Реферат Электромобили вчера, сегодня и завтра Реферат. Реферат электромобили

Реферат на тему: "Будущее за электромобилями"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

«Балашовский техникум механизации сельского хозяйства»

на тему: „Будущее за электромобилями“.

Выполнил: студент группы Э-31:

                                                                                                         Никишкин И.П.

Руководитель преподаватель:

Черкасова И.Е.

Балашов 2016 г

Содержание

Создание и развитие электромобиля

Качественные характеристики электромобилей к рубежу веков тоже были весьма впечатляющими. Скорости росли очень быстрыми темпами и довольно скоро достигли высоких показателей. В течение XIX столетия электромобиль установил несколько рекордов. Особенно заметным стал рывок в последнее десятилетие века. В 1895 году была достигнута скорость 63,15 км/ч. Рекорды следовали друг за другом. Всё новые и новые достижения фиксировались практически ежегодно. В 1899 году электромобиль сумел преодолеть рубеж 100 км/ч. На тот момент это было действительно выдающимся достижением. Произошло это знаменательное событие во французском городе Ашер, неподалёку от Парижа. Электромобиль-рекордсмен под названием La Jamais Contente был создан бельгийцем Камилем Женатци. Машина имела обтекаемый корпус из сплава алюминия и вольфрама. Внешним видом она напоминала торпеду, установленную на шасси. Кузов электромобиля был открытым. Он оснащался двумя электродвигателями и имел массу около 1 тонны. Конструктор сам управлял своим детищем. Электромобиль достиг скорости 105, 88 км/ч.

Гоночный электромобиль La Jamais Contente, 1899 г.

Заметный след в истории электромобиля оставил американский конструктор Эндрю Лоуренс Райкер. Он был первым председателем SAE – Ассоциации автомобильных инженеров. Райкер основал собственную компанию и в конце XIX – начале XX столетия разработал несколько моделей городских легковых и грузовых электромобилей. Им была сконструирована оригинальная карета скорой помощи, оборудованная электроприводом.

В XX столетии машина с электродвигателем постепенно уступила свои позиции традиционному автомобилю. Причиной стали серьёзные минусы, главным из которых была недостаточно большая ёмкость аккумуляторов. Из-за этого запас хода был не слишком велик. Производство автомобилей с двигателями внутреннего сгорания постоянно расширялось и обходилось всё дешевле. В связи с этим они получали всё большее распространение.

Впрочем, в первые десятилетия XX века ситуация ещё не была столь однозначной. На улицах крупнейших городов можно было увидеть как машины с двигателями внутреннего сгорания, так и электромобили. Неоспоримые преимущества последних при эксплуатации в городских условиях были оценены по достоинству. В Нью-Йорке, например, в 1910-х годах работали до 70 тысяч такси на электрической тяге.

Однако, процент электромобилей среди транспортных средств медленно, но верно снижался. Если в самом начале века их доля составляла чуть менее половины, то в 1920-х годах она уменьшилась до 1%.

Говоря об этом периоде в истории электромобиля, нельзя не упомянуть о такой американской компании, как Detroit Electric. Как следует из названия, она находилась в «Мекке» автомобилестроения – городе Детройте, штат Мичиган. Начиная с 1907 года эта компания занималась выпуском электромобилей, которые пользовались широкой популярностью среди потребителей. В свои лучшие годы Detroit Electric продавала до двух тысяч машин в год. Для того времени это был значительный показатель.

Электромобили Detroit Electric (1915-1916 г. выпуска)

Эксплуатационные характеристики выпускаемых моделей были весьма неплохими. Электромобиль Detroit Electric мог развивать скорость до 32 км/ч и преодолевал 130 км без подзарядки. Производство электромобилей продолжалось до 1942 года. В последние годы выпуск стал почти символическим, поскольку число заказов было очень невелико. Некоторые экземпляры хорошо сохранились до наших дней. Их можно увидеть в автомобильных музеях.

Последующие несколько десятилетий можно без особого преувеличения назвать «мёртвым» периодом в истории электромобилестроения. Данная отрасль практически исчезла. Как производство электромобилей, так и какие-либо исследования в этой области были прекращены вплоть до конца 60-х годов.

Так завершился первый период в истории электромобиля. Впрочем, развитие этого вида транспорта не прервалось. Многочисленные энтузиасты во многих странах продолжали создавать новые модели электромобилей

В начале XX столетия машины на электрической тяге не только не уступали автомобилям с двигателями внутреннего сгорания, но и по многим параметрам превосходили их. Причём как в качественном, так и в количественном отношении. Доля электромобилей среди всех транспортных средств была велика. Однако после бума на рубеже XX- XIX столетий, выпуск электрических машин постоянно сокращался и в 1940-х годах практически прекратился.

Возрождение электрического транспорта произошло в конце 60-х годов. Причин для этого было несколько. Важными факторами стали экономика и экология. Цена нефти возрастала. В то же время уровень загрязнённости крупнейших городов достиг невиданных ранее показателей. Выхлопные газы автомобилей стали оказывать всё более серьёзное влияние на здоровье людей. В этот период начались активные поиски альтернативных видов топлива. Тут и вспомнили про, казалось бы, уже основательно забытые электромобили. Начался новый этап в развитии данного вида транспорта.

Впрочем, утверждение о том, что в 40-х – 60-х годах электромобилестроение полностью прекратилось, не вполне корректно. Попытки возрождения электрического транспорта предпринимались и в этот период. В частости, нельзя не упомянуть о такой машине, как Henney Kilowatt, которая стала значительным событием на рубеже 50-х – 60-х годов.

Henney Kilowatt

Эта модель была разработана в 1959 году. Её производством занималась National Union Electric Company. Оборудованный 36-вольтной системой Henney Kilowatt мог развивать максимальную скорость до 64 км/ч. Запас хода на одной зарядке составлял около 64 км. В 1960 году новые модели были оснащены уже 72-вольтной системой (двенадцать последовательно соединённых 6-вольных батарей). В результате максимальная скорость возросла до 97 км/ч, а пробег без подзарядки – до 97 км. В общей сложности за два года производства было выпущено около 100 электромобилей Henney Kilowatt. Несколько экземпляров сохранилось до наших дней.

В 60-х – 70-х годах прошлого века разработкой и производством электромобилей стали заниматься различные крупные и мелкие фирмы, главным образом, в Соединённых Штатах. В особенности стоит упомянуть две американские компании: Sebring – Vanguard и Elcar Corporation. В те годы они стали лидерами в электромобилестроении. Каждая из компаний произвела несколько тысяч оригинальных машин собственной разработки.

Sebring – Vanguard выпускала электромобили под названием «CitiCar». Эти машины были способны проехать 80-95 км без подзарядки. Максимальная скорость достигала около 71 км/ч. Всего было выпущено более 2 тысяч таких машин.

Sebring – Vanguard CitiCar

Elcar Corporation занималась производством одноимённых электромобилей. Elcar по своим эксплуатационным характеристикам не слишком сильно отличался от CitiCar. Этот электромобиль мог передвигаться с максимальной скоростью 72,5 км/ч. Расстояние, преодолеваемое на одной зарядке батареи, равнялось 95 км. Аналогичная машинка выпускалась также под маркой Zagato Zelle

Elcar (Zagato Zelle)

Ещё одним производителем электромобилей в этот период была компания Battronic. Выпускаемый этой фирмой электрический грузовик передвигался со скоростью 40,2 км/ч. На одной зарядке батареи он мог проехать почти 100 км. Помимо грузовых электромобилей в середине 70-х годов компания Battronic выпустила около 20 пассажирских автобусов на электрической тяге.

Электромобили пользовались популярностью не только среди частных лиц. К услугам этого вида транспорта прибегали и государственные службы. Например, в 1975 году почтовая служба США закупила 350 электрических джипов у American Motor Company. Они использовались для доставки почтовой корреспонденции. Максимальная скорость этих джипов составляла 80,5 км/ч. Они могли преодолеть расстояние до 65 км.

В 70-х годах прошлого столетия произошло ещё одно важное событие, связанное с электромобилестроением и сохранением окружающей среды. Американский инженер Виктор Воук (Victor Wouk) разработал первый в мире автомобиль с гибридным приводом. Первым гибридом стал Buick Skylark, на который был установлен электродвигатель мощностью 20 кВт.

Первый в мире гибрид - Buick Skylark

К началу 1990-х годов экологические соображения стали играть всё возрастающую роль при разработке новых моделей автомобилей. В некоторых странах были приняты законы, направленные на ограничение вредных выбросов в атмосферу. Автопроизводители были вынуждены уделять большее внимание вопросам сохранения окружающей среды.

Разработкой электромобилей занимались не только крупные, но и относительно небольшие компании. Одним из заметных явлений в 90-х годах стала модель Tropica компании Renaissance Cars. Кстати, создал эту фирму Боб Бомонт, основатель уже упоминавшейся Sebring-Vanguard. Двухместный открытый спортивный электромобиль Tropica был способен развивать максимальную скорость 100 км/ч, при пробеге до 130 км на одной зарядке батарей.

Renaissance Tropica, 1995 г.

