывоопасность при аварии.
  • Простота конструкции (простота электродвигателя и трансмиссии; отсутствие необходимости в переключении передач ввиду высокой приспособляемости крутящего момента ТЭД к изменениям внешней нагрузки, низкой устойчивой частоты вращения вала электродвигателя, возможности его реверсирования) и управления, высокая надёжность и долговечность экипажной части (до 20—25 лет) в сравнении с обычным автомобилем.
  • ДВС является источником возникновения динамических нагрузок и крутильных колебаний в трансмиссии автомобиля и источником вибраций, передающихся несущей конструкции автомобиля, на электромобиле ТЭД динамически уравновешен.[9]
  • Возможность подзарядки от бытовой электрической сети (розетки), но такой способ в 5—10 раз дольше, чем от специального высоковольтного зарядного устройства.
  • Автомобиль с электроприводом — единственный вариант применения на легковом автотранспорте дешевой (по сравнению с нефтяным или водородным топливом) энергии, вырабатываемой АЭС, ГЭС и т. п.
  • Массовое применение электромобилей смогло бы помочь в решении проблемы «энергетического пика» за счёт подзарядки аккумуляторов в ночное время.
  • ТЭД имеют КПД до 90-95 % по сравнению с 22-42 % у ДВС[10].
  • Меньший шум за счёт меньшего количества движимых частей и механических передач.
  • Высокая плавность хода с широким интервалом изменения частоты вращения вала двигателя.
  • Возможность подзарядки аккумуляторов во время рекуперативного торможения.
  • Возможность торможения самим электродвигателем (режим электромагнитного тормоза) без использования механических тормозов — отсутствие трения и соответственно износа тормозов.
  • Простая возможность реализации полного привода и торможения путем применения схемы «мотор-колесо», что позволяет, помимо прочего, легко реализовать систему поворота всех четырех колес, вплоть до положения перпендикулярного кузову электромобиля.

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[11] 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.[9]

Принципиальная схема аккумуляторного электромобиля в общем случае следующая: аккумуляторная батарея через силовую электропроводку и систему регулирования (управления) тягового электродвигателя соединяется с ТЭД, который в свою очередь через карданный вал передаёт главной передаче крутящий момент.[9]

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.[9]

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.[9]

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)[2].

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»[2]:

  • 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[12]. 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[13].

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

В 2004 году в США эксплуатировалось 55852 электромобиля. Кроме этого в США эксплуатируется большое количество самодельных электромобилей. Наборы комплектующих для конвертации автомобиля в электромобиль продаются в магазинах.

Мировой лидер по производству электрического транспорта — Китай.

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[14]. 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:

Модели электромобилей

Прототип Eliica (Япония). Мощность 640 л.с. Развивает скорость 370 км/ч.

Наиболее известными серийно выпускающимися моделями электромобилей можно считать: Toyota RAV4 EV, ZENN, ZAP Xebra, General Motors EV1, Chevrolet Volt, Volvo C30 BEV[15], Tesla Roadster, Modec, Reva NXR, Renault серия Z.E., Nissan LEAF, Tazzari ZERO.

Прототип Mitsubishi i MiEV (Япония)

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.

Электробус «Лужок» предназначен для перевозки тридцати пассажиров с максимальной скоростью 25 км/ч в парковых и выставочных зонах городов. Работает на аккумуляторных или конденсаторных батареях питающих двигатель постоянного тока ДПТ-45 мощностью 45 кВт. При торможении рекуперирует энергию назад в батареи. На одной зарядке способен проехать 15 км[16].

Электромобиль ГАЗ 330 21Е «Газель-Электро» предназначен для перевозки грузов в городе. При максимальной скорости в 75 км/ч и грузоподъёмности в 1000 кг, способен без подзарядки проехать 20 км. Работает на аккумуляторной или конденсаторной батарее. В качестве двигателя используется коллекторный электродвигатель постоянного тока ДПТ-45 или асинхронный АЧТ 160 М4[16].

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[17].

Перспективы

Согласно исследованиям IDTechEx, индустрия электротранспорта достигла в 2005 году уровня продаж в 31,1 миллиардов долларов по всему миру (включая гибридный транспорт). К 2015 году рынок электротранспорта вырастет примерно в 7 раз и достигнет $227 млрд.

Некоторые автопроизводители не собираются производить гибридные автомобили, а сразу начать производство электромобилей. Они отстали в научных разработках, не могут самостоятельно создать гибридный автомобиль, или считают гибриды бесперспективными. Например, японская компания Mitsubishi Motors в 2009 году начала промышленное производство электромобилей на базе Colt. На нём будут установлены литий-ионные аккумуляторы. Существующие прототипы имеют дальность пробега 150 км.

