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:

1. 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.
2. Повышение интеллекта электромобилей (появляются беспилотные электрокары, не нуждающиеся в действиях человека).
3. 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:

1. 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;
2. 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.

Чтобы понять, кто изобрел электромобиль нужно обратить свой взгляд далеко в девятнадцатый век. Именно в то время жили изобретатели, которые предлагали свои варианты моделей. Однако массовый выпуск машин с электрической тягой состоялся уже в начале двадцатого века.

Создание первого электромобиля в мире можно отнести к 1828 году. Изобретатель Аньос Джедлик из Венгрии смастерил компактный автомобиль, напоминающий скейтборд с электромотором. Разумеется, большую полноценную машину такой двигатель не тянул, но это был уверенный шаг в правильном направлении.

Следующий шаг в изобретении электромобиля около 1830 года сделал Роберт Андерсон, который представил публике экипаж на электротяге. Примерно в тоже время свою модель показал Стратин Гронинген из Голландии.

Создатель электромобиля Томас Давенпорт в 1842 году создал уже более интересную модель, где была воплощена концепция электроячеек без перезарядки. Нужно сказать, что в Питсбурге в то время ходил локомотив, который подпитывался электричеством от рельс.

Историки, которые спорят о том, когда был создан первый электромобиль, нередко вспоминают талантливых инженеров Камиля Форе и Гастона Платье из Франции. Во второй половине 19-го века они значительно усовершенствовали аккумуляторную батарею. Автомобили с таким новшеством смогли проезжать значительные расстояния без остановок на подзарядку.

В 1899 года бельгиец Камиль Женатци создал свой самый первый электромобиль, который развил рекордную тогда скорость в шестьдесят восемь миль в час. Некоторые полагают, что именно это год создания машины с электротягой.

Русские изобретатели того времени внесли немалый вклад в создание электромобилей. К примеру, Павел Яблочков первый выдвинул одну из концепций электрокара, на которую получил патент. В 1879 году профессор Владимир Чиколев создал теорию по регулировке скоростей электромобиля, где задействованы контролеры. Он же придумал уникальную систему запуска электромотора.

Ипполит Романов и его электромобиль, 1899 год.

Огромный вклад в создание электромобилей сделал Ипполит Романов из Санкт-Петербурга. В 1899 год спроектировал и собрал четыре разных моделей электрокаров. Чтобы понять, какой был первый электромобиль в России нужно представить семнадцати- или двадцатичетырехместный омнибус. Такая машина весила около семисот двадцати килограмм. При этом ровно половину веса занимали аккумуляторы. Мощность электрокара составляла шесть лошадиных сил. К примеру французская модель электрокара того времени весила 1440 кг с аккумуляторами весом в 410 кг. Запас хода отечественного электрокара составлял около 100 км.

История создания электромобилей насчитывает уже более сотни лет. Многие не знают, но именно на электрический привод уповали первые создатели самоходных транспортных средств, ведь электромотор был изобретен гораздо раньше двигателя внутреннего сгорания. К тому же, несмотря на довольно равнодушное отношение к окружающей среде 100 с лишним лет назад, уже тогда четко осознавали, что электричество гораздо более чистая энергия и во многом более продуктивная, чем органическое топливо.

Первые попытки создания автомобиля (тогда он назывался немного иначе) начались еще в середине 30-х годов XIX века, причем все задумывалось, как довольно крупный проект с большими перспективами.

Помимо близких к нашему времени новаторов отрасли, нельзя не упомянуть о достижениях изобретателей позапрошлого и прошлого столетия, которые внесли существенный вклад в казалось бы безальтернативно доминирующее положение автомобилей с ДВС.

Именно с этой целью мы решили воссоздать хронологическую линию того, как эволюционировали электромобили, постаравшись указать в таймлайне самые весомые изобретения в отрасли, а также дать некоторую оценку, почему глобальная электрификация автомобилей была отложена почти на сотню лет.