Особенно насыщенным периодом в истории электромобиля можно назвать 90-е годы прошлого века. В это время правительства многих стран стали активно ужесточать требования к выбросам транспорта и стимулировать внедрение новых, экологически чистых автомобилей, и прежде всего – электромобилей. Именно в этот период крупнейшие мировые автоконцерны всерьез занялись разработками экологически чистых автомобилей. В первую очередь, это касается таких гигантов, как Toyota, Honda, Ford и General Motors. В результате на рынке появилось достаточно большое количество моделей гибридных (т.е. оснащённых двигателем внутреннего сгорания и электромотором), а также полностью электрических автомобилей.

Например, Toyota в последнее десятилетие XX века захватила лидерство по производству гибридов. С 1997 года выпускается Prius, который получил в мире достаточно широкое распространение. Продажи этой модели в различных модификациях постоянно растут. Сейчас количество выпущенных машин достигло нескольких сотен тысяч экземпляров.

Своеобразным «центром электромобилизации» в этот период стала Калифорния. Дело в том, что в этом штате в начале 90-х был принят Zero Emission Mandate. Согласно этому закону, автопроизводители были обязаны выпускать определённое количество автомобилей с «нулевым выхлопом». В 1998 году число таких машин, продаваемых в Калифорнии, должно было составлять 2%, а к 2003 году возрасти до 10%. В результате, работы по конструированию и производству электромобилей стали вестись более интенсивно, а их количество резко увеличилось.

Для выполнения этого закона автопроизводители предложили целый букет различных моделей. Например, Toyota разработала полностью электрическую версию внедорожника RAV4 с никель-металлгидридной батареей, который производился до 2003 года. Свои электромобили предложили также Honda и Nissan.

Электрический Toyota RAV4, 2001 г.

Ford разработала фургон Ford Ecostar. Его эксплуатационные характеристики были весьма неплохи. Максимальная скорость – 112,5 км/ч, а пробег на одной зарядке – от 130 до 160 км. Всего было выпущено около сотни таких машин. Кроме того, выпускалась электрическая версия пикапа Ford Ranger. Он был оборудован свинцово-кислотной батареей и мог проехать 100 км без подзарядки. Максимальная скорость электрического Ford Ranger составляла 120 км/ч. Также свою версию электрического пикапа S-10 представила компания Chevrolet. Он был оснащён электромотором мощностью 85 киловатт, максимальная скорость составляла 110 км/ч, а пробег без подзарядки – 72,5 км.

Ford Ecostar, 1992 г.

Ford Ranger Electric, 1998 г.

Однако наиболее заметным событием того вреени стал выпуск электромобиля с незамысловатым названием EV1 компанией General Motors. Предшественником EV1 был Impact – электромобиль, представленный в 1990 году на автосалоне в Лос-Анджелесе. На его основе и были разработаны EV1. Серийное производство EV1 началось в 1997 году. Эти двухместные машинки первоначально оснащались свинцово-кислотными батареями. Пробег на одной зарядке достигал 150 км. В 1999 году началось производство второго поколения EV1. Вместо свинцово-кислотных батарей на электромобилях установили никель-металлгидридные. Пробег электромобиля достгал 240 км, а максимальная скорость – 130 км/ч.

Устройство электомобиля EV1

Благодаря своему футуристическому, спортивному дизайну и удобству использования EV1 сразу стал популярной машиной. Очень быстро образовалась очередь желающих взять в аренду (EV1 не продавались, а сдавались владельцам в аренду). Многие звёзды Голливуда ездили на EV1. Отзывы тех, кто пересел на электрический EV1, были положительными.

Дизайн EV1 был очень инновационным для своего времени

Однако, массовые продажи электромобилей так и не начались. В 2003 году закон о Zero Emission был в значительной степени смягчён. Требование об обязательном производстве автомобилей, не производящих выхлопы, было аннулировано. Существуют различные версии того, почему данный закон был изменён. Возможно, сыграли свою роль интересы крупнейших нефтяных компаний. Так или иначе, выпуск электромобилей практически был остановлен.   

Электромобили EV1 никогда не поступали в широкую продажу. Их можно было только взять в аренду. Всего было выпущено 1117 экземпляров этой модели. В 2003 году компания General Motors официально свернула программу EV1. Почти все электромобили EV1 были отозваны и уничтожены. О трагичной судьбе EV1 в 2005 году был даже снят кинофильм  «Кто убил электромобиль» , в котором также хорошо описаны события 90-х по внедрению электромобилей в США.

Однако производство электромобилей в конце прошлого века развивалось и по другую сторону океана - в Европе. Крупнейшие французские и немецкие компании, такие как Volkswagen, Renault, Peugeot и Citroёn занимались собственными разработками в этой области. Volkswagen выпустил электрические версии своих популярных моделей Golf и Jetta. В 1995 – 1998 году было произведено около двухсот электромобилей под названием CityStromer. Эти четырёхместные машины с пятискоростной механической трансмиссией развивали скорость до 100 км/ч. Они оборудовались кислотно-свинцовыми батареями. Запас хода составлял 50 –90 км.

Volkswagen Golf CityStromer, 1995 г.

Компания Citroёn занималась производством электромобиля Berlingo Electrique. Максимальная скорость этого фургона – 96,5 км/ч, запас хода –  до 95 км. Производство данной модели продолжалось до 2005 года.

Renault в 90-е годы выпускала Clio Electrique. Эта модель имеет максимальную скорость 100 км/ч, может преодолеть до 100 км без подзарядки.

Renault Clio Electrique

Автоконцерн Peugeot тоже не остался в стороне от этого процесса и добился определённых успехов. В 1995 году Peugeot представил модель 106 Electrique, которая была признана самым экологически чистым автомобилем Европы. Эта машина обладала способностью развивать скорость до 96 км/ч и преодолевать расстояние до 88 км. Позднее был разработан Peugeot Partner Electric. Его запас хода – 90 км, максимальная скорость – 90 км/ч.

Peugeot 106 Electrique

Перспективы

Согласно исследованиям IDTechEx, индустрия электротранспорта достигнет в 2005 году уровня продаж в $31,1 млрд 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 начнёт 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).

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

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.

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.

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

Планы автопроизводителей

Правительственные планы

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

Правительство Германии планирует к 2020 году вывести на дороги страны 1 миллион электромобилей, гибридных автомобилей и полных гибридов (PHEV). Серийное производство должно начаться уже в 2011 году. До 2012 года на эти цели из бюджета будет выделено 500 миллионов евро.

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

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

Правительство Южной Кореи поставило цель автомобилестроительным компаниям начать массовое производство электромобилей до второй половины 2011 года.

Сравнение с ДВС — преимущества и недостатки

Преимущества.

• Отсутствие вредных выхлопов в месте нахождения электромобиля.
• Простота конструкции (простота электродвигателя и трансмиссии, отсутствие необходимости в переключении передач) и управления, высокая надёжность и долговечность экипажной части (до 20—25 лет) в сравнении с обычным автомобилем.
• Возможность подзарядки от бытовой электрической сети (розетки), но такой способ в 5—10 раз дольше, чем от специального высоковольтного зарядного устройства.
• Электромобиль — единственный вариант применения на легковом автотранспорте дешевой (по сравнению с бензином) энергии, вырабатываемой АЭС, ГЭС и электростанциями других типов.
• 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 22-60 % у ДВС.
• Меньший шум за счёт меньшего количества движимых частей и механических передач.
• Высокая плавность хода с широким интервалом изменения частоты вращения вала двигателя.
• Возможность подзарядки источников энергии во время рекуперативного торможения.
• Возможность торможения самим электродвигателем (режим электромагнитного тормоза) без использования механических тормозов — отсутствие трения и соответственно износа тормозов.

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, перспективными считаются и аккумуляторы на основе полипропилена, однако из-за патентных ограничений на электромобилях применяются 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. 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.
• Около 10 % энергии теряется в коробке передач и других элементах трансмиссии. Для решения этой проблемы компания Mitsubishi Motor разработала колесо с встроенным электродвигателем (мотор-колесо). Система получила название Mitsubishi In-wheel motor Electric Vehicle (MIEV). Аналогичное мотор-колесо разработала Toyota. Прототип автомобиля Toyota Fine-T может поворачивать колёса перпендикулярно оси автомобиля, что позволяет значительно упростить парковку. Возможно также решением данной проблемы будет отказ от коробки передач в пользу обычной цилиндрической передачи, как на локомотивах (КПД около 95 %) или простого карданного вала, как на троллейбусах.
• 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.
• При использовании в качестве ТЭД двигателя постоянного тока необходимо тщательное обслуживание (в частности проверка щеток коллектора) из-за «капризности» электродвигателя.

Заключение

Многие электромобили, выпущенные в середине 90-х, до сих пор «бегают» по дорогам США и стран Европы, радуя своих владельцев. Жаль, что волна электромобилизации, которая стала нарастать в то время, была прервана в самом начале  нашего века. Существует можество причин и версий того, почему это произошло - это и противодействие нефтяных компаний, и подешевевшая в конце 90-х нефть, и несовершенство технологий (прежде всего аккумуляторных батарей), и просто неготовность рядовых потребителей к электромобилям.

