Автомобиль на основе электрической энергии

Maksim0203 › Блог › Электрический автомобиль

Электрический автомобиль, хотим мы этого или нет, является безусловным и неотвратимым будущим автомобилестроения, при этом будущим ближайшим. Многие производители по всему миру вкладывают значительные средства в разработку электромобилей, чему способствует неуклонный рост цен на нефтепродукты, необходимость снижения вредных выбросов от автомобиля, а также разработки устройств хранения энергии, технологий энергопотребления.

В настоящее время крупнейшими рынками электрических автомобилей являются США, Япония, Китай и ряд европейских стран (Франция, Нидерланды, Норвегия, Германия, Великобритания). Из производителей электрокаров выделяются компании Nissan (Leaf), Mitsubishi (I MiEV), Toyota (RAV4EV), Honda (FitEV), Ford (Focus Electric), Tesla (Roadster и Model S), Renault (Fluence Z.E. и ZOE), BMW (Active C), Volvo (C30 Electric). Наша страна пока находится в стороне и от производства и от потребления электромобилей, за исключением разработок отдельных энтузиастов (известная Lada Ellada не в счет, она построена на импортных комплектующих).

Под термином «электрический автомобиль» или «электромобиль» понимается транспортное средство, которое приводится в движение одним или несколькими электрическими двигателями. При этом питание электромотора может осуществляться от аккумуляторной батареи, солнечной батареи или топливных элементов. Наибольшее распространение получила конструкция электромобиля с питанием от аккумуляторной батареи.

Аккумуляторная батарея требует регулярной зарядки, которая может осуществляться от внешних источников тока, путем рекуперации энергии торможения, а также от генератора на борту электромобиля. Генератор приводится от двигателя внутреннего сгорания, но такая схема, по сути, электромобилем уже не является, а относится к одной из разновидностей гибридного автомобиля.


Устройство электрического автомобиля
В отличие от автомобиля с двигателем внутреннего сгорания электромобиль имеет более простую конструкцию, включающую минимальное количество движущихся частей, а значит более надежную.
Основными конструктивными элементами электрического автомобиля являются: аккумуляторная батарея, электродвигатель, трансмиссия, бортовое зарядное устройство, инвертор, преобразователь постоянного тока, электронная система управления.

Тяговая аккумуляторная батарея обеспечивает питание электродвигателя. На электромобиле, в основном, используются литий-ионная аккумуляторная батарея, которая состоит из ряда соединенных последовательно модулей. На выходе аккумуляторной батареи снимается напряжение постоянного тока порядка 300В. Емкость батареи должна соответствовать мощности электродвигателя.

Одним из основных элементов электромобиля является электродвигатель, который служит для создания необходимого для движения крутящего момента. В качестве тягового электродвигателя используют трехфазные синхронные (асинхронные) электрические машины переменного тока мощностью от 15 до 200 и более кВт. В сравнении с ДВС электродвигатель имеет высокую эффективность и меньшие потери энергии. КПД электродвигателя составляет 90% против 25% у ДВС.

Основными преимуществами электродвигателя являются:
— реализация максимального крутящего момента во всем диапазоне скоростей;
— возможность работы в двух направлениях без дополнительных устройств;
— простота конструкции, воздушное охлаждение;
— возможность работы в режиме генератора.

В ряде конструкций электромобилей используется несколько электродвигателей, которые приводят отдельные колеса, что значительно повышают тяговую мощность транспортного средства. Электродвигатель может быть помещен непосредственно в колесо автомобиля, сокращая до минимума трансмиссию. Но такая схема электромобиля увеличивает неподрессоренные массы и ухудшает управляемость.

Трансмиссия электромобиля достаточно проста и на большинстве моделей представлена одноступенчатым зубчатым редуктором. Бортовое зарядное устройство позволяет заряжать аккумуляторную батарею от бытовой электрической сети. Инвертор преобразует высокое напряжение постоянного тока аккумуляторной батареи в трехфазное напряжение переменного тока, необходимое для питания электродвигателя.

Преобразователь постоянного тока обеспечивает зарядку дополнительной двенадцативольтовой аккумуляторной батареи, которая используется для питания различных потребителей электроэнергии (электроусилитель рулевого управления, электрический отопитель салона, кондиционер, система освещения, стеклоочистители, аудиосистема и др.)

