Що таке ЕЛЕКТРОМОБІЛЬ?

Електромобіль — автомобіль, що приводиться в рух одним або декількома електродвигунами з живленням від акумуляторів або паливних елементів та ін., а не двигуном внутрішнього згоряння. Електромобіль слід відрізняти від автомобілів з двигуном внутрішнього згоряння та електричною передачею і від тролейбусів. Підвидами електромобіля вважаються електрокар (вантажне транспортний засіб для руху на закритих територіях, підйомно-транспортна машина) і электробус (автобус з акумулятором). Історія Електромобіль з'явився раніше, ніж двигун внутрішнього згоряння. Перший електромобіль у вигляді візка з електромотором був створений в 1841 році. Перший двомісний електромобіль Іполита Романова зразка 1899 року змінював швидкість руху в дев'яти градаціях — від 1,6 км у годину до максимальної в 37,4 км на годину. У першій чверті XX століття широке поширення отримали електромобілі та автомобілі з паровою машиною. У 1900 році приблизно половина автомобілів в США була на паровому ходу, в 1910-х в Нью-Йорку в таксі працювало до 70 тисяч електромобілів. Значного поширення на початку століття отримали і вантажні електромобілі, а також електричні омнібуси (електробуси). Спочатку запас ходу і швидкість у електричних і бензинових екіпажів були приблизно однаковими. Головним мінусом електромобілів була складна система підзарядки. Оскільки тоді ще не існувало вдосконалених перетворювачів змінного струму в постійний, зарядка здійснювалася вкрай складним способом. Для підзарядки використовувався електромотор, що працювала від змінного струму. Він обертав вал генератора, до якого були приєднані батареї електромобіля. У 1906 році був винайдений порівняно простий в експлуатації випрямляч струму, але це істотно проблему підзарядки не вирішило. Електромобіль La Jamais Contente 29 квітня або 1 травня 1899 року встановив рекорд швидкості на суші. Він першим у світі подолав швидкість 100 км/год і досяг швидкості 105,882 км/ч. Відомий американський конструктор електромобілів Уолтер Бейкер отримав швидкість 130 км/год. А електромобіль фірми «Борланд Електрик» проїхав від Чикаго до Мілуокі (167 км) на одній зарядці. На наступний день (після перезарядки) електромобіль повернувся в Чикаго своїм ходом. Середня швидкість склала 55 км/ч.
Енциклопедія Брокгауза Ф. А. і Ефрона І. А. описує електромобілі наступним чином:
Найбільш багатообіцяючим типом автомобіля в майбутньому можна вважати електричний, але поки він ще недостатньо вдосконалений. Електричні двигуни не дають ні шуму, ні кіптяви, вони, безперечно, зручніше і досконаліше всіх інших, але А. повинен вести своє джерело енергії: акумуляторну батарею, яка поки ще занадто важка і міцна. Тому неможливо возити з собою запас енергії на довгий шлях, а знову заряджати акумулятори і замінювати виснажені іншими можливо лише при їзді в містах або від одного спеціально влаштованої станції до іншої. Існують вже більш легкі акумулятори Едісона, але вони ще не набули поширення, оскільки, ймовірно, ще недостатньо удосконалено своїм винахідником. Електричні А. були пущені в обіг Jeantaud і багатьма іншими з самого початку автомобілізму: на конкурсі 1904 р. в Парижі були навіть, мабуть, парадоксальні А. Жанто і Крижера: газолиново-електричні, діяли непогано. У ньому газолиновый двигун приводив у рух динамо-машину, яка давала струм для електричного двигуна; виявилося, що така електрична трансмісія поглинає відсотків на 20 менше енергії, ніж звичайна механічна і зручна для регулювання швидкості.