Однако мир меняется, и сегодня существуют все предпосылки для очередного возрождения электромобилей, но уже на совершенно новом уровне. Сегодня нефть уже не такая дешевая, как раньше и крупнейшие индустриальные страны озабочены своей зависимостью от ее поставщиков. Технологии аккумуляторных батарей значительно продвинулись вперед. И тенденции нескольких последних лет, которые происходят в мировом автопроме, дают надежду на то, что вскоре мы увидим новое поколение электромобилей, которые наконец будут выпускаться серийно крупнейшими автопроизводителями (Renault, Nissan, General Motors, Mitsubishi, BYD и другие) и будут доступны рядовым потребителям.

Список использованных источников:

1. http://electrotransport.ru
2. http://electroauto.ru
3. http://boxing.ru/forum
4. http://ru.wikipedia.org

nsportal.ru

Электромобиль | Рефераты KM.RU

Электромобиль - транспортное средство, ведущие колеса которого приводятся от электромотора, питаемого аккумуляторными батареями. Впервые появился он в Англии и во Франции в начале 80-х годов девятнадцатого века, то есть раньше автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Сконструированный И.В.Романовым в 1899 году кэб тоже был электрическим. Тяговый электродвигатель в таких машинах получал питание от батарей свинцовых аккумуляторов с энергоемкостью всего 20 ватт-часов на килограмм. В общем, чтобы питать двигатель мощностью в 20 киловатт в течение часа, требовался свинцовый аккумулятор массой в 1 тонну. Поэтому с изобретением двигателя внутреннего сгорания производство автомобилей стало стремительно набирать обороты, а об электромобилях забыли до возникновения серьезных экологических проблем. Во-первых, развитие парникового эффекта с последующим необратимым изменением климата и, во-вторых, снижение иммунитета многих людей вследствие нарушения основ генетической наследственности.

Данные проблемы были спровоцированы токсическими веществами, которые в достаточно больших количествах содержатся в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания. Решение проблем состоит в снижении уровня токсичности отработавших газов, особенно окиси и двуокиси углерода, притом что объем производства автомобилей нарастает.

Ученые, проведя ряд исследований, наметили несколько направлений решения перечисленных задач, одной из которых является производство электромобилей. Это, по сути, первая технология, официально получившая статус нулевого выброса, и она уже представлена на рынке.

Чем привлекателен электромобиль, наверно, представляет каждый. В первую очередь, он почти не дает выброса вредных веществ. Ядовитых газов, попадающих в атмосферу при зарядке и разрядке аккумуляторных батарей, несравненно меньше, чем при работе двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Чтобы отапливать электромобили зимой, на них устанавливают автономные обогреватели, потребляющие бензин или дизельное топливо. Но они, понятно, не загрязняют атмосферу так сильно, как ДВС.

Второе преимущество - простота устройства. Электродвигатель обладает очень привлекательной для транспортных средств характеристикой: на малых скоростях вращения у него большой крутящий момент, что очень важно, когда нужно тронуться с места или преодолеть трудный участок дороги. ДВС же развивает максимальный крутящий момент при средних оборотах, поэтому, если требуется большое усилие на малых, его приходится увеличивать с помощью коробки передач. Троллейбусы, например, в таком агрегате не нуждаются. Не требуется он и электромобилю, поэтому управлять им проще, чем автомобилем с механической коробкой передач.

Третье преимущество вытекает из второго. Электромобиль не требует столь тщательного ухода, как обычное авто: меньше регулировок, не потребляет много масла, проще система охлаждения, а топливная (если не считать отопитель) вообще отсутствует.

И все же электромобиль устроен не так просто, как может показаться: ему необходимы сложные преобразователи напряжения и много тяжелых и громоздких аккумуляторов, которые трудно разместить. Главный же недостаток, который сдерживает внедрение электромобилей, - малая энергоемкость батарей. Бак с бензином малолитражки весит около 50 кг, обеспечивая запас хода более полутысячи километров. Батареи весят обычно больше 100 кг (а то и несколько сотен), а пробег не превышает 100 км, причем при движении с небольшой скоростью.

Вопреки бытующему мнению о высокой экономичности аккумуляторных электромобилей, анализ показывает, что химическая энергия топлива, сжигаемого на электростанциях, используется для движения транспортного средства всего на 15% и менее. Это происходит из-за потерь энергии в линиях электропередачи, трансформаторах, преобразователях, зарядных устройствах для аккумуляторов и самих аккумуляторах, электромашинах, как в тяговом, так и в генераторном режимах, а также в тормозах при невозможности рекуперации энергии. Для сравнения, дизельный двигатель на оптимальном режиме преобразует в механическую энергию около 40% химической энергии топлива. При большом распространении аккумуляторных электромобилей, а особенно с учетом сказанного, им просто не будет хватать электроэнергии, вырабатываемой электростанциями мира. Не следует забывать, что суммарная установочная мощность двигателей всех автомобилей намного превышает мощность всех электростанций мира.

Проблемы снимаются при питании электромобилей от так называемых первичных источников электроэнергии, вырабатывающих энергию непосредственно из топлива. В первую очередь, такими источниками являются топливные элементы (ТЭ), потребляющие кислород и водород. Кислород можно забирать из воздуха, а водород, в принципе, можно запасать в сжатом или сжиженном виде, а также в так называемых гидридах. Но реальнее его получать из обычного автомобильного топлива прямо на электромобиле с помощью конвертора. Эффективность топливных элементов несколько снижается, но зато не меняется вся инфраструктура топливозаправочного хозяйства. КПД топливных элементов при этом все равно очень высок – около 50%.

Однако электромобиль с питанием от топливных элементов не лишен общего недостатка – высокой массы тяговых электродвигателей транспортных средств, рассчитанных как на максимальные мощность и крутящий момент, так и на максимальную частоту вращения. При этом добавляются и специфические недостатки, характерные для топливных элементов. Это, во-первых, невозможность рекуперации энергии при торможении, так как топливные элементы не являются аккумуляторами, то есть они не могут заряжаться электроэнергией, а во-вторых, низкая удельная мощность топливных элементов.

При огромной удельной энергии топливных элементов (порядка 400...600 Вт·ч/кг), удельная мощность при экономичном разряде не превышает 60 Вт/кг. Это делает массу топливных элементов для реальных мощностей, необходимых автомобилям, очень большой. Например, для электромобиля с максимальной потребной мощностью 100 кВт и электробуса с максимальной потребной мощностью 200 кВт, это соответствует массам топливных элементов 1670 и 3330 кг, соответственно. Если прибавить массы тяговых электродвигателей, примерно равные 150 и 400 кг, соответственно, то получаются массы силовых агрегатов, совершенно неприемлемые для легкового электромобиля, и требующие пятитонного прицепа для электробуса.

Делаются попытки снижения массы топливных элементов с использованием в качестве промежуточных источников энергии конденсаторных накопителей энергии, обладающих высокой удельной мощностью. Однако, и этот путь недостаточно эффективен, так как лучшие современные конденсаторные накопители, доступные для автомобильной техники, имеют удельные энергетические показатели около 0, 55 Вт·ч/кг и 0, 8 Вт·ч/литр. В таком случае для накопления всего 2 кВт·ч энергии (это значение рекомендовано специалистами как для электромобилей, так и для электробусов), потребуется около 3000 кг или 2, 5 м3 конденсаторов, что нереально. Меньшие значения запасаемой энергии существенно снижают динамические качества машины. Кроме того, при коротком замыкании мощные конденсаторы могут загореться, что очень нежелательно для транспорта. Гораздо эффективнее использование в качестве промежуточного накопителя энергии супермаховика, соединенного с обратимой электромашиной.

Супермаховик – маховик, изготовленный навивкой из волокон или лент на упругий центр. Удельная энергия супермаховика на порядок больше значений данного параметра для лучших монолитных маховиков, к тому же он обладает свойством безопасного разрыва, не дающего осколков.

Такие схемы осуществлены в новейших опытных образцах гибридных электромобилей фирм Mechanical Technology Inc.(США), EDO Energy (США), и известной Ливерморской национальной лаборатории (LLNL, США). Удельная энергия супермаховиков из кевлара и графита, достигающая сотен Вт·ч/кг, снижает его необходимую массу до нескольких килограммов (при удельной энергии 200 Вт·ч/кг, для накопления 2 кВт·ч потребуется супермаховик массой всего 10 кг). Однако электромашина накопителя, необходимая здесь помимо тягового двигателя, и рассчитанная на максимальную мощность и поэтому весьма тяжелая, снижает эффективность этой схемы. К тому же она, как и тяговый двигатель должна быть обратимой (и мотором, и генератором), что дополнительно усложняет привод.

Оригинальную схему гибридного силового агрегата с маховичным накопителем и электромеханическим приводом предложила, изготовила и испытала фирма BMW (Германия). Несомненным преимуществом данного технического решения является наличие только одной электромашины, что снижает массу и приближает его к автомобильным схемам (рис. 1.1). Тип маховика фирма BMW в отчете не уточняет, поэтому используемый накопитель условно назван просто «маховичным».

Источник тока 1 через преобразователи и систему управления 2 связан с обратимой электромашиной 3, рассчитанной на максимальную мощность электромобиля. Электромашина 3 через сложный дифференциальный механизм 4 с мультипликатором 5 связана с маховиком 6 накопителя и главной передачей 7. В результате масса источника тока 1, например, топливного элемента, может быть выбрана исходя из удельной энергии, а не удельной мощности, что снижает ее для электромобиля и электробуса с пробегом, соответственно, 400 и 600 км до 100...150 и 700...1000 кг. Это вполне приемлемо для данных транспортных средств.

