Электромобили
Электромобили
Следует отмстить, что электромобили появились раньше, чем автомобили с двигателями внутреннего сгорания. Первый электромобиль, приводимый в движение электродвигателем, питаемым от аккумулятора, был создан в 1835 году в США Т. Давенпортом.
Эксплуатационные характеристики электромобилей, как правило, хуже, чем у автомобилей с ДВС.
1.Основным ограничением при эксплуатации электромобилей является их малый радиус действия. Средний автомобиль с ДВС и полным баком горючего проходит 750... 1100 км, бак может быть заправлен за 5... 10 минут. Современный электромобиль проходит до перезарядки менее 180 км, заряд батареи занимает несколько часов.
Малый радиус действия электромобилей объясняется низкой плотностью запасаемой энергии в аккумуляторе. Для кислотно-свинцового аккумулятора этот показатель составляет 30...35 Вт • час/кг, что значительно меньше, чем для стандартного автомобильного топлива — 12000 Вт • час/кг. На практике радиус действия электромобиля зависит от скорости, манеры вождения, климата (температуры), дорожных условий, состояния аккумуляторной батареи. По статистике среднесуточный пробег автомобиля в городе не превышает 50 км, что соответствует возможностям электромобиля.
2.Скорость и ускорение электромобилей меньше, чем у автомобилей с ДВС. Для движения по шоссе это очень важно. Гоночные электромобили на короткое время способны развить скорость более 200 км/час. На серийных электромобилях производители ограничивают скорость до 120 км/час. В основном электромобили отвечают требованиям для вождения в черте города.
Ускорение при трогаиии с места у электромобилей такое же, как у автомобилей с ДВС. Ускорение у электромобилей на высоких скоростях (более 110 км/час) и движении в гору меньше, чем у автомобилей с ДВС. При движении по шоссе из-за этого могут возникать проблемы с безопасностью.
3.Электромобили тяжелее аналогичных автомобилей с ДВС из-за низкой энергоемкости аккумуляторов.
В электромобилях приходится компенсировать большой вес аккумуляторов применением легких сплавов для кузовных и других компонентов. Электромобиль должен иметь низкое трение качения, малое аэродинамическое сопротивление, эффективные системы отонления/кондиционирования, при этом электромобиль должен отвечать требованиям безопасности при столкновениях и т. д.
4.Как следствие, в электромобиле имеется множество дорогостоящих электронных компонентов и микропроцессорных систем, цена при покупке электромобиля значительно выше, чем у обычного автомобиля с ДВС. Например, электромобиль Toyota RAV4 стоит около S50 тысяч на японском рынке, тогда как обычный автомобильный вариант — только S20 тысяч. Фирма Chrysler Согр. еще в 1993 году выпустила мини-вэн стоимостью $120 тысяч, но за три года удалось продать только 51 машину. Отечественный ВАЗ 1111э (ЭлектроОка) стоит $18 тысяч, в то время как обычная Ока —$3 тысячи.
Но не во всем электромобиль проигрывает автомобилю.
1.Ожидаемые эксплуатационные расходы у электромобиля должны быть ниже, чем у автомобиля с ДВС. Например, небольшой автомобиль с Д13С объемом 1,2 литра и ручной коробкой переключения передач на легком топливе стоимостью 1 доллар проезжает около 50 км. Электромобиль при тарифе на электроэнергию 12 центов за 1 кВт • час (для США) проезжает за 1 доллар 120 км. Этот оптимистический расчет приведен в Американских СМИ.
Действительно, тарифы на электроэнергию в США до 2001 года были относительно низкими: в среднем для населения 8,4 цента за 1 кВт • час, для коммерческих организаций — 7,7 цента; для промышленных предприятий — 4,8 цента. В Калифорнии тариф для населения был выше — 12 центов за I кВт час, г. к. местные власти в борьбе за экологию нс разрешали строить новые электростанции, предпочитая импортировать электроэнергию из других регионов. Начиная с 2001 гола и по настоящее время американские тарифы на электроэнергию увеличились более чем в четыре раза. Эксплуатация электромобилей стала дороже. Но и бензин подорожал в такой же степени. Так что пропорции эксплуатационных затрат не меняются.