«В 1895 году в Америке был проведен первый автомобильный пробег, победителем которого стал именно электромобиль, а в следующем 1896 году в Америке появился первый автодилер, который продавал исключительно электромобили.»

1899

Электромобиль Jamais Contente бельгийского пилота и конструктора Камиля Женатци установил рекорд скорости в 100 км/ч. Электромобиль-рекордсмен интересен своей технологией, которая включала два электрических мотора обеспечивающих мощность 68 л.с., а также тормозной системой которая останавливала автомобиль за счет смены полюсов подключения к источнику энергии.



1899

Создание «Electric Vehicle Company» — промышленного объединения семи крупнейших американских производителей электромобилей с целью монополизировать (тогда это еще разрешалось) рынок США. Появление этой компании наглядная демонстрация того, что на конец XX века электромобили были одними из самых приоритетных персональных транспортных средств, что наглядно демонстрирует и статистика, указывающая, что по состоянию на 1900 год: 38% автомобилей в США используют электричество, 40% ездят на паровом двигателе и 22% используют бензин.



• 1900

  Знаменитый Фердинанд Порше в 23 года строит свой первый автомобиль, электрический Lohner, который к слову стал первым переднеприводным автомобилем в мире, да к тому же с установленным гидроусилителем руля.

  

  1901

  Томас Эдисон оформляет патент железо-никелевой батареи, которая впоследствии станет основой для его будущего электромобиля, а также основным источником энергии для электромобилей других производителей.

  

• 1902

  Электромобилем Уолтера Бейкера под названием «железнодорожная торпеда» установлен первый официально зарегистрированный рекорд скорости в 167 км/ч, который продержался 64 года. Спустя некоторое время он строит еще более мощный электромобиль, но во время рекордного заезда врезается в толпу людей, убивая двух из них и после этого никогда больше не садится за руль.

  

  1905

• 1906

  Чикагская компания Woods Motor выпускает электрический автомобиль Woods Queen Victoria Electric.

  

  1907

  Основание легендарной компании , которая первой в мире наладила массовый выпуск электромобилей, пользовавшихся невероятным успехом у женщин. Автомобили компании для своей жены покупал даже главный автопромышленник эпохи Генри Форд, и это несмотря на выпуск своего главного детища Ford T, который, если выражаться образно «похоронил» или как минимум отсрочил на долгие годы развитие электромобильной отрасли.
  Электромобили компании Detroit Electric выпускались и обслуживались с 1907 по 1939 год.

  

• 1913

  Этот год можно считать исторической, но не самой позитивной вехой в истории развития электромобилей. В этом году Генри Форд запускает свою новую сборочную линию (конвейер) для массового производства своего Форда Т, это приводит к тому, что бензиновые автомобили становятся в два, а то и в три раза доступнее электромобилей, производителям которых в свою очередь нечего предложить в ответ на успех Форда. К тому же бензиновые автомобили предлагали фактически неограниченный пробег, в то время как самый большой запас хода электромобиля был 65 километров, а максимальная скорость составляла 32 км/ч. Также, большая популярность электромобилей среди женщин, привела к некой предвзятости к ним со стороны мужчин, которые привыкли доминировать в ту далекую маскулинную эпоху. Таким образом, отрасль на протяжении последующих 50 лет пребывает в упадке.

  1947

  

• 1956-1961

  Возрождение интереса к электромобилям связывают с появлением маленького электромобиля Henney Kilowatt, который мог проезжать порядка 100 километров и имел максимальную скорость в 97 км/ч, но ввиду своей дороговизны был крайне не популярен и не востребован.