Однако непременным недостатком всех схем с электроприводом остается наличие тяжелого и сложного обратимого электродвигателя. Это отражается на экономичности привода и его массе, включая систему преобразователей тока. Мощная электромашина неэкономична при работе на малых мощностях, характерных для разгона (зарядки) маховичного накопителя. Кроме того, в схеме, помимо главной передачи, присутствует сложный по конструкции и управлению дифференциальный механизм с мультипликатором и тремя системами фрикционного управления (муфтами или тормозами), что усложняет и удорожает привод.

Новая концепция электромобиля, предложенная проф. Н.В. Гулиа, состоит в максимальном приближении и унификации устройств электро - и автомобиля. Это позволяет предельно упростить и уменьшить массу силового агрегата транспортного средства, увеличить его КПД и эффективность рекуперации энергии, а также сделать возможным использование существующих шасси автомобилей и автобусов для установки силовых агрегатов электромобилей и электробусов. Последнее обстоятельство должно существенно удешевить машины, в максимальной степени унифицировать их производство с возможностью оперативно менять соотношение количества машин различных типов и программу их выпуска. Кроме того, по желанию заказчика, транспортное средство может быть оснащено как источником механической энергии (обычным или гибридным тепловым двигателем), так и электрической (топливные элементы с супермаховиком), с установкой заменяемых агрегатов в том же двигательном отсеке при полном сохранении всей трансмиссии.

Такая трансмиссия должна быть рассчитана на перспективу, и включать уже не ступенчатую, а бесступенчатую коробку передач. Такие коробки передач уже достаточно широко выпускаются на основе ременных вариаторов с различными типами ремней («тянущих» и «толкающих»), и используются на автомобилях фирм Nissan, Honda, Fiat, Subaru и др.

Московский государственный индустриальный университет (МГИУ) в содружестве с АМО ЗиЛ ведет работы по разработке бесступенчатой коробки передач на основе нового планетарного дискового вариатора. Бесступенчатая коробка передач на основе дискового вариатора новой концепции может использоваться как на легковых, так и на грузовых автомобилях (в том числе и седельных тягачах) и автобусах.

Новый вариатор, рассчитанный на высокие значения крутящего момента достаточно низкооборотных двигателей автобусов, дает возможность применить новую концепцию электромобиля на мощных электробусах. Следует заметить, что для данной схемы не исключается использование бесступенчатой коробки передач любого типа, имеющей достаточную экономичность, малые габариты и массу, соизмеримые с существующими коробками передач.

Как и в других гибридных схемах электромобилей, источник электроэнергии выбирается исходя из критерия удельной энергии, что при исключительно высоком значении этого параметра обеспечивает малые массы, а также объемы топливных элементов. В данной схеме в качестве промежуточного источника энергии использован супермаховик с теми же энергетическими и массовыми параметрами, что и в других гибридных схемах с маховичным накопителем.

Принципиальным отличием данной концепции электромобиля от других гибридных схем является отбор мощности от источника электроэнергии необратимой электромашиной – специализированным разгонным электродвигателем малой мощности, соответствующей эффективной удельной мощности источника электроэнергии. Для упомянутых выше легкового электромобиля и электробуса это соответствует 15 и 20 кВт. Благодаря высокой частоте вращения разгонного электродвигателя – до 35000 об/мин для легкового электромобиля и 25000 об/мин для электробуса, что соответствует частоте вращения разгоняемых супермаховиков для накопителей этих машин, масса их весьма мала, соответственно 15 и 30 кг (это обычные показатели для отечественных конструкций авиационного назначения).

Источник энергии и разгонный электродвигатель могут быть объединены в один энергетический блок, сходный по массе и габаритам с демонтируемым с шасси двигателем и его системами. Топливный бак и система питания в принципе могут быть сохранены с добавлением конвертора для получения водорода из топлива.

Таким образом, в энергетическом блоке химическая энергия топлива преобразуется в механическую в виде вращения вала, совершенно так же, как и у теплового двигателя. Функцию сцепления выполняет выключатель, подключающий электромотор к источнику энергии.

Таким образом, по желанию заказчика в двигательный отсек может быть установлен любой преобразователь химической энергии топлива в механическую – тепловой двигатель или новый энергетический блок. Далее все, как и в обычном автомобиле, вал энергетического блока соединяется с коробкой передач, в данном случае бесступенчатой. Такая коробка передач уже в недалеком будущем заменит менее эффективные ступенчатые даже на обычных автомобилях. В результате мы получаем электромобиль новой концепции в максимальной степени унифицированный с обычным автомобилем.

Каковы же преимущества электромобиля новой концепции? По сравнению с автомобилем это несравненно более высокая эффективность использования топлива и экологическая безопасность. По сравнению со средним КПД преобразования химической энергии в механическую – порядка 10...15% у тепловых двигателей на автомобилях (не следует путать с КПД тепловых двигателей на оптимальном режиме – 30% у бензиновых двигателей и 40% у дизельных), этот КПД у топливных элементов с конвертором – 50%, а у кислородно-водородных топливных элементов – 70%. Вредные выхлопы у топливных элементов практически отсутствуют. Примерно такие же преимущества у электромобилей новой концепции по сравнению с аккумуляторными электромобилями, с той разницей, что вредные выбросы последних имеют место не на самой машине, а на электростанциях.

По сравнению с наиболее передовыми конструкциями гибридных систем электромобилей с топливными элементами и маховичными накопителями, например, схемой предложенной и осуществленной фирмой BMW , преимуществом новой концепции является меньшие габаритно-массовые показатели и высший КПД электромашины. Это обусловлено тем, что в новой концепции электромашина не универсальная, обратимая, а узко специализированная, разгонная, загруженная практически постоянной мощностью, почти на порядок меньше максимальной и при высоких частотах вращения. Второе преимущество заключается в отсутствии сложного дифференциального механизма с тремя фрикционными муфтами или тормозами, переключающими режимы. Третье преимущество состоит в том, что процесс регулирования частот вращения и моментов от супермаховика до ведущих колес осуществляется не электроприводом, а механическим вариатором, имеющим высший КПД. В особенности это касается процесса рекуперации энергии при торможении, в результате которого кинетическая энергия машины переходит в супермаховик. Ни по частотной полноте передачи этой энергии, ни по КПД этого процесса, электротрансмиссия не идет ни в какое сравнение с механическим вариатором. И последнее преимущество, о котором уже говорилось – почти традиционная автомобильная схема и соизмеримые габаритно-массовые показатели нового энергетического блока с существующими двигателями, позволяют легко заменять один вид источника энергии на другой, получая при этом как автомобиль (с обычной или гибридной схемой двигателя), так и гибридный экономичный и динамичный электромобиль новой концепции.

Здесь блок супермаховичного накопителя 10, снабженный своим редуктором 9, расположен независимо от остальных агрегатов и мягко подвешен на раме для уменьшения и без того небольших гироскопических усилий при горизонтальном расположении супермаховика. С помощью коробки отбора мощности 4 и карданных передач 7 этот блок может связываться с вариатором 5 как независимо, так и совместно с электродвигателем 2. Этот электродвигатель может быть соединен с вариатором 5 и независимо от супермаховика, и играть роль полноценного тягового двигателя, в основном, на стационарных режимах движения. Несмотря на то, что электродвигатель 2 в этом случае несколько увеличивается по мощности и массе, энергоемкость супермаховичного накопителя может быть существенно снижена, реально до 0, 5 кВт·ч. Это позволяет изготовлять супермаховик из такого стабильного и сравнительно дешевого материала, как стальная углеродистая проволока. Выход из строя (разрыв) супермаховика настолько безопасен, что тяжелого защитного кожуха, существенно превышающего по массе сам маховик, и необходимого при маховике из углепластиков, не требуется. Вариатор позволяет тяговому электродвигателю работать в эффективном диапазоне крутящих моментов и частот вращения, передавая только часть мощности, необходимой для движения электробуса, что благоприятно для его работы.

Но как бы там ни было - электромобили пользуются спросом. Более того, есть места, где они совершенно вне конкуренции. Скажем, поля для популярной в мире игры в гольф. Инвентарь и обслуживающий персонал перемещают на электромобилях упрощенной конструкции, порой без крыши, дверей, с облегченным, часто укороченным, кузовом, без систем безопасности - всего того, что заметно увеличивает массу автомобилей. Упрощенные машины хороши и для перевозок в закрытых помещениях: на складах, в цехах, где вредные выбросы нежелательны. Широко используют такие электромобили-тележки для перевозки туристов на курортах, в национальных парках, но здесь им труднее конкурировать с автомобилями.

Полноразмерные машины, предназначенные для движения по улицам городов, приживаются с трудом, хотя не исключено, что в скором будущем ситуация может измениться. А причину этому нужно искать... в климате американского штата Калифорния.

Выхлопные газы автомобилей под воздействием солнечных лучей образуют особо ядовитые вещества, так называемый смог. Для перенасыщенного машинами солнечного штата это - проблема номер один. Поэтому калифорнийские нормы токсичности выхлопа традиционно строже, чем в других штатах США, не говоря уже о Европе. Теперь здесь принят закон о постепенной замене автомобилей электромобилями: в 2003 году их должно быть - 10% от общего числа машин, а в 2010-м - 15%.