Ведутся работы над созданием аккумуляторных батарей с малым временем зарядки (около 15 минут), в том числе и с применением наноматериалов. В начале 2005 года компания Altairnano объявила о создании инновационного материала для электродов аккумуляторов. В марте 2006 года Altairnano и Boshart Engineering заключили соглашение о совместном создании электромобиля. В мае 2006 года успешно завершились испытания автомобильных аккумуляторов с Li4Ti5O12 электродами. Аккумуляторы имеют время зарядки 10—15 минут.

Рассматривается также возможность использования в качестве источников тока не аккумуляторов, а ионисторов (суперконденсаторов), имеющих очень малое время зарядки, высокую энергоэффективность (более 95 %) и намного больший ресурс циклов зарядка-разрядка (до нескольких сотен тысяч). Опытные образцы ионисторов на графене имеют удельную энергоемкость 32 Вт·ч/кг, сравнимую с таковой для свинцово-кислотных аккумуляторов (30−40 Вт·ч/кг)[18].

Разрабатываются электрические автобусы на воздушно-цинковых (Zinc-air) аккумуляторах[19].

Toyota работает над созданием нового поколения гибридных автомобилей Prius (полный гибрид, plug-in гибрид, PHEV). В новой версии водитель по желанию может включать режим электромобиля, и проехать на аккумуляторах примерно 15 км. Подобные же модели разрабатывает Ford — модель Mercury Mariner — пробег в режиме электромобиля 40 км, и Citroën — модель C-Metisse — пробег в режиме электромобиля 30 км и другие. Toyota изучает возможность установки устройств для зарядки аккумуляторов гибридов на бензозаправочных станциях.

General Motors в январе 2007 года представил концепт Chevrolet Volt, способный проезжать в режиме электромобиля 65 км.

Почта Японии, начиная с 2008 года, планирует приобрести 21000 электромобилей для доставки почтовых отправлений на короткое расстояние[20].

По прогнозам PriceWaterhouseCoopers к 2015 году мировое производство электромобилей вырастет до 500 тыс. штук в год[21].

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.[22]

Планы автопроизводителей

Компания Страна год планы
Tesla Motors США 2012
2013
начало продаж Model S[23]
начало производства Model X[24]
Renault Франция 2012 начало продаж Renault Zoe[25]
Nissan Япония 2012
2013
серийное производство[26]
начало производства e-NV200 в Испании[27]
Detroit Electric Китай — США 2012 увеличить производство до 270 тысяч в год[28].
BMW Германия 2012 начало продаж в США[29]
Dongfeng Nissan Китай — Япония 2012 начало продаж в Китае[30]
Ford США 2010
2011
2012
Коммерческий грузовик
Микроавтомобиль
Автомобиль С-класса[31]
Toyota Япония 2012 начало производства iQ[32]
Honda Япония
2012
2012
начало продаж в Китае Fit EV[33]
начало продаж в США Fit EV[34]
Chrysler США 2012 Начало производства[35].
General Motors США 2013 Начало производства Cadillac Converj[36]
Автоваз Россия 2012 Начало продаж Lada ELLada[37]
SEAT Испания 2016 Начало производства Altea XL Electric Ecomotive[38]
Kia Ю. Корея 2012 Начало производства Ray EV[39].
BYD Daimler New Technology Co. Ltd. Китай — Германия 2013 Начало производства Denza[40]
Mercedes-Benz Германия 2014 Начало продаж электромобиля B-класса[41].
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[42].

Правительственные планы

Европа

Германия
Зарядная станция в Германии

В 2011 году правительство Германии приняло программу развития производства и эксплуатации электромобилей. Цель программы — довести число автомобилей с электробатареями в стране к 2020 году до 1 миллиона, а до 2030 года число таких машин должно возрасти уже до 6 миллионов. При этом программа предполагает ряд мер для стимулирования спроса на такие автомобили. В частности, на 10 лет владельцы электромобилей освобождаются от налогов на транспортное средство. Помимо специальных парковочных мест для электромобилей в Германии предполагается создать еще и специальные полосы для них.

На разработку батарей для автомобилей правительство до 2013 года выделяет дополнительно 1 миллиард евро. Ранее на программу уже была выделена такая же сумма. Для координации работы при правительстве будет создана специальная группа. Кроме того, к 2014 году планируется выстроить инфраструктуру для подзарядки батарей и создать примерно 7 тысяч общественных зарядных станций.

Правительство Германии планирует к 2020 году вывести на дороги страны 1 миллион электромобилей, гибридных автомобилей и полных гибридов (PHEV)[43]. Серийное производство началось уже в 2011 году. В 2012 году на эти цели из бюджета выделено 500 миллионов евро.[44]

Франция

Правительство Франции планирует к 2012 году вывести на дороги страны более 100 тысяч электромобилей[45].

