В настоящее время все больше внимания уделяется среде обитания человека. Рост давления человеческой деятельности на окружающую среду уже привел к тому, что во многих городах люди привыкли видеть, чем дышат. Широкое распространение личного автотранспорта создает множество проблем для организации внутригородского трафика. Современный человек проводит большое количество времени в автотранспортных пробках, в которых чадящие автомобили создают благоприятную среду для развития хронических респираторных заболеваний, медленное передвижения со скоростью улитки требует повышенного внимания, вероятность опоздать на работу или важную встречу увеличивает и без того высокий уровень стрессовой нагрузки на организм.
Правительства развитых стран уже начали осознавать тяжесть ситуации и вводят строгие экологические нормы для автомобилей, в перегруженных транспортом центрах городов вводятся различные денежные сборы для ограничения трафика («налог на пробки»), разрабатываются различные программы поддержки альтернативных видов транспорта. На данный момент одним из наиболее перспективных направлений является развитие электротранспорта.
История электромобилей насчитывает уже более полутора веков — первый электромобиль предстал на публике в 1841 году (намного раньше, чем автомобиль с двигателем внутреннего сгорания). К концу XIX века количество электромобилей превышало количество шумящих и чадящих собратьев в разы. В то время скоростные характеристики и дальность пробега личного транспорта были не так важны, как простота ухода, быстрый запуск мотора, тишина и комфортность поездки. Личный автотранспорт в то время могли себе позволить только очень богатые люди. Электромобиль был более приятной в обращении игрушкой для аристократии и привлекательнее для осуществления визитов врачами, чем «адские» паровые или бензиновые автомобили.
Со временем, автомобили с двигателями внутреннего сгорания дешевели и такие их преимущества, как скорость и дальность поездки, привели к постепенному исчезновению первых электромобилей с дорог общего пользования. Сами электромобили, однако, не исчезли — они просто стали использоваться в виде локального средства передвижения и перевозки грузов на территориях предприятий, парков, гольфклубов.
Какие же преимущества имеет городской электротранспорт, по сравнению с автомобилями с ДВС, что позволяет с уверенностью говорить о будущем электромобилестроения? Приведу простой список:
1. Значительное снижение затрат на топливо.
2. Высокая экологичность электромобиля (не загрязнят окружающую среду опасными химическими соединениями, менее шумен).
3. Стоимость электроэнергии в России значительно ниже, чем в странах Европы.
4. Во время простоя автомобиля в заторах не потребляется электроэнергия. 5. Используются возобновляемые ресурсы.
6. Уровень шума и вибраций внутри автомобиля снижается, что благоприятно сказывается на комфорте водителя (особенно при переоборудовании поддержанных автомобилей).
7. Идеально подходит для городской езды (до 100 км за день). 8. Уменьшается количество систем и агрегатов (например, отсутствует система питания топливом, коробка передач).
9. Управлять электромобилем проще, так как отсутствуют педаль сцепления и коробка передач, а двигатель самостоятельно приспосабливается к дорожным условиям.
10. Станции для зарядки автомобиля экологически безопаснее, чем традиционные АЗС.
11. В некоторых районах для тех, кто использует электромобили, отменяются или уменьшаются налоги.
12. При определенной доработке электромобили могут частично или полностью подзаряжаться не от сети, а от других источников. 13. Электромобиль не требует дорогостоящего сервисного обслуживания.
14. Сохранение привычного вида автомобиля (немалая часть серийных электромобилей выглядит футуристично, что отпугивает многих автовладельцев).
Но не стоит забывать и о недостатках электромобилей, к которым можно отнести:
· При массовом переходе на использование электромобилей встанет проблема расширения сети электростанций — при полном переходе с автотранспорта на электромобили нужно будет увеличить мощность электростанций в 1,5-2 раза. Соответственно с этим, встанет проблема увеличения количества линий электропередач
При широком распространении электромобилей придется значительно расширить производство аккумуляторов, а также построить большое количество предприятий по переработке отработанных батарей
В настоящее время серийные электромобили сравнимы по цене с автомобилями, что снижает вероятность их покупки.