Многие ведущие автомобильные фирмы работают над электромобилями, тем не менее на выставках чаще увидишь машины малоизвестного происхождения. В выборе двигателя мнения конструкторов расходятся: используют и моторы постоянного тока, и переменного, например, асинхронный со специальными преобразователями и сложной системой регулирования. Напряжение питания также различно. Явное предпочтение отдают никель-кадмиевым батареям и свинцовым, в которых используется не жидкий электролит, а гель. Иногда применяют системы жидкостного охлаждения двигателей и поддержания теплового режима аккумуляторов.

Самый популярный в мире электромобиль изготовляют... в Польше. Уже выпущено более 200 тысяч штук. Электромобили Мелекс - упрощенного типа, на 2, 4 и 6 мест, рассчитаны на индустрию спорта и развлечений (назовем хотя бы тот же гольф), для складских работ, как цеховой транспорт. При собственной массе около 880 кг полезная нагрузка - 320, а с прицепом - более 900. Запас хода - 70 км. Максимальная скорость - до 23 км/ч - выдает назначение машины.

Другая фирма из Восточной Германии Транспорт-Системтехник создала 10 прототипов такси. Пятиместная машина с пластмассовым кузовом весит всего 600 кг, развивает 80 км/ч, имеет запас хода 140 км. Батареи - никель-металлогидридные. Конструкторам удалось сделать относительно просторную внутри машину при длине всего 2, 5 м. САКСИ (то есть такси из Саксонии) обещают выпускать серийно через два года (рис.1.4).

В Японии автомобильная компания Honda финансирует проект создания парка сдаваемых в прокат малогабаритных электрических и гибридных машин, включающий новую технологию их эксплуатации. Осуществление этого проекта, получившего название Intelligent Community Vehicle System ( Региональная интеллектуальная транспортная система ) - ICVS, по замыслу разработчиков, позволит существенно снизить вредное воздействие транспорта на окружающую среду, уменьшить вероятность заторов и улучшить условия парковки в зонах с высокой интенсивностью движения.

City Pal представляет собой малогабаритный переднеприводной электромобиль размерами 3210 х 1645 х 1645 мм с синхронным двигателем на постоянных магнитах. Его максимальная скорость 110 километров в час, запас хода на полностью заряженных аккумуляторах   130 километров. Несмотря на небольшие размеры, в электромобиле достаточно просторный для водителя и пассажира салон и багажник большой вместимости. City Pal оснащен кондиционером и современной навигационной системой. Кроме того, в нем есть оборудование для автоматического (беспилотного) управления и зарядки. Фото City Pal представлено на рис.1.5.

Сверхминиатюрный одноместный мини-электромобиль Step Deck предназначен для езды в густонаселенном городе. По всему периметру кузова машины снаружи установлены подножки-бамперы. Благодаря такой конструкции Step Deck можно парковать буквально вплотную к другим машинам в самых стесненных условиях. Габаритные размеры мини-электромобиля   2400 х 1185 х 1690 мм. На стоянке, предназначенной для одного обычного легкового автомобиля, можно разместить четыре такие машины. Комбинированная силовая установка с приводом на заднюю ось состоит из четырехтактного ДВС объемом 49 см3 с водяным охлаждением и синхронного электромотора с постоянными магнитами, что позволяет развивать скорость до 60 километров в час (рис.1.6).

Электромобили фирмы Honda , задействованные в системе ICVS, взять напрокат не так просто. Для этого сначала следует приобрести специальную магнитную карточку IC. С ее помощью на терминалах ICVS можно выбрать наиболее подходящий для конкретной поездки один из четырех видов экипажей, оформить его аренду, вернуть экипаж на стоянку и оплатить прокат наличными или с банковского счета. Помимо этого карточка IC используется для запуска двигателя вместо обычных автомобильных ключей. Оформлением проката электромобиля занимается сам клиент практически без участия служащих терминала. Удобно и то, что не обязательно возвращать экипаж на ту же стоянку, на которой его арендовали, можно оставить или поменять электромобиль на любом другом терминале ICVS.

Контрольный центр ICVS получает всю оперативную информацию о месте нахождения того или иного экипажа по специальной радиосвязи. В случае необходимости оператор, используя внутреннюю радиосвязь и широкоугольные лазерные радары, может в автоматическом режиме направить в нужное место до четырех беспилотных экипажей. Для этого электромобили оснащены магнитными и ультразвуковыми сенсорами, взаимодействующими с индукционными кабелями, проложенными под покрытием терминала. Экипажи могут заезжать на стоянку, выезжать с нее и парковаться по команде из контрольного центра также без участия водителя. На терминалах ICVS предусмотрена автоматическая зарядка аккумуляторных батарей всех электромобилей.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.rikshaivan.ru/

Дата добавления: 25.06.2013

www.km.ru

Что такое электромобиль? Краткое руководство, список моделей

“Электрификация автомобиля неизбежна” — Боб Лутц (Bob Lutz), вице-председатель «General Motors».

Что такое электромобиль?

Электромобиль оснащен электромотором вместо бензинового или дизельного двигателя. Электродвигатель получает энергию от контроллера, который регулирует количество электроэнергии, на основании использования водителем педали акселератора. Электромобили (их также называют электрокары) используют энергию, хранящуюся в аккумуляторных батареях, которые заряжаются от обычной домашней электросети.

Благодаря полностью элeктрическому «Leaf», «Nissan» лидирует среди чистых электромобилей. «Nissan Leaf» — это полностью электрический хетчбек среднего размера с запасом хода без подзарядки около 160 км, в который поместятся 5 взрослых. Цена электромобиля составляет около $35500. При использовании налоговой льготы федерального правительства США закупочная цена составляет примерно $25000. Продажи модели начались в конце 2010 года.

В отличие от гибридных автомобилей, которые работают на бензине, и используют батареи и двигатель для повышения эффективности, — электромобили работают на одном только электричестве. Так исторически сложилось, что электрокары еще не получили широкого распространения из-за ограниченного запаса хода прежде чем потребуется подзарядка, из-за долгого времени зарядки, а также отсутствия готовности автомобилестроителей производить и продавать электромобили, которые имеют все блага бензиновых автомобилей. Но все меняется. Аккумуляторные технологии совершенствуются с одновременным улучшением аккумулирования энергии и снижением стоимости, и крупные автопроизводители планируют внедрение нового поколения электромобилей.

Электромобили не выбрасывают выхлопные газы, уменьшают нашу зависимость от нефти, а еще они дешевле в эксплуатации. Само собой, процесс получения электроэнергии переводит выбросы на более высокий уровень — не будем забывать дымовые трубы энергетических компаний, — но даже грязная электроэнергия, используемая в электромобилях, как правило, уменьшает наш коллективный выброс углерода в атмосферу.

Еще один фактор — удобство: за одну поездку на заправочную станцию можно закачать 330 кВт∙ч в 40-литровый бак. Потребуется около 9 дней, чтобы получить то же количество энергии от домашней сети. К счастью, зарядка электромобиля занимает несколько часов, а не дней, потому что он гораздо экономичнее.

Говоря об удобстве, давайте не будем забывать два важных момента: зарядка у себя дома означает отсутствие необходимости поездок на заправочную станцию; а также то, что электромобиль почти не требует такого техобслуживания, как замена масла или проверки уровня выбросов, а вот автомобилю с двигателем внутреннего сгорания это необходимо.

Также электродвигатели развивают самый высокий крутящий момент с нулевых оборотов, что означает быстрое ускорение от нуля до сотни.

На рисунке, мы показали относительные характеристики электромобилей и автомобилей, работающих на горючем. Однако, ситуации «или-или» быть не должно. Гибриды имеют много преимуществ электромобилей, одновременно смягчая большинство недостатков, таких как ограниченный запас хода без подзарядки.

Пока крупные компании рушили свои программы по электромобилестроению в 2004 и 2005 годах, буря назревает на горизонте: растущее признание глобального потепления, неудержимый рост продаж «Prius», скачки цен на нефть, изобилие «зеленого маркетинга»... Крупнейшие автоконцерны возвращаются с большими планами относительно электромобилей.

Список электромобилей

• Электромобиль «Ford Focus Electric»

  «Ford Focus Electric» практически не отличить от бензиновой версии. Одно незначительное (но чертовски крутое) изменение в кузове «Focus» — это голубой индикатор, который окружает заправочную дверцу на левой стороне.

• Электромобиль «Coda Electric Sedan»

  «Coda Electric Sedan» — доступный электромобиль с приличным запасом хода, который должен и может решить проблемы взросления.

• Электромобиль для инвалидов «Kenguru»

  Электромобиль «Kenguru» имеет только одну заднюю дверь, открыв которую водитель без посторонней помощи сможет въехать в салон машины на коляске.

Читайте также

• Водородный аккумулятор

  Водород — отличный аккумулятор энергии с широким диапазоном областей применения, причем плотность энергии в единице массы у водорода в 3 раза больше, чем у бензина.

