Современные электромобили. Устройство, отличия, выбор для российских дорог

Такие компании, как Kia или Ford, постоянно проводят акции, где процентная ставка по кредитам на новый автомобиль не превышает 1%. Поэтому на улицах финских городов все больше корейских автомобилей. Цена на немецкие автомобили в Германии в 1,5-2 раза ниже, чем в Финляндии.

Для электромобилей требуются электрозаправки, потому что работы аккумуляторов хватает максимум на 400 км. Согласно программе правительства, основанной на стратегии Евросоюза в области энергетической и климатической политики, к 2030 году в Финляндии должно появиться 25 тысяч мест для зарядки электромобилей. Сейчас их 1890. Сравните показатель в России.

В Хельсинки автозаправки для электромобилей в основном платные, хотя существует и несколько бесплатных. В центральной Финляндии и на севере страны электрических заправок почти нет. Следовательно, жители северных регионов страны пока что не могут себе позволить такую роскошь - иметь электромобиль.

Хотя в Хельсинки курсируют электротакси и электроавтобусы, но на линии по-прежнему подавляющее большинство обычных бензиновых и дизельных машин. Средняя цена бензина в Финляндии составляет 1,54 евро/литр, дизеля - 1,34 евро, а электроэнергия на заправках стоит 12,7 цента/киловатт. Цена пробега 100 км электромобиля составляет для электромобиля 2,53 евро, дизеля - 8,04, бензинового - 10,78 евро. Таким образом, поездка на электромобиле обойдется дешевле, чем на дизеле или на бензине.

Но, для того чтобы покрыть разницу в цене на автомобили в 15 000 евро, на электромобиле надо проехать на 182 тысячи километров больше, чем на бензиновом, и на 272 тысячи километров больше, чем на дизельном автомобиле [4].

1.6 Слабое место электромобилей

Бытует мнение, что электромобили изобрели совсем недавно. Это утверждение некорректно. Выше, в первом разделе главы 1, мы показали, что основа для электромобилей и теоретические идеи электрического транспорта возникли сразу же после изобретения электричества, или, по крайней мере, в том же временном отрезке. Другое дело, что путь, пройденный человечеством до индивидуальных средств передвижения (личных электромобилей) был довольно долгим - в силу ряда причин, связанных с движением научно-технического прогресса.

Первые (невоенные) электромобили были выпущены в Европе еще в 1954 году, на примере давно выпущенного в серию городского электромобиля Enfield 8000, допущенного для езды на «общественных» дорогах» (1974 года выпуска). Написан ряд статей, и часть из них переведена на русский язык. В конце XX века в СССР сумели создать и зарегистрировать в ГАИ единственный экземпляр электромобиля с базой автомобиля ВАЗ.

Сегодня только в Санкт-Петербурге зарегистрирован в ГИБДД 21 автомобиль, и в городе и области действует аж 15 (!) зарядных станций для электромобилей - по одной почти что на каждый экземпляр электромобиля. Кроме того, налажен массовый выпуск так называемых малых электрокаров, рассчитанных на небольшой (максимум 20 км) запас хода и вместимость 6-8 человек; такие машины используются локально, к примеру, для экскурсионных прогулок в парках и вокруг дворцовых ансамблей.

Эксперты считают, что основной проблемой электромобилей является ограниченный запас хода. Относительно недорогие Nissan Leaf и Mitsubishi i-MiEV проезжают без подзарядки от 150 до 200 км. В городских условиях это приемлемо, а вот при выезде за МКАД водителя поджидают серьезные неприятности. Автолюбителю придется искать зарядную станцию и пару часов заряжать батареи. Таким образом, в большинстве российских регионов инфраструктуры для обслуживания электромобилей пока нет. Не стоит забывать и про суровые зимы, во время которых потенциальный ресурс аккумуляторных батарей снижается на 30-40%. Если добавить к этому включенную систему отопления, навигатор и мультимедийный комплекс, то показатели снизятся еще сильнее.

В России самый доступный электромобиль можно приобрести за 1,3 млн рублей. На первый взгляд, неплохо. С другой стороны, в данном ценовом сегменте представлены более солидные кроссоверы и даже несколько внедорожников. С учетом плохого состояния большинства региональных дорог такой выбор кажется более актуальным.