Відродження інтересу до електромобілів відбулося в 1960-і роки з-за екологічних проблем автотранспорту, а в 1970-ті роки і з-за різкого зростання вартості палива в результаті енергетичних криз. Переваги електромобіля Електромобілі відрізняються низькою вартістю експлуатації. Ford Ranger споживає 0,25 кВт•год на один кілометр шляху, Toyota RAV4 — 0,19 кВт•год на кілометр. Середній річний пробіг автомобіля в США становить 19 200 км (тобто 52 км в день). При вартості електроенергії в США від 5 до 20 центів за кВт•год вартість річного пробігу Ford Ranger становить від $240 до $1050, RAV-4 — від $180 до $970. У Росії вартість електроенергії істотно нижче — близько 2,7 руб (12 центів) за кВт•год за денним тарифом і близько 1,50 руб за кВт•год в нічний час[2]. Таким чином, вартість експлуатації електромобіля в Росії буде істотно нижче, ніж в США, оскільки заряджатися він буде вночі. Враховуючи, що ціни на бензин в Росії значно вище, ніж у США (Середнє значення ціни на бензин в США за останні 6 років становить 22 рубля за літр. Мінімальна ціна досягала 13 рублів за літр наприкінці 2008 року) [3], то в теплу пору року витрати на енергоресурси для електромобілів будуть значно менше, в холодну пору року потрібно враховувати витрата електроенергії на обігрів салону. Акумуляторні батареї служать близько трьох років, або 85000-100000 км пробігу. ККД тягового електродвигуна становить 88%-95%. У міському циклі автомобіль задіює близько 3 л. с. двигуна. Міський автотранспорт може бути замінений на електромобілі. Існує легенда, що низький рівень шуму електромобілів може створювати проблеми — пішоходи, переходячи дорогу, найчастіше орієнтуються на звук автомобіля. У деяких країнах навіть пропонується штучно підвищити рівень шуму електромобілів. Зрозуміло, різкий шум працюючого потужного електродвигуна важко з чимось сплутати, шум електроприводів тролейбуса (в основному повітряних компресорів і вентиляторів в старих моделях), механічних передач (диференціал і карданна передача), електрокара, потяги метро широко відомий, так що електромобілю необхідно звичайне для транспорту шумозаглушення. Та й шум сучасного автомобіля на невеликій швидкості дуже малий, в основному це шум тертя коліс об асфальт, гравій або інше покриття. Однак при використанні малопотужних двигунів, як, наприклад, у трамваях, шум дійсно практично відсутня і на деяких випускаються електромобілях штучно підвищують рівень шуму. Порівняння з ДВЗ — переваги: • Відсутність шкідливих вихлопів в місці знаходження електромобіля. • Висока екологічність через відсутність застосування нафтових палив, антифризів, трансмісійних та моторних олив, а також фільтрів для цих рідин. • Простота обслуговування, великий міжсервісний пробіг. • Низька пожежо - і вибухонебезпечність при аварії. • Простота конструкції (простота електродвигуна і трансмісії, відсутність необхідності в перемиканні передач) і управління, висока надійність і довговічність екіпажної частини (до 20-25 років) у порівнянні зі звичайним автомобілем. • Можливість підзарядки від побутової електричної мережі (розетки), але такий спосіб в 5-10 разів довше, ніж від спеціального високовольтного зарядного пристрою. • Електромобіль — єдиний варіант застосування на легковому автотранспорті дешевої (в порівнянні з бензином) енергії, що виробляється АЕС, ГЕС і електростанціями інших типів. • Масове застосування електромобілів змогло б допомогти у вирішенні проблеми «енергетичного піку» за рахунок підзарядки акумуляторів в нічний час. • ТЕД мають ККД до 90-95% порівняно з 22-42% у ДВЗ [4]. • Менший шум за рахунок меншої кількості рухомих частин і механічних передач. • Висока плавність ходу з широким інтервалом зміни частоти обертання вала двигуна. • Можливість підзарядки акумуляторів під час рекуперативного гальмування і при русі вниз по схилах (при