  

«В 70-х годах XX века в мире разгорелся топливный кризис, причиной которому стали политические конфликты ведущих стран мира. Цены на топливо стали повышаться, что негативно сказывалось на экономике США и как следствие на благосостоянии граждан. Чтобы решить эту проблему Конгресс США в 1976 году принимает, как оказалось впоследствии, революционный закон «о расширении исследований в области электродвигателей, аккумуляторов и других компонентов пригодных для создания электрических или гибридных транспортных средств.»
Принятие закона мгновенно вернуло интерес к отрасли, ведь помимо защиты государства, всем работающим в данной сфере компаниям полагались огромные льготы, преференции и материальная поддержка.

1990

Крупнейшая автомобильная корпорация в мире General Motors представляет свой концептуальный электромобиль GM Impact. Демонстрация модели стала своеобразным сигналом к тому, что электромобили возвращаются в сферу интересов крупных игроков на автомобильном рынке.



• 1996

  Налажено массовое производство GM Impact EV1 (Electric Vehicle 1), который выпускался вплоть до 2003 года, но был доступен только в качестве арендованного электромобиля.

  

  1997

  Мир впервые серьезно заговорил о гибридах. На дорогах Японии, а в последствии США и всего мира появляется знаменитая Toyota Prius, сверхтехнологичное для своей эпохи авто, совмещающее в себе работу ДВС и электродвигателя. Принято считать, что именно этот автомобиль установил новые экологичные стандарты в отрасли и кардинально изменил подход к производству автомобилей.

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:

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

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

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

1. (занимает 5-6 часов)
2. 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. О. А. Ставров. Электромобили. Изд-во «Транспорт», 1968 г. УДК 629.113.65
10. - Учебник по двигателям внутреннего сгорания

Источник: http://sustainnovate.ae/en/innovators-blog/detail/evolution-of-electric-cars

Продолжая ветку исторических заметок, в которой автор рассказал уже об истории солнечной энергетики , истории ветровых турбин и эволюции поездов , он представляет в настоящей заметке историю электромобилей.

Большинство людей, говоря о транспортных средствах, работающих на электрической энергии, имеют в виду электромобили. Однако в действительности понятие электрического транспортного средства включает в себя электропоезда, трамваи, электро-велосипеды, мопеды и многое другое, но об этом обычно забывают, когда говорят об электрических транспортных средствах. Не пытаясь обнять необъятное, в этой заметке мы тоже ограничимся историей только «электрических автомобилей». Может быть со временем будут охвачены и другие категории.

Если вы не интересовались до сих пор электромобилями, вы, вероятно, считаете, что их развитие началось несколько лет назад. Однако, в действительности первые электромобили появились в начале 1800-х. Давайте же прогуляемся во времени.

1828: Венгерский изобретатель Ányos Jedlik, который изобрел одну из первых моделей электромотора, построил маленькую модель автомобиля, которая приводилась в движение этим мотором (картинка выше).

1834: Кузнец из Вермонта Томас Дэвенпорт (Thomas Davenport) и его жена Эимои построили небольшую модель электромобиля, которая ездила по круговому электрофицированному треку. Дэвенпорты использовали шелк от свадебного платья Эмили в качестве проводника тока.

1835: Профессор Sibrandus Stratingh из Гронингена в Нидерландах и его ассистент Christopher Becker построили небольшой электромобиль, получавший энергию от неперезаряжаемых батарей (рисунок справа).

1837: Томас и Эмили Дэвенпорт и их коллега Оранж Смайли (Orange Smalley) получили первый в Америке патент на электрическую машину и мотор.

1837 & 1841: Полно-размерные “электрические автомобили” были построены химиком из Абердина Робертом Дэвидсоном (Robert Davidson). Больший из этих автомобилей, построенный в 1841 году, использовал в качестве источника энергии гальванические ячейки и мог перевезти 6 тонн на расстояние 1,5 мили со скоростью 4 мили в час. Он весил 7 тонн. К сожалению, он вскоре был разрушен сотрудниками железной дороги, которые увидели в нем угрозу для источника их существования (хотя электромобили были далеко не экономичны, поскольку стоимость использования цинковых батарей была примерно в 40 раз выше, чем стоимость сжигания угля в топках).