Электромобиль Flux Capacitor, претендующий на звание супербыстрого электрокара, в июле 2016 года на гоночном треке Santa Pod Raceway в Нортгемптоншире (Великобритания) преодолел четверть мили (0,4 км) всего за 9,86 секунды, при этом имея предельную скорость 195 км/ч. Впоследствии этот электрокар снова прошел серию технических доработок, и теперь Flux Capacitor может похвастаться своим электродвигателем мощностью 800 л. с. и крутящим моментом в 1627 Н-м. Скорость разгона до 182 км/ч составляет всего 6 секунд. С такими показателями этот электромобиль может с легкостью обойти многие современные автомобили с «классическим» двигателем внутреннего сгорания (далее - ДВС). Но здесь речь идет о гоночном варианте электромобиля, в то время как «типовые» машины для общественного пользования имеют гораздо меньшую мощность. К примеру, на рис. 1.8 представлен электромобиль фирмы Ауди; на иллюстрации хорошо видно размещение основных приводных узлов современного электромобиля.

Кстати, электромобиль Enfield-8000 производился в Великобритании в 1973-1977 годах, производство его было закрыто в связи с нефтяными кризисами. Двухместный автомобиль был первоначально выполнен из стеклопластика и оснащен двумя 48-вольтными свинцово-кислотными батареями, предназначавшимися для грузовых автомобилей. Батарейное обеспечение - самый важный элемент современного автомобиля, именно с этим обсуждаемым и проблемным вопросом связывают и пути совершенствования электромобилей. Батарейный отсек и вид на батареи проиллюстрированы на рис. 9 по примеру электромобиля фирмы BMW.

Рис. 8. Размещение основных узлов современного электромобиля

Рис. 9. Батарейный отсек и вид на батареи электромобиля в BMW

Электромобиль Enfield-8000 в умелых руках был переработан. Оригинальные 300-килограммовые батареи были заменены современными 400-вольтными литий-ионными батареями. Батареи такого типа в основном используются для современных военных вертолетов Bell Super Cobra. Они весят всего 145 кг и выдают в 120 раз больше электроэнергии благодаря системе контроля разряда-заряда и управления, созданной компанией по электрической трансмиссии Hyperdrive. Аккумуляторы питают два электрических двигателя, установленных в туннеле карданного вала, который приводит в действие задние колеса (рис. 10).

Рис. 10. Трансмиссия, карданный вал и привод электромобиля: вид снизу

1.7 Электродвигатели для электромобилей

Второй основной деталью по счету, но не по значению по праву считается электродвигатель электромобиля. В некоторых машинах их устанавливают даже два - по одному на каждую колесную пару (распределительный мост). Причем будем иметь в виду, что производственный выпуск электродвигателей для электромобилей становится все более универсальным - по конечному назначению. Такие мощные электродвигатели используются на водном транспорте, для подъемных тяговых устройств и в других целях.

В табл. 4 рассмотрим наиболее популярные типы выпускаемых электродвигателей.

Таблица 4. Популярные типы выпускаемых электродвигателей

Для примера рассмотрим коллекторный электродвигатель постоянного тока ADC 9 Inch 21 КВт, рассчитанный на напряжение 72-144 В, производства Advanced DC Motors (США).

Область применения: моторные лодки, электромобили, электроподъемники.

Номинальный потребляемый ток 170 А, временная нагрузка в течение 5 мин 320 А. Эффективность (КПД) 90 %.

Зависимость параметров от напряжения:

* 96 В - 15 кВт, 3900 об/мин;

* 120 В - 19 кВт, 5200 об/мин;

* 144 В - 21,5 кВт, 6000 об/мин.

Вес 64,3 кг. Диаметр 231 мм. Длина 399 мм.

Цена около 1700 USD.

1.8 Перспективы применения электродвигателей в автомобилях

Характеристиками электромобилей являются не только показатели мощности, крутящего момента, но и частота вращения, ток и напряжение. Поскольку от этих данных зависят передвижение и обслуживание техники. И тем не менее, электродвигатель - устройство, которое занимается преобразованием электроэнергии в механическую, - в последнее время он все сильнее популяризируется на автомобильном рынке в качестве перспективного направления развития автопромышленности. Поэтому подробнее ознакомимся с устройством электромобиля, его двигателя, за которым будущее отрасли. Электродвигатель работает, используя принцип электромагнитной индукции.