перемиканні двигуна в режим генератора). • Можливість підзарядки акумуляторів від енергії сонця (як під час руху, так і під час простою автомобіля). • Можливість гальмування самим електродвигуном (режим електромагнітного гальма) без використання механічних гальм — відсутність тертя і відповідно зносу гальм. • Проста можливість реалізації повного приводу і гальмування шляхом застосування схеми «мотор-колесо», що дозволяє, крім іншого, легко реалізувати систему одночасного повороту всіх чотирьох коліс, аж до перпендикулярного положення. • Також як і в автомобілях з ДВС, частина енергії (близько 10%) втрачається в коробці передач і інших елементах трансмісії. Для вирішення цієї проблеми в элекромобилях, компанія Mitsubishi Motor розробила колесо з вмонтованим електродвигуном (мотор-колесо). Система отримала назву Mitsubishi In-wheel motor Electric Vehicle (MIEV). Аналогічний мотор-колесо розробила Toyota. Прототип автомобіля Toyota Fine-T може повертати колеса перпендикулярно осі автомобіля, що дозволяє значно спростити паркування. Можливо також вирішенням цієї проблеми буде відмова від коробки передач на користь звичайної циліндричної передачі, як на локомотивах (ККД близько 95%) або простого карданного вала, як на тролейбусах. Порівняння з ДВЗ — недоліки: • Акумулятори за півтора століття еволюції так і не досягли характеристик, що дозволяють електромобілю на рівних конкурувати з автомобілем запасу ходу і вартості, незважаючи на значне вдосконалення конструкції. Наявні высокоэнергоемкие акумулятори або занадто дороги із-за застосування дорогоцінних або дорогих металів (срібло, літій), або працюють при дуже високих температурах (робоча температура натрій-сірчаного акумулятора — понад 300 °З). Крім того, такі акумулятори відрізняються високим саморозрядом. Одним з перспективних напрямків стала розробка нікель-метал-гидридних акумуляторів з оптимальним співвідношенням енергоємності і собівартості, проте через патентних обмежень на NiMH-акумулятори ] на електромобілях змушені застосовувати свинцево-кислотні АКБ. Втім, енергоємність таких АКБ збільшилася за XX століття в 4 рази (до 40-45 Вт•год/кг) і вони не вимагають обслуговування протягом всього терміну служби. Значно підвищити віддачу від акумуляторів дозволило застосування електронних систем оперативного контролю за станом і зарядкою-розрядкою АКБ. Можливо виходом з цієї ситуації буде застосування паливних елементів, зокрема дешевшають PEM-елементів. • Акумулятори добре працюють при русі електромобіля на постійних швидкостях і при плавних розгонах. При різких стартах АКБ тягові втрачають багато енергії. Для збільшення пробігу електромобіля необхідні спеціальні стартові системи, наприклад, на конденсаторах, а також застосування систем рекуперації енергії (економія до 25%). • Проблемою є виробництво і утилізація акумуляторів, які часто містять отруйні компоненти (наприклад, свинець або літій) і кислоти. • Частина енергії акумуляторів витрачається на охолодження або обігрів салону автомобіля, а також харчування інших бортових енергоспоживачів (наприклад, світло або повітряний компресор). Робляться зусилля, щоб вирішити цю проблему з використанням паливних елементів, ионисторов і фотоелементів. • Для масового використання електромобілів потрібне створення відповідної інфраструктури для підзарядки акумуляторів («автозарядные» станції). • При масовому використанні електромобілів в момент їх зарядки від побутової мережі зростають перевантаження електричних мереж «останньої милі», що загрожує зниженням якості енергопостачання та ризиком локальних аварій мережі. • Тривалий час зарядки акумуляторів порівняно з заправкою паливом. • Малий пробіг від одного заряду. Літієва батарея ємністю 24 квч при середніх умовах руху (60-90 км/год, ближнє світло фар (фари на світлодіодах), без опалення салону, без