1859: Французский физик Гастон Планте (Gaston Planté) изобрел свинцово-кислотную батарею, которая сделала возможным практическое создание электромобиля. (Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи до сих пор используются в некоторых электромобилях и в обычных автомобилях для запуска двигателя. Однако современные электромобили используют в основном литий-ионные батареи. Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, используемые для запуска двигателя, очень похожи на батареи, созданные Гастоном Планте.)

1881:Французский ученый Camille Alphonse Faure существенно улучшил конструкцию свинцово-кислотных батарей, значительно увеличив их емкость. Это привело к промышленному производству свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.

1881: Трехколесный электрический велосипед, построенный Гастоном Планте, демонстрировался на Международной выставке электричества в Париже.

1881: Парижский инженер и производитель карет Шарль Жанто (Charles Jeantaud) с помощью Camille Alphonse Faure построил электрический автомобиль, используя коляску в стиле Тилбери, мотор Gramme и батарею Fulmen.

1881: Англичане Уильям Айртон (William Ayrton) и Джон Перри (John Perry) построили трехколесный электровелосипед, на котором впервые были установлены электрические фонари. На нем использовались свинцово-кислотные батареи, он мог проехать от 10 до 25 миль и имел максимальную скорость 9 миль в час.

1884: Английский изобретатель Томас Паркер (Thomas Parker) построил первый практически производившийся электрический автомобиль. В нем использовались созданные Паркером перезаряжаемые батареи «большой емкости». (Паркер также электрифицировал Лондонское метро, отвечал за наземный трамвай в Ливерпуле и Бирмингеме, с его именем связаны и другие подобные достижения).

(Томас Паркер в центре. На заднем плане его сын Альфред.)

1884: Выпускник колледжа Эндрю Райкер (Andrew Riker) в подвале своих родителей разработал электрический трайк (трехколесный велосипед), в котором использовался свинцово-серно-кислотный аккумулятор, и который мог проехать без подзарядки 25 миль.

1888: Эндрю Райкер основал фирму Riker Electric Vehicle Company, которая находилась в Elizabeth Port, New Jersey.

1888: Филип Пратт (Philip Pratt) демонстрирует электрический трайк, построенный для него Фредом М.Кимбалом (Fred M. Kimball) из фирмы Fred M. Kimball Company. Несмотря на то, что менее известный электровелосипед Райкера был построен на несколько лет раньше, многие считают, что велосипед Пратта был первым таким транспортным средством в США и часто называют Пратта «отцом американского электромобиля».

1888: Первый электромобиль в Германии построен Андреасом Фрокеном (Andreas Flocken).

1888: Компания Elwell-Parker и ее конкуренты образовали в Англии фирму Electric Construction Corporation, которая получила монополию на производство электромобилей на ближайшие 10 лет.

1890-1891: Первый американский электромобиль построен Уильямом Моррисоном (William Morrison) из Des Moines в штате Айова. 6-местный экипаж мог развивать скорость до 23 км/час (14 миль в час). Это, вероятно, было первое транспортное средство, оборудованное рулевым колесом. Моррисон, который был химиком, приехал в Айову из Шотландии в 1880.

1893: Электромобиль Уильяма Моррисона показан на выставке «World’s Colombian Exposition» в Чикаго, его увидели практически все, кто в последующем оказал существенное влияние на развитие электрических транспортных средств.

1894: Луи Антуан Кригер (Louis Antoine Krieger) начал строить в Париже электрическую «карету без лошади». У нее были рекуперирирующие тормоза, что позволяло экономить энергию батарей.

1894: Инженер-механик Генри Ж.Моррис (Henry G. Morris) и химик Педро Ж.Сэлом (Pedro G. Salom) построили первый «успешный» электромобиль. Используя опыт работы на сокращающемся рынке трамваев, Моррис и Сэлом разработали свой “Electrobat”. Он имел максимальную скорость 15 миль в час, использовал свинцово-кислотную батарею и был запущен в производство на следующий, 1895 год.