2.Двигатель внутреннего сгорания работает при высоких температурах, вибрациях, в химически активной среде, нуждается в жидкостном охлаждении, имеет много подвижных частей. Как следствие, силовой агрегат электромобиля служит намного дольше, чем двигатель внутреннего сгорания, сам электромобиль также значительно долговечнее, чем автомобиль с ДВС. Аккумуляторная батарея — вот единственный проблемный элемент электромобиля, гак как нуждается в интенсивном обслуживании и замене каждые 4—5 лег.
Классическая схема
Классическая схема электромобиля показана на рис. 1 а. Схема включает высоковольтную (не ниже 100 волы) ходовую аккумуляторную батарею ХАКБ, электродвигатель ЭД (либо монотипа, либо колесный — для каждого ведущего колеса отдельно) и устройство управления УУ (контроллер), которое управляет энергией ходовой АКБ при се подаче к электродвигателю ЭД.
Первоначально считалось, что такой электромобиль предельно прост и вся проблема сведется к разработке новых конструкций ходовой АКБ и электродвигателя ЭД. Но в этой трехзвенной модели не менее сложным оказалось создать устройство управления УУ. Кроме того, было совершенно не ясно, от чего и где можно будет подзаряжать ХАКБ. Стали также подвергать критическому анализу главное преимущество электромобилей перед автомобилями — экологическое. Сначала как аксиома было принято предположение, что электромобиль абсолютно чистое транспортное средство, наподобие троллейбуса без проводов. Однако ходовые батареи и станции их обслуживания сами по себе могут стать источниками ядовитого загрязнения окружающей среды. Нетрудно себе представить, что будет с Москвой, когда хотя бы каждый третий из 3 миллионов столичных автомобилей станет электромобилем. В среднем 20 тысяч тонн сернокислотного электролита будут кататься по московским улицам.
К этому надо добавить, что ежедневная подзарядка ХАКБ для одною миллиона электромобилей потребует от Мосэнерго дополнительно электроэнергии еще столько же, сколько оно вырабатывает.
В настоящее время ведется ряд научных разработок в направлении поиска новых химических источников тока (ХИТ). Опробованы па электромобилях и щелочные аккумуляторы, и солнечные батареи, и топливные элементы. Топливные элементы — это одноразовые химические источники тока (ХИТ), которые работают по принципу превращения энергии высокотемпературной химической реакции в электрическую энергию. Обладают малыми габаритами и весом, интенсивной токоотдачей, но непродолжительны в действии.
Для большинства современных электромобилей кузов, шасси и многие другие механические узлы и агрегаты позаимствованы от серийных автомобилей с ДВС: пикап Ford Ranger EV, ВАЗ 1111 э (ЭлектоОка), Toyota RAV4 EV и прочие. Лишь немногие модели с самого начала проектировались как электромобили, например, GM EV1 или Honda EV-plus. Но те и другие имеют примерно одинаковый состав основных функциональных и вспомогательных компонентов, показанных на блок-схеме электромобиля (рис. 2).
Рис. 2. Блок-схема современного электромобиля
На рисунке обозначено:
1.Зарядное устройство. Преобразует переменное напряжение внешней сети в постоянное для заряда аккумуляторных батарей, тяговой и вспомогательной.
2.Устройство защиты (блок реле и предохранителей). Состоит из выключателей, реле, предохранителей, которые включены между аккумуляторной батареей и остальной электрической схемой — потребителями. При возникновении неисправности цепь переменного тока и аккумуляторы отключаются.
3.Тяговая аккумуляторная батарея. Обеспечивает энергией двигатель электромобиля.
4.Бортовой компьютер. Контролирует состояние основных функциональных компонентов и бортовых систем электромобиля. При необходимости инициирует средства зашиты.
5.Дополнительный источник электроэнергии (обычно вспомогательная аккумуляторная батарея па 12 В). Обеспечивает работу осветительных приборов, панели приборов, стеклоподъемников, стеклоочистителей и т. д.
6.Система климат-контроля салона. Состоит из кондиционера и электроотопителя.
7.Электронный контроллер электродвигателя. Формирует требуемый вид напряжения питания. Управляет числом оборотов и тяговым моментом на валу по командам водителя или автоматически.
8.Электродвигатель. Приводит в движение колеса электромобиля непосредственно или опосредованно через трансмиссию. Применяются электродвигатели постоянного и переменного тока, а также мотор-колеса.
9.Механическая трансмиссия. Состоит из коробки передач, дифференциала и других механических устройств для обеспечения движения электромобиля.
10.Водительские органы управления электромобилем.
11.Движители (колеса) электромобиля.