кондиціонера) дозволяє електромобілю проїхати близько 160 км. Використання кондиціонера, отопітеля салону, рух з частим розгоном/гальмуванням, рух зі швидкістю 90-100 км/год, завантаження електромобіля пасажирами або вантажем зменшують пробіг від одного заряду до 2-х разів (до 80 км). • Висока вартість літієвих батарей, або високий вагу досить ємних свинцевих батарей. Літієва батарея ємністю 24 квч коштує близько 6000-9000 $ (дає близько 160 км пробігу). Свинцеві батареї вагою близько 400 кг дозволяють мати пробіг всього близько 80 км, до того ж свинцеві батареї дуже не люблять глибокого розряду. Використання більшої кількості свинцевих батарей призводить до перевантаження електромобіля, а використання літієвих батарей більшої ємності сильно здорожує електромобіль. Інші типи батарей в електромобілях практично не використовуються. • Погіршення характеристик (ємності, при заряді і при витраті енергії) батарей на холоді. • При використанні двигуна постійного струму в якості тягового необхідно ретельне обслуговування (зокрема, перевірка щіток колектора) з-за його «примхливості». Сучасне застосування У 2004 році в США експлуатувалося 55852 електромобіля. Крім цього в США експлуатується велика кількість саморобних електромобілів. Набори комплектуючих для конвертації автомобіля в електромобіль продаються у магазинах. Мінімальна вартість конвертації становить $1500. Світовий лідер з виробництва електричного транспорту — Китай. Крім цього, невеликі електромобілі спрощеної конструкції (електрокари, електронавантажувачі і т. д. ) широко застосовуються для перевезення вантажів на вокзалах, в цехах і великих магазинах, а також як атракціон. В даному випадку всі недоліки у вигляді малого запасу ходу і швидкості, високої власної вартості батарей і маси, перекриваються перевагами: відсутністю шкідливих вихлопів і шуму, що принципово важливо для роботи в закритих людних приміщеннях. Формально до електромобілів такі машини відносити не прийнято через специфічність їх застосування. Основний фактор, що стримує масове виробництво електромобілів — малий попит, обумовлений високою вартістю та малим пробігом від однієї зарядки. Існує точка зору, що широке поширення електромобілів стримується дефіцитом акумуляторів і їх високою ціною. Для вирішення цих проблем багато автовиробників створили спільні підприємства з виробниками акумуляторів. Наприклад, Volkswagen AG створив спільне підприємство з Sanyo Electric, Nissan Motor з NEC Corporation, і т. д. Новітні досягнення 22-23 травня 2010 року перероблена на електротягу малолітражка Daihatsu Mira EV, творіння Японського клубу електромобілів, проїхала 1003 кілометри і 184 метри на одному заряді акумулятора.[7] 24 серпня 2010 року електромобіль «Venturi Jamais Contente» з літій-іонними акумуляторами на солоному озері в штаті Юта встановив рекорд швидкості 495 км/год на дистанції 1 км. Під час заїзду автомобіль розвивав максимальну швидкість 515 км/год[8]. 27 жовтня 2010 року електромобіль «lekker Mobil» конвертований з мікровена Audi A2 здійснив рекордний пробіг на одній зарядці з Мюнхена до Берліна довжиною 605 км в умовах реального руху по дорогах загального користування, при цьому були збережені і діяли всі допоміжні системи, включаючи опалення. Електромобіль із електродвигуном потужністю 55 кВт був створений фірмою «lekker Energie» на основі літій-полімерного акумулятора «Kolibri» фірми «DBM Energy». В акумуляторі було запасено 115 кВт•год, що дозволило електромобілю проїхати весь маршрут з середньою швидкістю 90 км/год (максимальна на окремих ділянках маршруту становила 130 км/год) і зберегти після фінішу 18% від початкового заряду. За даними фірми DBM Energy електронавантажувач з таким акумулятором зміг безперервно пропрацювати 32 години, що в 4 рази більше, ніж зі звичайним акумулятором. Представник фірми «lekker