Ирландия

Правительство Ирландии планирует к 2020 году 10 % транспорта перевести на электроэнергию[46].

Азия

Япония

В августе 2006 года Министр экономики, торговли и промышленности Японии утвердил план развития электромобилей, гибридных автомобилей и аккумуляторов для них. Планом предусмотрено к 2010 году начать в Японии массовое производство двухместных электромобилей с дальностью пробега 80 км на одной зарядке, а также увеличить производство гибридных автомобилей.

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[47].

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

  • снизить стоимость аккумуляторов на 50 %;
  • вывести на дороги страны 1 миллион электромобилей к 2015 году;
  • увеличить мощности по производству аккумуляторов до 10 000 МВт. в год;
  • разработать стандарты для электромобилей;
  • и т.д[48].
Южная Корея

Правительство Южной Кореи поставило цель автомобилестроительным компаниям начать массовое производство электромобилей до второй половины 2011 года[49] и произвести 1 миллион электромобилей к 2020 году[50].

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[51].

Энергетика[2]

Уравнение баланса энергии:

e·Gб = ω·L (Ga + Gэ + Gб + Gп)·103
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);
Ga — масса экипажной части, кг;
Gэ — масса электропривода, кг;
Gп — полезная нагрузка, кг;
Gб — масса батареи, кг.

Полная масса электромобиля, кг:

G = Gа+Gэ+Gп+Gб

Вес аккумуляторной батареи (в первом приближении)[9]:

Gб = 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:

ωб = K·L/(Gб/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:

Рд = ±Ркт±Ра±Рн
где Рк — мощность затрачиваемая на ускорение электромобиля;
Рт — мощность затрачиваемая на преодоление сил сопротивления качению;
Ра — мощность затрачиваемая на преодоление аэродинамического сопротивления;
Рн — мощность затрачиваемая на преодоление подъема.

Полная мощность батареи:

Рэ = Рд/(ηм·ηэ)+Рвсп
где ηэ — потери энергии на преобразование электрической энергии в механическую;
ηм — потери механической энергии при передаче на тяговые колеса;
Рвсп — мощность затрачиваемая на вспомогательные нужды.