• Активный или адаптивный круиз-контроль

  Активный или адаптивный круиз-контроль (ACC) служит для автоматического управления скоростью движения автомобиля. Статья раскрывает назначение, устройство, принцип работы адаптивного круиз-контроля.

Сноски

1. ↺ В статье использованы материалам сайта hybridcars. Перевод которых выполнил Андрей Далимаев. – Прим. icarbio.ru.

Комментарии

icarbio.ru

Реферат Электромобили вчера, сегодня и завтра Реферат

«Бехтеевская средняя общеобразовательная школа

Корочанского района Белгородской области» Реферат

Электромобили вчера, сегодня и завтра

Бехтеевка, 2015

Содержание

1. Введение
2. Разработки японских автомобилестроителей
3. Лучшие электромобили мира
4. Отечественные электромобили
5. Заключение
6. Список используемых источников

Введение Современному человеку, избалованному прогрессом, трудно отказаться от привычных благ, таких как легковая машина, которой подвластны любые дороги, или система автомобильных грузоперевозок, доставляющая необходимые товары в любой уголок земного шара. Количество транспорта неуклонно растет, а бензин и дизельное топливо расходуются в немыслимых масштабах. Содержащийся в них углерод окисляется при сгорании и образует углекислый газ, попадающий в атмосферу и наносящий ей непоправимый ущерб.

Возможно ли сделать транспорт безопасным для окружающей среды?

Чтобы уменьшить уровень загрязненности и потребления горючего, решение состоит не в меньшем использовании транспорта, но в более качественном.

Многие могут думать, что электромобиль – это суперсовременное средство передвижения, неуклюжее и применяемое лишь для рекламных акций крупных корпораций. Так ли это на самом деле?

Считается, что первый электромобиль был создан Робертом Дэвидсоном (Robert Davidson) в 1838 году в Англии. Кстати, значительно раньше автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, всего через шесть лет после открытия Фарадеем явления электромагнитной индукции.

Это была огромная машина с ваннами, заполненными серной кислотой, с очень маленькой скоростью. Поначалу он опережал обычный автомобиль по объему выпуска и скорости передвижения – к 1912 году в США было изготовлено более 10 тысяч электромобилей, однако позже не смог стать его конкурентом. Произошло это из-за недостатка емкости существующих тогда аккумуляторов. Тяговый электродвигатель в таких машинах получал питание от батарей со свинцовыми аккумуляторами емкостью всего 20 Вт/ч*кг.

Однако с приходом XXI века, топливных элементов питания и, конечно же, свежих идей (в том числе и отечественных) многие производители автомобилей дают электромобилю второй шанс.

Итак, мы уже знаем, что электромобили, работающие от обычных аккумуляторов, претерпели фиаско. И хоть на сегодняшний день технология производства аккумуляторов изменилась, принцип их действия остался таким же. К тому же, к современным электромобилям предъявляют более высокие требования, чем к автомобилям XIX века (бортовой компьютер, кондиционер, всевозможные электронные девайсы и, конечно же, мощная стереосистема). Поэтому такому современному электромобилю на обычных аккумуляторах суждено проехать не дальше, чем до ближайшей розетки. Есть ли выход? Конечно же, есть – топливные элементы питания! Давайте поближе познакомимся с этой относительно молодой технологией.

Существует много различных видов топливных элементов. Одни очень громоздки, и в будущем, наверно, их можно будет устанавливать на электростанции или электровозы. Другие же, например, водородные, как раз и разрабатываются с целью их установки в электромобили. Все топливные элементы относятся к химическим источникам тока.

Выходит, что использовать электромобили на топливных элементах не только невыгодно (по крайней мере, в наши дни), но еще и неудобно? К сожалению, это пока так. Правда, существует множество различных технологий более экономичного получения водорода, но до промышленного внедрения они еще далеки. Однако на этом «электрическая тема» в автомобилестроении не закрывается. Многие крупнейшие производители представили свои концепты гибридных автомобилей, где бензиновому двигателю активно помогает электромотор, а Toyota, начиная с 1997 года, серийно выпускает модель Prius (и еще несколько подобных).

Разработки японских автомобилестроителей Что же представляет собой гибридный двигатель? Это комбинация бензинового и электродвигателя, а компьютерная система управления подключает их одновременно или по очереди в зависимости от условий движения. Более того, существует режим рекуперации энергии при торможении. Самый продаваемый электромобиль в мире – Toyota Prius. Эта Toyota расходует всего лишь 3,2 литра бензина на 100 километров при движении в городском цикле, а при движении по трассе она, увы, задействует только бензиновый двигатель и экономия от электропривода сходит на нет. Помимо экономичности, невозможно не оценить грацию, с которой она движется по улицам города. Да и цена ее намного ниже, чем цена экспериментальных электромобилей на топливных элементах (правда, Toyota уже 8 лет продает ее себе в убыток). Компьютерная система управления работает приблизительно так: в начале движения работает электромотор, при обычной езде – двигатель внутреннего сгорания, при наборе скорости совместно работают двигатель и электромотор. Во время снижения скорости происходит подзарядка аккумуляторов (та самая рекуперация). Однако гибриды подобного типа всё же используют традиционное топливо (хотя вредные выбросы сокращаются на 90%), да и блок аккумуляторов у них имеет немалый вес.

В качестве развития гибридной ветки Toyota выпустила модель вседорожника Lexus RX 400h, где 3,3-литровой бензиновой шестерке (211 л.с. - 155 кВт) помогает пара электромоторов суммарной мощностью 45 кВт. Кроме того, с лета этого года RX 400h продается и в России.

В книгу рекордов Гиннеса входит другой электромобиль – White Lightning Electric Streamliner, который показал максимальную скорость 395,8 километра в час. Этот рекорд поставил пилот Патрик Руммерфильд из США. Правда, до 100 км/ч White Lightning разгоняется за 8 секунд. Так что элегантная Eliica имеет все шансы быть признанной в "реальном" мире. Сейчас электромобиль проходит все тесты, однако уже есть более 100 человек, согласных купить ее по "шуточной" цене в 260 тысяч долларов. Но похоже, что купить Eliica хотят лишь поклонники Шумахера, поскольку по городу на такой скорости поездить все равно не суждено. Так что Eliica так и остается примером для подражания элегантности и мощности.

Самый экономичный электромобиль – PAC-Car II. Этот электромобиль создан группой ученых из Швейцарской высшей политехнической школы. По словам разработчиков, этот электромобиль может объехать вокруг земного шара, израсходовав всего (!) восемь литров топлива (водорода). И это не на словах, а на практике. Автомобиль уже прошел ряд испытаний на нескольких гоночных треках мира (в том числе участвовал и в Shell Eco-marathon в Ногаро 21-го мая 2005-го года, где, собственно, и выиграл первый приз от Shell). PAC-Car работает на топливных элементах. Вес автомобиля около 30 кг. Надо заметить, что для управления машиной пилот должен буквально лечь внутрь. Что поделаешь, аэродинамика требует жертв.

Поговорим об экономии. Британская группа Foresight Vehicle, наверное, более пессимистично смотрит в будущее. При содействии нескольких компаний и университетов в сфере транспортных инноваций она разработала устройство Tigers (Turbo-generator Integrated Gas Energy Recovery System). Это устройство предназначено для обычных автомобилей и вырабатывает электроэнергию для электрической сети автомобиля за счёт энергии выхлопных газов. Это небольшая турбина на выходе из двигателя, которая применяется для вращения электрического генератора. Разработчики говорят, что такой способ выработки электричества более эффективен, чем обычный генератор. Турбина создаёт очень небольшое сопротивление газам и использует их высокие температуры и давление. Также в обычном генераторе часть мощности двигателя теряется на преодоление трения приводного ремня. По оценкам разработчиков, TIGERS может снизить расход топлива у обычного автомобиля на 5-10%. Интересно было бы увидеть это всё на практике...

Тема электромобилей касается не только сектора личного автотранспорта. Автобус FCHV-BUS был разработан двумя японскими корпорациями – HINO и Toyota и представлен в январе этого года. FCHV-BUS имеет размеры 10515*2490*3360 мм и рассчитан на 65 пассажиров. Автобус может передвигаться со скоростью до 85 км/ч. Он имеет два топливных элемента питания общей мощностью 180 киловатт и два мотора суммарной мощностью 160 киловатт.

Однако все эти электромобили недалёкое будущее, есть ли из чего выбрать отечественному автолюбителю (или, правильнее назвать, электролюбителю) сейчас, при этом не тратя сотни тысяч долларов? Конечно же, есть! Альтернативой обычного автомобиля является Toyota Prius, о которой шла речь выше. Этот автомобиль уже не раз обкатан на наших дорогах, да и мелкий ремонт (если такой вообще понадобится) можно сделать на наших СТО. Однако подержанный автомобиль стоит 8000 долларов. Есть не столь элегантные отечественные электромобили. Например, ВАЗ-1111Э.

ЗАЗ-1109 – "запорожец" будущего? Ситуация такая же, как и в предыдущем варианте – питается электромобиль от обычных аккумуляторов. В "бензиново-ценовом" эквиваленте такая машинка потребляет 1л на 100 км. То есть ЗАЗ-1109 расходует 20 кВт/ч на сотню километров. Аккумулятор машины выдерживает 400 перезарядок, одной зарядки хватает на 100 км, а заряжаться он может от обычной розетки. Коробка передач у ЗАЗ действует по такому же принципу, как и автоматическая. Нулевой шум и нулевые вибрации машины. Но батарея в такой машине стоит порядка тысячи долларов США, что лишает его главного преимущества – цены (вместе с тем, элегантности у него так и не было).