Судя по текущим тенденциям, мировые лидеры автомобильной промышленности, политики и другие влиятельные лица всерьез взялись за то, чтобы развивать отрасль производства электрических автомобилей. Это видно по регулярно внедряемым нормам, которые постоянно повышают планку по выбросу максимального уровня вредных газов в атмосферу, и по мощной рекламной кампании, которая развернулась в медиапространстве в поддержку такого типа транспортных средств. В развитых странах с каждым годом растет количество заправочных станций, обеспечивающих зарядку электромобилей.

Поэтому открываются большие возможности инженерам для развития отрасли. И для этого есть два основных направления - адаптировать серийные автотранспортные средства или вести разработку новых моделей. Конечно, менее затратным мероприятием является усовершенствование существующих моделей.

Одно из перспективных направлений вполне осваивается - европейские специалисты занимаются улучшением нынешних гибридных двигателей, в то время как японские компании занялись совершенствованием обычного двигателя. Им удалось увеличить степень сжатия. При этом состав топлива остался неизменным. В свою очередь, немецкие разработчики установили небывалый рекорд. Созданному электромобилю удалось проехать без подзарядки целых 600 км. Для автомобилей с ДВС это не показатель, однако, электромобили могут похвастаться теперь и такими возможностями. Дело в том, что даже Tesla, ведущий участник рынка, пока не создал легкий аккумулятор, который смог вытянуть это расстояние. А в этом случае разработчикам удалось достичь показателя в 600 км.

Автомобиль проехал расстояние между двумя немецкими городами - Мюнхеном и Берлином. Его средняя скорость передвижения по трассе составила около 90 км/ч. Установление подобного рекорда стало возможным благодаря плодотворной работе предприятия DBM Energy, которое в тесном сотрудничестве с Lekker Energie создало такое решение.

1.8.1 Принцип работы и устройство тягового электродвигателя

Электродвигатель включает в себя статор и ротор. Вращающееся магнитное поле в статоре действует на обмотку ротора и наводит в нём ток индукции, возникает вращающий момент, который приводит в движение ротор. Электроэнергия, поступающая на обмотки мотора, преобразуется в механическую энергию вращения.

Благодаря развитию технологии электродвигатели нашли применение в разных отраслях, например автомобилестроении. Причем они способны использоваться либо отдельно, либо совместно с двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Последний вариант - гибридные авто.

От электродвигателей, применяемых на производствах, агрегаты для автомобилей отличаются малыми габаритами, но повышенной мощностью. Новейшие разработки все больше отдаляют двигатели для автомобилей от иных устройств универсального назначения. Характеристиками электромобилей являются не только показатели мощности, крутящего момента, но и частота вращения, ток и напряжение. Поскольку от этих данных зависят передвижение и обслуживание техники.

Чтобы лучше разобраться в многообразии, которое нам дарит авторынок, стоит рассмотреть существующие виды электродвигателей для электромобилей. Их можно условно классифицировать по типу тока:

* устройства переменного тока;

* конструкции постоянного тока;

* решения универсального образца (способны функционировать от постоянного и переменного токов).

Электродвигатели переменного тока делятся на группы:

* асинхронные - скорость вращения магнитного поля статора выше скорости вращения ротора;

* синхронные - частоты вращения магнитного поля статора и ротора совпадают.

С учетом используемого количества фаз электрические устройства разделяют на: одно-, двух-, трехфазные.

Если привести реальные примеры образцов, используемые известными автопроизводителями, то хороший пример применения трехфазного агрегата асинхронного типа - Volt от Chevrolet. Он является гибридным автомобилем. Пример трехфазного синхронного двигателя - i-MiEV от Mitsubishi. А этот автомобиль является исключительно электрическим. Разумеется, у разных производителей разные двигатели, отличающиеся массой, мощностью, габаритами и прочими параметрами.

На рис. 11 представлен вид на силовую установку Chevrolet Volt.

Рис. 11. Вид на силовую установку Chevrolet Volt

Кроме рассмотренных, существует еще одна классификация - по конструкции щеточно-коллекторного узла. Такие агрегаты бывают:

* бесколлекторными (представляют собой замкнутую систему, в которую входят преобразователь координат, инвертор и извещатель положения);

* коллекторными (щеточно-коллекторный узел играет роль в такой конструкции одновременно и извещателя положения ротора, и переключателя тока в обмотках - в основном используется ток постоянной частоты).