1895: На первых в США автогонках победу одержал электромобиль.

1896: Основана первая в США фирма по продаже электромобилей. Она продавала только электрические транспортные средства.

1896: Моррис и Сэлом построили 2-х местный “Electric Road Wagon” и основали компанию “Electric Carriage and Wagon Company,” по-видимому первую компанию по производству электромобилей в США. Разработанный как двухместный экипаж для Нью-Йоркского такси Electric Road Wagon имел рулевое управление, расположенное позади пассажирских мест, два мотора по 1/2 лошадиной силы, 44 свинцово-кислотных аккумуляторных ячейки и мог проехать на одной зарядке 30 миль.

1896: Чтобы преодолеть ограничение по длине пробега без подзарядки в условиях отсутствия сети станций для зарядки батарей, предложено создать сервис по замене батарей. Предложение было реализовано компанией Hartford Electric Light, сервис первоначально был доступен только для грузовиков с электромоторами.

1897: Парк электрических такси был создан в Лондоне Уолтером С.Берси (Walter C. Bersey). Они получили название “Hummingbird” (колибри) из-за легкого жужжания, которое они издавали.

1897: Парк электрических двухместных кэбов создан в Нью-Йорке компанией Samuel’s Electric Carriage and Wagon Company.

1897: Создан первый автомобиль с усилителем руля. Это был электромобиль.

1898: Доктор Фердинанд Порше (Ferdinand Porsche) в возрасте 23 лет построил свой первый автомобиль — Lohner Electric Chaise. Это была первая в мире машине с передним приводом, к тому же работающая только на электричестве. Встроенные в колеса электромоторы имели мощность от 2,5 до 3,5 лошадиных сил, а в пике могли выдавать до 7. Фердинанд Порше отвечал за инженерную часть работы, кузовом занималось ателье Якоба Лонера.

1898: Граф Гастон де Шаслу-Лоба (Gaston de Chasseloup-Laubat) из Парижа установил первый рекорд скорости для автомобилей — 39.245 миль в час (62.8 км/час) на своем электромобиле конструкции Шарля Жанто. После этого его прозвали “Электрический граф”. Рекорд это продержался всего несколько дней и был побит другим электромобилем (фото ниже).

Камиль Женатци на своем электромобиле

1899: Камиль Женатци (фр.) и граф Гастон де Шаслу-Лоба, соревнуясь между собой, в течение года несколько раз улучшали рекорд скорости для автомобилей. Их соперничество привело к тому, что Камиль Женатци преодолел барьер в 100 км/час (62 мили в час) на электромобиле La Jamais Contente («Всегда не удовлетворенный»), снимок справа. Его рекорд равнялся 105,88 км/час.

1899: Произошло слияние компаний Riker Electric Vehicle Company, Electric Carriage and Wagon Company, Electric Storage Battery и Samuel’s Electric Carriage and Wagon Company. Новая компания, получившая название “Electric Vehicle Company,” попыталась установить монополию на рынке электрических транспортных средств США.

1899: Выпускник факультета электро- и машиностроения МИТ Клинтон Эдгар Вудс (Clinton Edgar Woods) зарегистрировал компанию Woods Motor Vehicle Company, которая впоследствии стала называться Waverly Company.

1899: Уолтер Бейкер (Walter Baker) вместе с Фредом (Fred White) и Роллином Уайтами (Rollin White) создали предприятие «Бейкер Мотор Викл Компани» (Baker Motor Vehicle Company), которое впоследствии стало одним из крупнейших предприятий по производству городских электромобилей.

1900: 38% автомобилей в США, 33,842 единиц, приводились в движение электромоторами (40% — паром и 22% работали на бензине).