Energie» стверджує, що акумулятор «Kolibri» здатний забезпечити сумарний ресурсний пробіг до 500 000 км. 29 листопада 2010 року переможцем конкурсу " Європейський автомобіль року вперше оголошено електромобіль моделі Nissan Leaf, який отримав 257 очок. Електромобілі в Росії В 1899 році, в Санкт-Петербурзі російський дворянин Іполит Романів створив перший російський електромобіль. Його загальна компоновка була запозичена у англійських кебів, де візник розташовувався на високих козлах позаду пасажирів. Екіпаж був чотириколісним, передні колеса по діаметру були більше задніх. На першому електромобілі використовувався свинцевий акумулятор системи Барі, мав 36 банок (вольтів стовпів). Він вимагав підзарядки кожні 60 верст. Сумарна потужність автомобіля становила 4 кінські сили. Розробка екіпажу було запозичено у моделей американської фірми «Морріс-Салом», яка випускала автомобілі з 1898 року. Вперше в Росії електромобіль, переобладнаний Ігорем Корховым із звичайного автомобіля, отримав висновок щодо допуску до участі в дорожньому русі і був зареєстрований в органах ДАІ, 30 березня 2007 року, завдяки допомозі науковця, громадського діяча Юрія Юрійовича Шулипы. Электробус «Лужок» призначений для перевезення тридцяти пасажирів з максимальною швидкістю 25 км/год у паркових і виставкових зонах міст. Працює на акумуляторних або конденсаторних батареях живлять двигун постійного струму ДПТ-45 потужністю 45 кВт. При гальмуванні рекуперирует енергію назад в батареї. На одній зарядці здатний проїхати 15 км. Електромобіль ГАЗ 330 21Е «Газель-Електро» призначений для перевезення вантажів у місті. При максимальній швидкості в 75 км/год і вантажопідйомністю до 1000 кг, здатний проїхати без підзарядки 20 км. Працює на акумуляторної або конденсаторної батареї. В якості двигуна використовується колекторний електродвигун постійного струму ДПТ-45 або асинхронний АЧТ 160 М4. За розпорядженням мера Москви в 2007 р. в місті почалася дослідна експлуатація електромобілів. Було закуплено 8 малотоннажних вантажівок та 2 автобуси. За підсумками дослідної експлуатації техніки Департамент транспорту і зв'язку Москви представить на розгляд уряду Москви проект розпорядчого документа щодо використання электромобильной техніки для забезпечення внутрішньоміських вантажних і пасажирських перевезень. У Петербурзі студенти Політехнічного університету сконструювали перший в Росії сонячний електромобіль (СЕМ). За ніч його можна зарядити від звичайної розетки, а вдень він живиться від сонячних батарей. У червні 2011 р. у Росії почалися офіційні продажі першого електромобіля Mitsubishi i-MiEV, і відкрилася перша электрозаправка в Москві. Скандал з виробництвом ЕМ в США Докладно про цю історію розповідається в науково-популярному фільмі 2006 року «Хто вбив електромобіль?» (англ. Who killed electric car?). На початку 90-х років штат Каліфорнія був одним із самих загазованих регіонів США. Тому Каліфорнійським Комітетом Повітряних Ресурсів (CARB) було прийнято рішення — в 1998 році 2% продаваних у Каліфорнії автомобілів не повинні виробляти вихлопів, а до 2003 року — 10%. Компанія General Motors відреагувала однією з перших і з 1996 року почала серійний випуск моделі EV1 з електричним приводом. Деякі автовиробники також почали продажу електромобілів в Каліфорнії. Основною масою користувачів EV1 стала голлівудська богемна публіка. Всього з 1997 року в Каліфорнії було продано близько 5500 електромобілів різних виробників. Судячи з їх відгуків, машина їм дуже подобалася, і наступним кроком повинно було стати початок масових продажів електромобілів. Існує думка, що авто та нафтопереробники домоглися скасування закону, розуміючи небезпеку електромобілів, і усвідомлюючи реальність того, що вони можуть витіснити звичайні автомобілі. CARB змінив вимога нульової емісії на вимогу супернизкой емісії. Майже