АВТОВАЗ разработал уникальный автомобиль на топливных элементах «LADA ANTEL». Экологически чистый транспорт, работающий на водороде: такие автомобили, в первую очередь, демонстрируют технический потенциал производителя, значительно повышают его имидж на мировой арене. Работа над таким проектом началась на АВТОВАЗе в 2000 году. На автомобиле «LADA ANTEL 1» были установлены баллоны с водородом и кислородом. В специальном электрохимическом генераторе между водородом и кислородом происходила химическая реакция при температуре около 100 градусов, в результате чего производилось электричество, а в качестве «выхлопа» образовывалась вода. Водород, определяющий пробег автомобиля, находился под давлением 290 атмосфер, и машина могла пройти 250 км.

С учетом результатов лабораторно-дорожных испытаний первой версии «LADA ANTEL 1» появился проект «LADA ANTEL 2». Этот автомобиль впервые демонстрировался в августе 2003 года на 6-ом Московском международном автосалоне. «LADA ANTEL 2» укомплектован специально разработанным в России щелочным водородно-воздушным генератором на топливных элементах мощностью 25 кВТ.

В настоящее время работа ведется над созданием автомобильного варианта водородно-воздушного электрохимического генератора мощностью 60 кВТ. Он проектируется с учетом технологий и особенностей серийного производства, с применением более дешевых материалов. Заключение Будущее всё же за топливными элементами. Ведь энергию можно запасать из так называемых непостоянных источников энергии. Пусть солнечные и ветряные электростанции синтезируют нам водород (путем электролиза), запасая его при необходимости, а человечество будет его использовать в качестве топлива. Есть и другие способы. И может, когда-то, в недалеком будущем, когда нам захочется выпить экологически чистой воды, мы поднесем стаканчик к выхлопной трубе нашего электромобиля, правда, придется к ней добавить комплект минеральных присадок, т.к. h3O для питья не столь пригодна. Список используемых источников 1. Горбачев М.Г. Автомобиль для большей уверенности. М., «Рипол», 2006.

2. Журналы «В мире науки», №№6,7,8-2005; №3,5-2006.

3. Журнал «За рулем», 2004-2006.
4. Каталог автомобилей «Авто ВАЗ», 2006.

Нурбей Гулиа, Сергей Юрков

Электромобиль – транспортное средство, ведущие колеса которого приводятся от электромотора питаемого электробатареей, появился впервые в 1838 году в Англии. Электромобиль существенно старше автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Поначалу он опережал автомобиль по скорости и объему выпуска, но не смог стать серьезным конкурентом автомобилю. На наш взгляд, это происходит, в основном, из-за недостатков электромобилей, питаемых от электроаккумуляторов.

Вопреки бытующему мнению о высокой экономичности аккумуляторных электромобилей, анализ показывает, что химическая энергия топлива, сжигаемого на электростанциях, используется для движения транспортного средства всего на 15% и менее. Это происходит из-за потерь энергии в линиях электропередачи, трансформаторах, преобразователях, зарядных устройствах для аккумуляторов и самих аккумуляторах, электромашинах, как в тяговом, так и в генераторном режимах, а также в тормозах при невозможности рекуперации энергии. Для сравнения, дизельный двигатель на оптимальном режиме преобразует в механическую энергию около 40% химической энергии топлива. При большом распространении аккумуляторных электромобилей, а особенно с учетом сказанного, им просто не будет хватать электроэнергии, вырабатываемой электростанциями мира. Не следует забывать, что суммарная установочная мощность двигателей всех автомобилей намного превышает мощность всех электростанций мира.

Топливные элементы

Проблемы снимаются при питании электромобилей от так называемых первичных источников электроэнергии, вырабатывающих энергию непосредственно из топлива. В первую очередь, такими источниками являются топливные элементы (ТЭ), потребляющие кислород и водород. Кислород можно забирать из воздуха, а водород, в принципе, можно запасать в сжатом или сжиженном виде, а также в так называемых гидридах. Но реальнее его получать из обычного автомобильного топлива прямо на электромобиле с помощью конвертора. Эффективность топливных элементов несколько снижается, но зато не меняется вся инфраструктура топливозаправочного хозяйства. КПД топливных элементов при этом все равно очень высок – около 50%. Такие топливные элементы и конверторы разработаны, в частности, и российскими предприятиями, с которыми сотрудничают авторы статьи.

Однако электромобиль с питанием от топливных элементов не лишен общего недостатка – высокой массы тяговых электродвигателей транспортных средств, рассчитанных как на максимальные мощность и крутящий момент, так и на максимальную частоту вращения. При этом добавляются и специфические недостатки, характерные для топливных элементов. Это, во-первых, невозможность рекуперации энергии при торможении, так как топливные элементы не являются аккумуляторами, то есть они не могут заряжаться электроэнергией, а во-вторых, низкая удельная мощность топливных элементов.

При огромной удельной энергии топливных элементов (порядка 400...600Вт·ч/кг), удельная мощность при экономичном разряде не превышает 60Вт/кг. Это делает массу топливных элементов для реальных мощностей, необходимых автомобилям, очень большой. Например, для электромобиля с максимальной потребной мощностью 100кВт и электробуса с максимальной потребной мощностью 200кВт, это соответствует массам топливных элементов 1670 и 3330кг, соответственно. Если прибавить массы тяговых электродвигателей, примерно равные 150 и 400кг, соответственно, то получаются массы силовых агрегатов, совершенно неприемлемые для легкового электромобиля, и требующие пятитонного прицепа для электробуса.

Делаются попытки снижения массы топливных элементов с использованием в качестве промежуточных источников энергии конденсаторных накопителей энергии, обладающих высокой удельной мощностью. Однако, и этот путь недостаточно эффективен, так как лучшие современные конденсаторные накопители, доступные для автомобильной техники, имеют удельные энергетические показатели около 0,55Вт·ч/кг и 0,8Вт·ч/литр. В таком случае для накопления всего 2кВт·ч энергии (это значение рекомендовано специалистами как для электромобилей, так и для электробусов), потребуется около 3000кг или 2,5м3 конденсаторов, что нереально. Меньшие значения запасаемой энергии существенно снижают динамические качества машины. Кроме того, при коротком замыкании мощные конденсаторы могут загореться, что очень нежелательно для транспорта. Гораздо эффективнее использование в качестве промежуточного накопителя энергии супермаховика, соединенного с обратимой электромашиной.

Известные схемы

Супермаховик – маховик, изготовленный навивкой из волокон или лент на упругий центр. Удельная энергия супермаховика на порядок больше значений данного параметра для лучших монолитных маховиков, к тому же он обладает свойством безопасного разрыва, не дающего осколков [1].

Такие схемы осуществлены в новейших опытных образцах гибридных электромобилей фирм Mechanical Technology Inc.(США), EDO Energy (США), и известной Ливерморской национальной лаборатории (LLNL, США) [2]. Удельная энергия супермаховиков из кевлара и графита, достигающая сотен Вт·ч/кг, снижает его необходимую массу до нескольких килограммов (при удельной энергии 200Вт·ч/кг, для накопления 2кВт·ч потребуется супермаховик массой всего 10кг). Однако электромашина накопителя, необходимая здесь помимо тягового двигателя, и рассчитанная на максимальную мощность и поэтому весьма тяжелая, снижает эффективность этой схемы. К тому же она, как и тяговый двигатель должна быть обратимой (и мотором, и генератором), что дополнительно усложняет привод.

Оригинальную схему гибридного силового агрегата с маховичным накопителем и электромеханическим приводом предложила, изготовила и испытала фирма "BMW" (Германия). Несомненным преимуществом данного технического решения является наличие только одной электромашины, что снижает массу и приближает его к автомобильным схемам (рис.1). Тип маховика фирма "BMW" в отчете [3] не уточняет, поэтому используемый накопитель условно назван просто «маховичным».

Рис. 1. Схема гибридного силового агрегата с маховичным накопителем и электромеханическим приводом фирмы "BMW" (Германия):

1 – источник тока; 2 – система управления; 3 – обратимая электромашина; 4 – дифференциальный механизм; 5 – мультипликатор; 6 – маховичный накопитель; 7 – главная передача

Источник тока 1 через преобразователи и систему управления 2 связан с обратимой электромашиной 3, рассчитанной на максимальную мощность электромобиля. Электромашина 3 через сложный дифференциальный механизм 4 с мультипликатором 5 связана с маховиком 6 накопителя и главной передачей 7. В результате масса источника тока 1, например, топливного элемента, может быть выбрана исходя из удельной энергии, а не удельной мощности, что снижает ее для электромобиля и электробуса с пробегом, соответственно, 400 и 600км до 100...150 и 700...1000кг. Это вполне приемлемо для данных транспортных средств.