Электронная система управления выполняет в электрическом автомобиле несколько функций, направленных на обеспечение безопасности, энергосбережение и комфорт пассажиров:

— управление высоким напряжением;
— регулирование тяги;
— обеспечение оптимального режима движения;
— управление плавным ускорением;
— оценка заряда аккумуляторной батареи;
— управление рекуперативным торможением;
— контроль использования энергии.

Конструктивно система объединяет ряд входных датчиков, блок управления и исполнительные устройства различных систем электромобиля. Входные датчики оценивают положение педали газа, педали тормоза, селектора переключения передач, давление в тормозной системе, степень заряда аккумуляторной батареи. На основании сигналов датчиков блок управления обеспечивает оптимальное для конкретных условий движение электромобиля. Основные параметры работы электромобиля (потребление энергии, восстановление энергии, остаточный заряд аккумуляторной батареи) визуально отображаются на панели приборов.Эксплуатация электромобиля
Несмотря на внешнее сходство и аналогичные органы управления, эксплуатация электромобиля существенным образом отличается от эксплуатации автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Именно эксплуатационные проблемы сдерживают массовое использование электромобиля, среди которых:

— высокая стоимость;
— ограниченная автономность;
— значительное время заряда аккумуляторов.

Высокую стоимость автомобиля во многом определяет цена аккумуляторной батареи. Несмотря на отличные эксплуатационные характеристики, литий-ионная аккумуляторная батарея очень дорогая в производстве и помимо этого имеет ограниченный ресурс (5-7 лет). Это заставляет разрабатывать новые источники тока (топливные элементы), способы хранения энергии (суперконденсаторы, маховики), совершенствовать конструкцию тяговых аккумуляторных батарей (литий-полимерные аккумуляторы).

Текущие расходы на содержание электрического автомобиля значительно ниже (в 3-4 раза) расходов на содержание автомобиля с ДВС и зависят, в основном, от стоимости электроэнергии. Эксплуатация электромобиля экономически выгодна в странах, где производство электроэнергии в меньшей степени зависит от ископаемого топлива.

Одна из самых серьезных проблем эксплуатации электромобиля его невысокая степень автономности. Величина пробега электромобиля без подзарядки зависит от многих факторов: емкости аккумуляторной батареи, характера и условий движения, стиля вождения, степени использования вспомогательных систем. В настоящее время средняя дальность использования электромобиля составляет порядка 150 км при скорости движения 70 км/ч. При движении с большей скоростью, пробег резко уменьшается, например, при скорости 130 км/ч (нормальная шоссейная скорость) он составляет уже 70 км. Именно поэтому электромобиль в большинстве своем позиционируется как транспортное средство для городских поездок.

Читайте также:  Автосалоны дизельных легковых автомобилей

Современные технологии позволяют увеличить степень автономности электромобиля до 300 и более км, среди которых следует отметить систему рекуперативного торможения (возвращает до 30% затрачиваемой энергии), аккумуляторы повышенной емкости, электронная оптимизация процессов движения.

Неотъемлемым атрибутом эксплуатации электромобиля является необходимость периодической зарядки аккумуляторной батареи, которая занимает много времени. Решение данной проблемы реализуется по нескольким направлениям:

нормальная зарядка аккумуляторной батареи (осуществляется от бытовой электрической сети мощностью 3-3,5 кВт, предполагает установку на электромобиле специального зарядного устройства, продолжительность до полной зарядки батареи составляет 8 часов);
ускоренная зарядка аккумуляторной батареи (производится на специальных станциях мощностью до 50 кВт, — — продолжительность зарядки до 80% емкости батареи составляет 30 минут);
замена разряженной аккумуляторной батареи на заряженную батарею (выполняется автоматически на специальных обменных станциях).

Реализация указанных направлений требует развития инфраструктуры (зарядных и обменных станций, мест парковки), стандартизации технических решений, разработки правил для поставщиков услуг.

Источник

Электромобиль: преимущество и недостатки автомобилей на электрической тяге, есть ли у них будущее?

Электромобиль – это автомобильное средство с электрическим двигателем, который питается от автономного источника энергии – аккумулятора или альтернативного топлива.

По какому принципу работает электромобиль?