1. Небольшой запас хода (до 100 км).
2. Необходимость частой замены аккумуляторов (примерно через 3–5 лет они выходят из строя).
3. Эффективность эксплуатации в зимнее время года существенно снижается (быстрая разрядка аккумуляторов на холоде).
4. Достаточно долгий процесс зарядки аккумуляторов (при зарядке от обычной розетки — 10–12 часов, при увеличении напряжения до промышленных значений скорость зарядки увеличивается).
5. Опасность взрыва аккумуляторов.
6. Для ТО и ремонта требуются высококвалифицированные электрики. 7. Сложность утилизации аккумуляторов.
На рис. 1 для сравнения представлено изменение цен на топлива, используемые автомобилями, за последнее десятилетие. Как видно из графика, стоимость электричества так и не перевалила пятирублевый рубеж, в то время как цены на бензин выросли на 17–18 рублей, а на газ — примерно на 10 рублей. Рассматривая данную тенденцию, можно предположить, что в скором времени стоимость на традиционные виды топлив будет только расти. В связи с этим, переход на электричество весьма экономически обоснован.
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).
ГИБРИДНЫЕ АВТОМОБИЛИ
Гибридный автомобиль — автомобиль, использующий для привода ведущих колёс более одного источника энергии.
Современные автопроизводители часто прибегают к совместному использованию двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и электродвигателя, что позволяет избежать работы ДВС в режиме малых нагрузок, а также реализовывать рекуперацию кинетической энергии, повышая топливную эффективность силовой установки. Другой распространённый вид гибридов — автомобили, в которых ДВС совмещён с двигателями, работающими на сжатом воздухе.
При применении электротрансмиссии двигатель, работающий на обычном топливе, вращает электрогенератор; вырабатываемый ток через систему управления передаётся на электродвигатели, которые и приводят в движение транспортное средство. В этом случае уместно сравнение с размещённой на электромобиле электростанцией, вырабатывающей электричество для его движения. Схема работы гибридного автомобиля в целом аналогична, но значительно модифицирована, в первую очередь добавлением промежуточного накопителя энергии — как правило, аккумуляторной батареи, имеющей меньшую, чем у «чистого» электромобиля, ёмкость и, соответственно, вес.
Гибридный автомобиль сочетает в себе преимущества электромобиля и автомобиля с двигателем внутреннего сгорания: больший коэффициент полезного действия электромобилей (80—90 % по сравнению с 35—50 % у автомобилей с ДВС) и большой запас хода на одной заправке автомобиля с ДВС.
ТИПОВЫЕ СХЕМЫ
· По методу подключения двигателей и накопителя к приводу:
o Последовательная: по сути является модификацией электромеханической трансмиссии с добавлением промежуточного накопителя. Двигатель внутреннего сгорания механически соединён только с электрогенератором, а тяговый электродвигатель — только с колёсами. Пример: Chevrolet Volt
o Параллельная: и двигатель внутреннего сгорания, и электродвигатель механически соединены с колёсами посредством дифференциала, который обеспечивает возможность как их работы по отдельности, так и совместно. Эта схема используется в автомобилях с Integrated Motor Assist (Honda). Характеризуется простотой (возможно применение вместе с механической коробкой передач) и низкой стоимостью.
o Последовательно-параллельная: двигатель внутреннего сгорания, генератор и электродвигатель механически связаны друг с другом и с колёсами посредством планетарного редуктора, что позволяет произвольно изменять потоки мощности между этими узлами. Схема реализована в автомобилях с Hybrid Synergy Drive (Toyota), например, Toyota Prius.
· По типам накопителей:
o Электрические:
а) На основе электрохимических аккумуляторов
б) На основе инерционных накопителей
o Механические:
а) На основе пневматических аккумуляторов, гидроаккумуляторов с пневматическим накопителем.
б) На основе инерционных накопителей.