всі вироблені електромобілі в 2002 році були вилучені у власників і знищені (тільки Toyota залишила власникам електричні RAV-4). В якості причини називалося закінчення терміну служби акумуляторів. Промислове виробництво і продаж електромобілів основними автовиробниками в США були повністю припинені. В останні роки у зв'язку з безперервним зростанням цін на нафту електромобілі знову стали набирати популярність. У репортажі CBS News «Could The Electric Car Save Us?» (англ. ) повідомляється, що 2007 р. знову почалося розгортання промислового виробництва електромобілів. Особливе завзяття проявляють невеликі підприємства (такі як «Tesla Motors»), оскільки їм не страшно скорочення обсягу виробництва звичайних автомобілів. У зв'язку з цією тенденцією автор фільму «Хто вбив електромобіль?» планує випустити продовження під назвою «Хто врятував електромобіль?». Перспективи Згідно з дослідженнями IDTechEx, індустрія електротранспорту досягне в 2005 році рівня продажів в $31,1 млрд по всьому світу (включаючи гібридний транспорт). До 2015 року ринок електротранспорту зросте приблизно в 7 разів і досягне $227 млрд. Деякі автовиробники не збираються робити гібридні автомобілі, а відразу почати виробництво електромобілів. Вони відстали у наукових розробках, не можуть самостійно створити гібридний автомобіль, або вважають гібриди безперспективними. Наприклад, японська компанія Mitsubishi Motors в 2009 році почне промислове виробництво електромобілів на базі Colt. На ньому будуть встановлені літій-іонні акумулятори. Існуючі прототипи мають дальність пробігу 150 км. Ведуться роботи над створенням акумуляторних батарей з малим часом зарядки (близько 15 хвилин), в тому числі і з застосуванням наноматеріалів. На початку 2005 року компанія Altairnano оголосила про створення інноваційного матеріалу для електродів акумуляторів. У березні 2006 року Altairnano і Boshart Engineering уклали угоду про спільне створення електромобіля. У травні 2006 року успішно завершилися випробування автомобільних акумуляторів з Li4Ti5O12 електродами. Акумулятори мають час зарядки 10-15 хвилин. Розглядається також можливість використання в якості джерел струму не акумуляторів, а ионисторов (суперконденсаторів), мають дуже малий час зарядки, високу енергоефективність (більше 95%) і набагато більший ресурс циклів заряджання-розряджання (до декількох сотень тисяч). Досвідчені зразки ионисторов на графені мають питому енергоємність 32 Вт•год/кг, порівнянну з такою для свинцево-кислотних акумуляторів (30-40 Вт•год/кг). Розробляються електричні автобуси на повітряно-цинкових (Zinc-air) акумуляторах. У серпні 2006 року Міністр Економіки, Торгівлі і Промисловості Японії затвердив план розвитку електромобілів, гібридних автомобілів і акумуляторів для них. Планом передбачено до 2010 року почати в Японії масове виробництво двомісних електромобілів з дальністю пробігу 80 км на одній зарядці, а також збільшити виробництво гібридних автомобілів. Toyota працює над створенням нового покоління гібридних автомобілів Prius (повний гібрид, plug-in гібрид, PHEV). У новій версії водій за бажанням може включати режим електромобіля, і проїхати на акумулятор приблизно 15 км. Подібні моделі розробляє Ford — модель Mercury Mariner — пробіг в режимі електромобіля 40 км, і Citroën — модель C-Metisse — пробіг в режимі електромобіля 30 км та інші. Toyota вивчає можливість встановлення пристроїв для зарядки акумуляторів гібридів на бензозаправних станціях. General Motors в січні 2007 року представив концепт Chevrolet Volt, здатний проїжджати в режимі електромобіля 65 км. Пошта Японії, починаючи з 2008 року, планує придбати 21000 електромобілів для доставки поштових відправлень на коротку відстань. За прогнозами PriceWaterhouseCoopers до 2015 року світове виробництво електромобілів зросте до 500 тис. штук в рік.