Электроэнергия от батареи попадает на разъем, затем при помощи педали акселератора поступает в электродвигатель, который в свою очередь запускает механизм вращения колес автомобиля. Вал электродвигателя напрямую соединен с колесами, именно поэтому электромобили не оснащаются коробками передач.

В настоящее время электромобиль приобретает все большую известность и популярность среди автомобилистов по всему миру. Часто его именуют как электромобиль, электрический автомобиль, электрокар, электрическое транспортное средство и EV.

История появления электромобиля

Первый прототип современного электрокара появился в 1841 году. Это была тележка с электрическим мотором. А вот первый автомобиль на электричестве, рассчитанный на двух пассажиров, был сконструирован инженером И.Романовым в 1899 году. Он был способен двигаться на скорости до 40 км/ч.

Начало 20 века ознаменовалось эпохой развития электрокаров. Так, в Америке около 100 тысяч автомобилей оснащались электрической системой управления, и это были не только легковые, но и грузовые автомобили и даже электробусы.

Первый автомобиль на электродвигателе, который смог развить скорость до 100 км/ч, носил название La Jamais Contente. Затем появились электрокары, развивавшие скорость вплоть до 130-140 км/ч.

Однако, несмотря на то, что первые электрокары стали достаточно скоростными, серьезной проблемой оставалась сложность зарядки электрических двигателей.

В середине 20 века интерес к электрическим автомобилям немного упал, однако с проявлением топливного кризиса в 70-х годах он вновь вспыхнул.

Преимущества электромобиля

Преимуществ у такого транспорта много, и, наиболее важные из них рассмотрим далее.

Недостатки электромобиля

Помимо явных достоинств, электромобиль имеет и недостатки.

Перспективы развития

Согласно исследованиям, рынок электрокаров увеличится до 2015 года в 6-7 раз. Мировое производство электромобилей в 2015 году может составить до 600 тысяч в год. За последние 2-3 года в мире было продано полмиллиона электромобилей.

Около 35% всех электрокаров было продано в Соединенных Штатах. Примечательно, что темпы роста популярности этого вида транспорта в значительной степени превышают темпы роста продаж гибридных автомобилей.

По мнению большинства специалистов, темпы роста продаж электромобилей будут увеличиваться в связи со стремительным развитием соответствующей инфраструктуры по всему миру – созданию специализированных СТО для электрокаров, станций подзарядки, магазинов по продаже запчастей.

Источник

redzub › Блог › Его величество Электромобиль — экономичен ли ты.

Влоги я, как правило, размещаю по средам. Но так как завтра Рождество, я решил перенести этот выпуск на день раньше. А тут ещё и новость про отмену пошлины на электрички и поставки El Lada в дилерские центры:-)

Продолжаем «электрическую» тему. И сегодня поговорим об экономичности. Почему-то, при разговоре об электромобилях, многие люди считают, что электромобиль — это панацея для кошелька. Мол, воткнул в розеточку, автомобиль и заряжается. Забывают люди о том, что электричество они оплачивают, а электромобиль — далеко не телевизор;-)

Для лучшего понимания приведу маркетинговую уловку, которую частенько используют при рекламе Tesla. А именно: «Автомобиль Tesla может обеспечивать электричеством небольшой дом в течении двух недель». Маркетологи не врут: ёмкость батареи в Tesla достигает 85 кВт.ч. Личный опыт — я в месяц сжигаю 150 кВт.ч электричества. В месяце 4 недели. Получается, что Tesla действительно способна «кормить» мою квартиру электричеством 2 недели. Но вот придет время её заряжать. В комментариях к прошлой записи 2350 мне подсказал, что чтобы зарядить батарею на 100% нужно вкачать в нее 140% и это — не считая потерь в зарядном устройстве (к слову, из-за этой подсказки пришлось переписывать всю эту запись почти с нуля — разница в полтора раза это серьезно). И одна заправка Tesla сожрет не 85, а все 119 кВт.ч, что, согласитесь, довольно много.

Когда я впервые прикинул этот нехитрый расчет, мне стало интересно узнать: сколько же «жрут» электромобили. И я приступил к нехитрым эмпирическим (простите — ну нет у меня пока ещё электромобиля) расчетам.

Предупреждаю сразу — расчет весьма бесхитростный, с множеством допущений. Буквально — на уровне средней школы (класс шестой). Но его цель — не столько точность, сколько наглядность.