Однако непременным недостатком всех схем с электроприводом остается наличие тяжелого и сложного обратимого электродвигателя. Это отражается на экономичности привода и его массе, включая систему преобразователей тока. Мощная электромашина неэкономична при работе на малых мощностях, характерных для разгона (зарядки) маховичного накопителя. Кроме того, в схеме, помимо главной передачи, присутствует сложный по конструкции и управлению дифференциальный механизм с мультипликатором и тремя системами фрикционного управления (муфтами или тормозами), что усложняет и удорожает привод.

Концепция электромобиля

Новая концепция электромобиля, предложенная проф. Н.В.Гулиа, состоит в максимальном приближении и унификации устройств электро- и автомобиля. Это позволяет предельно упростить и уменьшить массу силового агрегата транспортного средства, увеличить его КПД и эффективность рекуперации энергии, а также сделать возможным использование существующих шасси автомобилей и автобусов для установки силовых агрегатов электромобилей и электробусов. Последнее обстоятельство должно существенно удешевить машины, в максимальной степени унифицировать их производство с возможностью оперативно менять соотношение количества машин различных типов и программу их выпуска. Кроме того, по желанию заказчика, транспортное средство может быть оснащено как источником механической энергии (обычным или гибридным тепловым двигателем), так и электрической (топливные элементы с супермаховиком), с установкой заменяемых агрегатов в том же двигательном отсеке при полном сохранении всей трансмиссии.

Такая трансмиссия должна быть рассчитана на перспективу, и включать уже не ступенчатую, а бесступенчатую коробку передач. Такие коробки передач уже достаточно широко выпускаются на основе ременных вариаторов с различными типами ремней («тянущих» и «толкающих»), и используются на автомобилях фирм Nissan, Honda, Fiat, Subaru и др.

Московский государственный индустриальный университет (МГИУ) в содружестве с АМО ЗиЛ ведет работы по разработке бесступенчатой коробки передач на основе нового планетарного дискового вариатора [4]. Бесступенчатая коробка передач на основе дискового вариатора новой концепции может использоваться как на легковых, так и на грузовых автомобилях (в том числе и седельных тягачах) и автобусах.

Новый вариатор, рассчитанный на высокие значения крутящего момента достаточно низкооборотных двигателей автобусов, дает возможность применить новую концепцию электромобиля на мощных электробусах. Следует заметить, что для данной схемы не исключается использование бесступенчатой коробки передач любого типа, имеющей достаточную экономичность, малые габариты и массу, соизмеримые с существующими коробками передач.

Схема электромобиля

Схема электромобиля новой концепции представлена на рис.2. Как и в других гибридных схемах электромобилей, источник электроэнергии выбирается исходя из критерия удельной энергии, что при исключительно высоком значении этого параметра обеспечивает малые массы, а также объемы топливных элементов. В данной схеме в качестве промежуточного источника энергии использован супермаховик с теми же энергетическими и массовыми параметрами, что и в других гибридных схемах с маховичным накопителем.

Рис. 2. Схема электромобиля новой концепции

Принципиальным отличием данной концепции электромобиля от других гибридных схем является отбор мощности от источника электроэнергии необратимой электромашиной – специализированным разгонным электродвигателем малой мощности, соответствующей эффективной удельной мощности источника электроэнергии. Для упомянутых выше легкового электромобиля и электробуса это соответствует 15 и 20кВт. Благодаря высокой частоте вращения разгонного электродвигателя – до 35000об/мин для легкового электромобиля и 25000об/мин для электробуса, что соответствует частоте вращения разгоняемых супермаховиков для накопителей этих машин, масса их весьма мала, соответственно 15 и 30кг (это обычные показатели для отечественных конструкций авиационного назначения).

Источник энергии и разгонный электродвигатель могут быть объединены в один энергетический блок, сходный по массе и габаритам с демонтируемым с шасси двигателем и его системами. Топливный бак и система питания в принципе могут быть сохранены с добавлением конвертора для получения водорода из топлива. Таким образом, в энергетическом блоке химическая энергия топлива преобразуется в механическую в виде вращения вала, совершенно так же, как и у теплового двигателя. Функцию сцепления выполняет выключатель, подключающий электромотор к источнику энергии.

Таким образом, по желанию заказчика в двигательный отсек может быть установлен любой преобразователь химической энергии топлива в механическую – тепловой двигатель или новый энергетический блок. Далее все, как и в обычном автомобиле, вал энергетического блока соединяется с коробкой передач, в данном случае бесступенчатой. Такая коробка передач уже в недалеком будущем заменит менее эффективные ступенчатые даже на обычных автомобилях. В результате мы получаем электромобиль новой концепции в максимальной степени унифицированный с обычным автомобилем.

Каковы же преимущества электромобиля новой концепции? По сравнению с автомобилем это несравненно более высокая эффективность использования топлива и экологическая безопасность. По сравнению со средним КПД преобразования химической энергии в механическую – порядка 10...15% у тепловых двигателей на автомобилях (не следует путать с КПД тепловых двигателей на оптимальном режиме – 30% у бензиновых двигателей и 40% у дизельных), этот КПД у топливных элементов с конвертором – 50%, а у кислородно-водородных топливных элементов – 70%. Вредные выхлопы у топливных элементов практически отсутствуют. Примерно такие же преимущества у электромобилей новой концепции по сравнению с аккумуляторными электромобилями, с той разницей, что вредные выбросы последних имеют место не на самой машине, а на электростанциях.

По сравнению с наиболее передовыми конструкциями гибридных систем электромобилей с топливными элементами и маховичными накопителями, например, схемой предложенной и осуществленной фирмой "BMW", преимуществом новой концепции является меньшие габаритно-массовые показатели и высший КПД электромашины. Это обусловлено тем, что в новой концепции электромашина не универсальная, обратимая, а узко специализированная, разгонная, загруженная практически постоянной мощностью, почти на порядок меньше максимальной и при высоких частотах вращения. Второе преимущество заключается в отсутствии сложного дифференциального механизма с тремя фрикционными муфтами или тормозами, переключающими режимы. Третье преимущество состоит в том, что процесс регулирования частот вращения и моментов от супермаховика до ведущих колес осуществляется не электроприводом, а механическим вариатором, имеющим высший КПД. В особенности это касается процесса рекуперации энергии при торможении, в результате которого кинетическая энергия машины переходит в супермаховик. Ни по частотной полноте передачи этой энергии, ни по КПД этого процесса, электротрансмиссия не идет ни в какое сравнение с механическим вариатором. И последнее преимущество, о котором уже говорилось – почти традиционная автомобильная схема и соизмеримые габаритно-массовые показатели нового энергетического блока с существующими двигателями, позволяют легко заменять один вид источника энергии на другой, получая при этом как автомобиль (с обычной или гибридной схемой двигателя), так и гибридный экономичный и динамичный электромобиль новой концепции.

Электробус

На рис.3 представлена схема городского электробуса новой концепции. Эта схема предоставляет устройству большую гибкость, чем в изображенной на рис.2 структурной схеме.

Рис. 3. Схема городского электробуса новой концепции:

1– источник тока; 2 – электродвигатель; 3 – механизм реверса; 4 – коробка отбора мощности; 5 – планетарный дисковый вариатор; 6, 7 – карданные передачи; 8 – главная передача; 9 – коническая зубчатая передача; 10 – супермаховичный накопитель

Здесь блок супермаховичного накопителя 10, снабженный своим редуктором 9, расположен независимо от остальных агрегатов и мягко подвешен на раме для уменьшения и без того небольших гироскопических усилий при горизонтальном расположении супермаховика. С помощью коробки отбора мощности 4 и карданных передач 7 этот блок может связываться с вариатором 5 как независимо, так и совместно с электродвигателем 2. Этот электродвигатель может быть соединен с вариатором 5 и независимо от супермаховика, и играть роль полноценного тягового двигателя, в основном, на стационарных режимах движения. Несмотря на то, что электродвигатель 2 в этом случае несколько увеличивается по мощности и массе, энергоемкость супермаховичного накопителя может быть существенно снижена, реально до 0,5кВт·ч. Это позволяет изготовлять супермаховик из такого стабильного и сравнительно дешевого материала, как стальная углеродистая проволока. Выход из строя (разрыв) супермаховика настолько безопасен, что тяжелого защитного кожуха, существенно превышающего по массе сам маховик, и необходимого при маховике из углепластиков, не требуется. Вариатор позволяет тяговому электродвигателю работать в эффективном диапазоне крутящих моментов и частот вращения, передавая только часть мощности, необходимой для движения электробуса, что благоприятно для его работы.

Следует заметить, что проблема создания эффективного электромобиля, уже давно актуальная в технически развитых странах мира, приобретает особую актуальность в настоящее время в России, благодаря новым программам разработки электромобилей, в которых участвуют и авторы данной статьи.

Список литературы

ГулиаН.В. Накопители энергии. – М.: Наука, 1980. – 150с.

Electric & hybrid vehicle technology' 95. The international review of electric and hybrid vehicle design and development. UK & International press. – 1995. – 304с.

Der neue elektro – 3er von BMW – glied einer langen entwicklungskette. Kolloquium fahrzeug- und motorentechnik. 15...17 Oktober 1991. Eurogress Aachen. – 47 p.

ОтроховВ.П., ГулиаН.В., ПетраковаЕ.А., ЮрковС.А. Бесступенчатая коробка передач для ЗиЛ-5301 // Автомобильная промышленность. – 1998. – №7.