См. также

Примечания

  1. (занимает 5-6 часов)
  2. 1 2 3 4 5 6 7 Щетина В.А., Морговский Ю.Я. и др. Электромобиль. Техника и экономика. 1987 г.
  3. Петербургские студенты изобрели первый в России солнечный электромобиль
  4. Рекорды и опыты открывают дорогу литиевым машинам будущего
  5. Venturi Streamliner Sets New World Speed Record 25 Aug 2010
  6. 600 км без подзарядки: новые перспективы развития электромобилей
  7. назвали «Автомобиль года»
  8. В Москве вводится многозоновый тариф на электроэнергию // РБК
  9. 1 2 3 4 5 6 О. А. Ставров. Электромобили. Изд-во «Транспорт», 1968 г. УДК 629.113.65
  10. [1] — Учебник по двигателям внутреннего сгорания Поршневой двигатель внутреннего сгорания
    Водородный транспорт
  11. en:Patent encumbrance of large automotive NiMH batteries
  12. SolarWorld GT — официальный сайт
  13. SolarWorld GT — технические характеристики
  14. электромобили и через 15 лет будут стоить дороже обычных
  15. Volvo C30 BEV
  16. 1 2 Электротехнический справочник: В 4 т. / Под общ. ред. В. Г. Герасимова, А. Ф. Дьякова, А. И. Попова. — 9-е, стереотипное. — М.: Издательство МЭИ, 2004. — Т. 4. Использование электрической энергии. — С. 526. — 696 с. — ISBN 5-7046-0988-0, ББК 31.2я21, УДК [621.3+621.3.004.14](035.5)
  17. Леонид Попов, Проверено вторичное использование электромобильных батарей 22 июля 2011
  18. S.R.C.Vivekchand; Chandra Sekhar Rout, K.S.Subrahmanyam, A.Govindaraj and C.N.R.Rao (2008). «Graphene-based electrochemical supercapacitors». J. Chem. Sci., Indian Academy of Sciences 120, January 2008: 9−13.
  19. Zinc-air bus project
  20. Japan Post looking to switch fleet to electric cars
  21. PriceWaterhouseCoopers Projects Growth of Electric Car Market
  22. Глава Renault-Nissan считает, что рынок электромобилей в России развиваться не будет
  23. Tesla receives Letter of Intent from Daimler for full electric powertrain program for a Mercedes vehicle 3 November 2011
  24. Tesla Model X electric crossover to begin production in late 2013 10 February 2012
  25. Renault features production version of ZOE, Twizy EV at Geneva 9 March 2012
  26. Nissan GT 2012 Mid-term Business Plan Unveiled
  27. Nissan to begin production of e-NV200 electric LCV in FY 2013 at Barcelona 23 May 2012
  28. Dongfeng Motor Corporation and Detroit Electric Holdings Ltd Enter Into Strategic Cooperation for EVs
  29. BMW’s electric baby
  30. Dongfeng Nissan to launch electric cars by 2012
  31. Ford Rolls Out Accelerated Plan for HEVs, PHEVs and BEVs; To Partner with Magna on BEVs, First One Due in 2011
  32. Toyota Concept EV Based on the iQ; Company Confirms Plans to Launch Urban Commuter BEV by 2012, Li-ion Prius PHEV in Late 2009
  33. Honda begins demonstration testing of Fit EV concepts in Guangzhou; targeting EV production in China before end of 2012 8 November 2011
  34. Honda unveils 2013 Fit EV; expects about 1,100 units in US over next 3 years
  35. Report: Chrysler to Show Prototype Electric Fiat 500 at Detroit Auto Show
  36. Report: GM re-greenlights the Cadillac Converj for production 11 August 2011
  37. Новая Lada стоит 1 000 000 рублей
  38. SEAT unveils first all-electric car and PHEV 11 November 2011
  39. Kia introduces Ray EV in Korea; 2,500 units to be produced in 2012 for use by government agencies 22 December 2011
  40. Daimler and BYD introduce Denza brand for battery-electric vehicles 30 March 2012
  41. Mercedes-Benz presenting new battery-electric B-Class concept at Paris show 17 September 2012
  42. GM Korea launching electric Spark in 2013 25 October 2012
  43. Germany Aiming for 1M EVs and PHEVs by 2020
  44. Германия построит миллион электромобилей
  45. Deja Vu for French Plug-In Plans
  46. Govt plan to have 10 % of all cars electric by 2020//Газета Belfast Telegraf. 26 ноября 2008
  47. 60,000 new-energy vehicles to trial-run in 11 cities
  48. Liu Yuanyuan China Begins Implementation of «12th five-year» Plan for EVs 10 Июнь 2011 г.
  49. http://joongangdaily.joins.com/article/view.asp?aid=2911076 Lee Ho-jeong Gov’t moves up electric car deadline Lee//JoongAng Ilbo October 09, 2009
  50. South Korea Aims to Make 1.2 Million Hybrid, Electric Cars// Bloomberg December 6, 2010 — 6:17 AM
  51. India adopts National Electric Mobility Mission Plan 2020; 6-7M electrified vehicles by 2020, total investment up to $4.1B 30 August 2012

Ссылки


Wikimedia Foundation. 2010.

Синонимы:

См. также в других словарях:

  • электромобиль — электромобиль …   Орфографический словарь-справочник

  • ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ — ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ, АВТОМОБИЛЬ, приводимый в движение БАТАРЕЕЙ (аккумулятором), которую можно периодически подзаряжать. Электроэнергия, накопленная в аккумуляторе, преобразуется в механическую посредством ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ. Считается, что электромобили …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ — ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ, автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями, питающимися от аккумуляторных батарей. Достоинства бездымность, бесшумность; недостатки малый запас хода, большая масса. Выпускаются в Японии, США,… …   Современная энциклопедия

  • ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ — автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями, которые питаются от аккумуляторных батарей. Основные достоинства бездымность, бесшумность, простота управления; основные недостатки малый запас хода, большая масса.… …   Большой Энциклопедический словарь

  • ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ — ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ, я, м. Автомобиль с электрическим двигателем. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 …   Толковый словарь Ожегова

  • электромобиль — сущ., кол во синонимов: 1 • автомобиль (369) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • электромобиль — – вид транспорта, авто с электродвигателем. EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 …   Автомобильный словарь

  • Электромобиль —         автомобиль с тяговым электродвигателем, получающим питание от батареи Аккумуляторов (БА), чаще всего свинцово кислотных или железоникелевых щелочных. В начале 20 в. Э. использовались в Западной Европе и США в качестве такси, почтовых… …   Большая советская энциклопедия

  • ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ — автомобиль, приводимый в движение одним или неск. электрич. двигателями, питаемыми от аккумуляторных батарей или топливных элементов, установл. на этом же автомобиле. Достоинства Э. бесшумность, отсутствие токсичных выпускных газов, высокие… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • электромобиль — ЭЛЕКТРОМОБИ/ЛЬ я; м. Автомобиль с тяговым электродвигателем, получающим питание от батареи аккумуляторов. ◁ Электромоби/льный, ая, ое. * * * электромобиль автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями, получающими… …   Энциклопедический словарь

Книги

Другие книги по запросу «Электромобиль» >>