Часть I. Сухие расчеты
Список электромобилей был взят отсюда: ev-cars.ru/ Брались только серийно выпускаемые электромобили и последовательные гибриды (i3, Volt). При этом считалось, что ДВС в гибриде мы не используем вообще. Правда, перед записью влога я забыл взять с собой распечатку этой статьи, поэтому пришлось переписывать расчеты прямо в «студии», в блокнотик.

Читайте также:  Автономный обогреватель салона автомобиля отзывы

Так как я живу в Минске, то и тарифы на электроэнергию использовал белорусские, которые взял отсюда: www.tarify.by/

Тут есть тонкий момент — как видно из схемы, стоимость электричества изменяется в зависимости от месячного потребления. По допущениям задачи, заряжаемся мы в гараже, где только держим электромобиль (т.е. кроме заправки тачки мы электричество никуда не тратим). Тем не менее нам мало определить расход электричества на 100 км — нам надо знать расход электричества в месяц:-)

Поэтому нам надо знать месячный пробег. Его я взял за 2000 км. Всё просто — 4 недели, и стокилометровые пробеги каждый будний день. Конечно, это для каждого индивидуально, но это — также допущение задачи.

Следующее допущение — я не буду считать потери в зарядном устройстве. Единственная поправка — будем пользоваться соотношением, подсказанным мне Андреем 2350 Голубевым: «Исходи из значения 140% вкачиваем — 100 получаем». То есть, если зарядил в батарею 10 кВт.ч, то заплатим как за 14 кВт.ч. Хотя на деле нужно ещё считать потери в зарядном.

Кроме того я не буду учитывать, на данном этапе, стоимость сервисного обслуживания (теоретически она у электромобиля ниже).

Ну и последний момент. С чем сравниваем? А сравниваем мы с моим же Пингвином, чей тракторный мотор потребляет 5,5 литров солярки на 100 км.

Чтобы было проще считать, переведем эту стоимость в доллары США (по курсу Нацбанка на момент написания статьи).
(5,5*9600)/9460 = 5,58$

Все данные по расходу электромобилей я искал в открытых источниках.

Итак, поехали. Наш первый претендент — BMW i3.

«Расход» этого клопа составляет 12 кВт.ч на 100 км. Стало быть за месяц мы потратим 240 кВт.ч энергии из батарей. Чтобы эту энергию закачать нам потребуется 240*1,4 = 336 кВт.ч электричества из городской сети. Согласно тарифной сетке 1 кВт.ч в нашем случае будет стоить 841,7 BYR. Считаем стоимость 100 км. Она составит:
(841,7*12*1,4)/9460 = 1,49$, где 1,4 — коэффициент потерь на нагрев батареи.

Ну а теперь Её Величество Tesla Model S! Конкретных чисел сколько Tesla съедает на 100 км нет. На тематическом форуме я читал, про то что «расходомер» этой машины может показывать как 130 так и 360 ватт.ч на километр. Но я возьму усредненно и обобщенно — через емкость батареи и пробег. Самая мощная батарейка для Tesla имеет емкость 85 кВт.ч. Запас хода… Это нынче спор всех Интернетов, но я возьму усредненное значение в 400 км. Таким образом, на 100 км мы потратим: 85/4 = 21,25 кВт.ч.

Стало быть в месяц мы потратим уже 425*1,4 = 595 кВт.ч. А это уже беда т.к. мало того что платить надо по самому дорогому тарифу — 841,7 BYR, но нам ещё и надо будет обосновать — какого звездочета наш гараж столько потребляет! Ну а стоимость 100 км составит:
(841,7*21,25*1,4)/9460 = 2,65$

Таким образом, Tesla экономичнее трактора всего лишь в два раза!

Следующий электромобиль — Chevrolet Spark EV. И тут мы встречаемся с интересным маркетинговым трюком — официальный расход, который муссируется журналистами, измеряется в «литрах эквивалентных». Если учесть, что в разных регионах цены на бензин и электричество ну очень сильно разнятся — я бы не стал полагаться на всякие эквиваленты (но мы их потом учтем). Тем не менее я нашел картинку, из которой смог «выцепить» искомые данные по расходу электричества:-)

Переконвертировав мили в километры я получил: 17,4 кВт.ч на 100 км! Да уж, малыш Спарки получился попрожорливее чем клоп от БМВ!
(841,7*17,4*1,4)/9460 = 2,17$

Теперь про «эквивалентные литры». Они составляют 1.98 лэ/100км. Правда непонятно — какого именно топлива. Будем считать, что солярки, ну чисто чтобы Пингвина не обижать.
(1.98*9600)/9440 = 2$

Таким образом, на деле данный небольшой электромобиль оказывается минимум на 17 центов дороже, чем нам обещают его создатели. Тонкий момент — Chevrolet Spark по своим размерам меньше, чем i3. А жрет ненамного меньше представительской Tesla Model S.

Следующий электромобиль — лучший друг британских полицейский, Nissan Leaf, чьё энергопотребление, по одним данным, составляет 21 кВт.ч/100км. Компактный японский авто жрет как американский линкор! Однако по другим данным (а именно из статьи на Википедии) емкость батареи составляет 24 кВт.ч и хватает её на 160 км. Стало быть расход составляет — 15 кВт.ч/100 км. Поэтому считать будем 2 раза:
(841,7*21*1,4)/9460 = 2,62$
(841.7*15*1,4)/9460 = 1,87$

Да уж, я теперь понимаю, что инженеры BMW — это профессионалы от BMW во всем.

Следующим у нас в списке очередной японский покемон (кто поймет почему покемон — тому печенька) — Mitsubishi i-MiEV. Он же Окорок он же Одноногий Peugeot iOn он же Citroen С-Zero. Оснащается батареей в 16 кВт.ч и имеет запас хода в 150 км. Т.е. расход на 100 км составит 10,6 кВт.ч, что является рекордом в нашем обзоре. К слову, на 2000 км в эту малютку надо будет закачать всего лишь 296,8 кВт.ч, а это уже более дешевый тариф — 563,8 BYR за 1 кВт.ч! Выгодно! Считаем стоимость 100 км:
(563,8*10,6*1,4)/9460 = 0,88$

Крутая тачка. Но стоимость самой машины (очень маленькой и вяленькой) в 60 тыс.$… Омрачает, что ли. Конкретно омрачает перспективы экономии.

Следующим идет французский электромобиль от Renault с весьма прикольной системой экономии. Но обо всем по порядку. Запас его хода по одним данным 210 км, по другим — 150 км, по третьим — 100 км. Возьмем средний в 150. Емкость батареи 22 кВт.ч. Расход — 14,6 кВт.ч на 100 км, то есть в дешевый тариф, как с его конкурентом от Peugeot мы не вложимся.
(841,7*14,6*1,4)/9460 = 1,82$

Читайте также:  Аккумуляторы для автомобиля кия соренто

Классно? В принципе да, круче только у земляка-конкурента, да баварского клопа. А теперь финт ушами от французских экономистов — батарея не идет в комплекте с машиной, она сдается в аренду. Аренда стоит 79 евро (109$) в месяц. «Размазав» эту сумму по нашему ежемесячному пробегу, получим, что стоимость ста километров капитально возрастет:
1,82+(109/20) = 7,27$

Самый ожидаемый автомобиль в Европе, говорите? Автомобиль попавший в Топ-25 на конкурс «Европейский Автомобиль Года» вместе с i3 и Tesla… Ну-ну.

Последний предпоследний в нашем списке автомобиль — Chevrolet Volt. Он же Opel Ampera. Автомобиль, который я иногда рассматриваю к покупке когда меня конкретно переклинивает на эту тему (ну как же это так — обзорщик электромобилей, да без электромобиля). Емкость батареи у него 16 кВт.ч, и если только ей и пользоваться, то можно проехать целых 80 км! То есть расход на 100 км составит 20 кВт.ч. Стоимость этих 100 км (если не включать ДВС!) составит:
(841,7*20*1,4)/9460 = 2,49$

Уже после того как я написал эту статью, после того как отснял и смонтировал ролик, я нашел информацию о том, что к официальным дилерам скоро поступит для тест-драйвов электрическая El Lada! Пройти мимо любимого производителя я никак не мог. Емкость её 270 кг, литиево-железофосфатной батареи составляет 23 кВт.ч. Запас хода — 150 км. То есть на 100 км потребуется 15,3 кВт.ч. Что весьма и весьма неплохо!
(841,7*15,3*1,4)/9460 = 1,91$

Скажу честно — я сейчас испытываю гордость за отечественный автопром! Победы в ралли Электромобилей не прошли даром!

Вот такой вот приблизительный расчет. Ещё раз напомню те основные факторы, которые в расчете НЕ УЧИТЫВАЛИСЬ:
— потери в зарядном устройстве;
— снижение эффективности батареи от времени;
— снижение эффективности батареи от температуры;
— сервисное обслуживание автомобиля (теоретически — оно у электромобиля дешевле, поэтому им можно пренебречь);
— и т.д.

Часть II. Промежуточный итог.

1. Mitsubishi i-MiEV (Peugeot iOn, Citroen C-Zero) — 0,88$. Наш сегодняшний победитель. Действительно экономичный автомобиль. Однако медленный, маленький, скучный и достаточно дорогой.

2. BMW i3 — 1,49$. И хотя внешность этой машины и тот факт, что она сделана из отработанных стаканчиков очень сильно меня напрягают, вынужден признать — баварцы создали очень экономичный и, кстати, не такой уж и дорогой электромобиль. Если бы не его дизайн — у меня появилась бы цель к покупке.

3. El Lada — 1,91$. Этой машины ещё нет в свободной продаже. Но она — наша! Её технические характеристики не уступают другим «электричкам» из обзора, но при этом она экономична и дешева! И я даже горжусь этой машинкой.

4. Chevrolet Spark EV — 2,17$. Небольшой электромобиль от Chevrolet. Из-за того что его расход не сильно меньше чем более крупного Volt не представляет интереса.

5. Chevrolet Volt (Opel Ampera) — 2,49$. Этому автомобиль, по хорошему, здесь не место — он гибрид. Но есть в нём одна особенность, которая меня влюбляет — он последовательный гибрид. И по словам разработчиков, ДВС в нем вполне можно заменить на топливные элементы. Поэтому я его в этот список внес.

6. Nissan Leaf — 2,62$ (1,87$). Небольшой автомобиль оказался на удивление прожорливым.

7. Tesla Model S — 2,65$. Большому автомобилю положено много кушать. Поэтому неудивительно, что на фоне собратьев Tesla отличается отменным аппетитом.

8. Renault Zoe — 7,27$. Машина маленькая, слабая, скучная и невероятно дорогая для электромобиля. А дорогая из-за того, что экономисты Renault — такие экономисты (и после этого кто-то будет удивляться, почему я не люблю Renault;-) ).

Часть III. Стоимость пепелацев
Как видно из всего того, что сказано выше — электромобиль получается экономичнее автомобиля. Так может нам стоит всем взять и дружно на них пересесть?

Не торопитесь, друзья! Давайте сперва подобьем наши семейные бюджеты — а хватит ли у нас на такое удовольствие. Для расчетов обратимся к конфигураторам, которые есть на официальных сайтах производителей, благо, пошлину на электрокары у нас отменили. Данные сведем в таблицу, где машины даны в алфавитном порядке. Экономию на 100 км берем из расчета, что расход у нас зимой не возрастает, батарейки в негодность со временем не приходят. Ну и сравнивать эту экономию будем с всё тем же Пингвином. Таким образом, «Экономия на 100 км» в нашем случае есть разница между расходом Пингвина на 100 км и расходом выбранной электрички.

Mishelle и THETRUCK подсказали мне, что эта табличка немного неверна (т.к. окупаемость считается в отношении уже имеющейся машины. Mishelle даже подсказал очень толковый пример по сравнению обычной и электрической Калины. По этой причине я произвел пересчет таблицы. Но в качестве альтернативы взял нечто вообще со стороны, а именно — Skoda Octavia 1.8 TSI чей смешанный расход составляет 6.1 л/100 км.

Таким образом, получаются более внятные и не такие страшные числа. При этом оказывается, что Chevrolet Spark EV — изначально более выгодная покупка. А вот Renault Zoe — ещё более убыточная, чем я мог себе представить:-)

Вот такой вот рейтинг. Если вы так хотите экономить на бензине — прикиньте через сколько окупится такое вот вложение и решите сами — нужно ли вам оно?

Источник

Ответы на популярные вопросы