В конструкциях электромобилей зачастую задействуются коллекторные моторы, хотя есть примеры и с иными моделями. Как вариант - автомобиль «Санрейсер», в котором установлен как раз бесколлекторный двигатель от компании General Motors. При массе 3,6 кг его КПД составляет 92 %.

Нельзя не отметить еще один тип двигателя, который используется в некоторых современных моделях авто. Это система мотор-колесо. Пример - спорткар Volage. В такой конструкции предусмотрена возможность регенерации энергии торможения. Для этого используется тяговый двигатель Active Wheel. Он весит всего 7 кг, что позволяет добиться приемлемой массы колеса - 11 кг.

1.8.2 Система «мотор-колесо»

Самой распространенной сегодня конструкцией является решение с питанием от аккумуляторной батареи. Она нуждается в регулярной зарядке, способной реализоваться за счет внешних источников, генератора в конструкции и рекуперации энергии торможения. Генератор действует от ДВС, поэтому такая схема работы уже не относится к чисто электрическим. Подобные машины называют гибридными. Об этом мы поговорим далее.

1.8.3 Преимущества и недостатки электродвигателей

Выделим достоинства электрических агрегатов:

* высокий коэффициент полезного действия - до 95 %;

* компактность, малый вес;

* простота использования;

* экологичность;

* долговечность;

* создается максимальный показатель крутящего момента на любой отметке скорости;

* воздушное охлаждение;

* способны функционировать в режиме генератора;

* не нужна коробка передач;

* возможность рекуперации энергии торможения.

В качестве примера удачной разработки модели с высокими характеристиками можно привести мотор от Yasa Motors. Инженеры компании создали агрегат, который при весе 25 кг способен выдавать до 650 Н-м крутящего момента. Этот двигатель в разрезе представлен на рис. 12.

Что касается недостатков непосредственно электродвигателя, то их нет. Больше вопросов вызывает питание агрегата, что, собственно, и тормозит распространение, широкое использование технологии. Поэтому на данный момент большей популярностью пользуются гибридные авто, нежели электромобили. Благодаря такой схеме увеличивается запас хода, позволительно использовать менее мощные и дорогостоящие аккумуляторные батареи.

Рис. 12. Электродвигатель в разрезе

1.9 Устройство электромобиля

Если сравнивать электромобиль с авто, где используется ДВС, он характеризуется более простой схемой, минимальным числом движущихся элементов. Следовательно, такое решение является более надежным.

Главные составляющие электромобиля:

* непосредственно электродвигатель;

* питающая аккумуляторная батарея разной емкости, которая связана с мощностью мотора;

* упрощенная трансмиссия;

* инвертор;

* зарядное устройство на борту;

* электронная система управления элементами конструкции;

* преобразователь напряжения.

Питание мотора в этой схеме организовывает, конечно же, тяговая аккумуляторная батарея. Зачастую задействуется литий-ионный тип, включающий в себя несколько модулей, подключенных последовательно. На выходе аккумулятора формируется напряжение от 300 В постоянного тока. Это значение определяется моделью авто. Современные образцы способны создавать и 700 В. Пример - автомобили Lola-Drayson, разработанные для гонок. Они оснащаются батареями напряжением 700 В и емкостью 60 кВт/ч.

Для корректного взаимодействия емкость батареи подбирается с учетом мощности двигателя. Этот показатель в подавляющем большинстве конструкций составляет от 15 до 200 кВт. Двигатель мощностью 200 кВт представлен на рис. 13.



Рис. 13. Внешний вид тягового электродвигателя мощностью 200 кВт

Если сравнить электрический двигатель с ДВС, то у первого КПД составляет 95 %, а у другого - 25 %. Разница существенна.

Имеются примеры в автомобилестроении, когда в конструкции используется несколько агрегатов. Они могут приводить в движение определенные колеса. Такой принцип организации позволяет увеличить тяговую мощность авто. Двигатель, интегрированный в колесо, имеет массу преимуществ, однако такое устройство тягового электродвигателя характеризуется ухудшенной управляемостью транспортного средства. Поэтому разработчики продолжают вести активную деятельность в этом направлении.

Что касается трансмиссии, то у электромобиля она имеет упрощенный вид. Многие конструкции оснащены одноступенчатым редуктором. Благодаря инвертору происходит преобразование высокого напряжения постоянного тока батареи. За счет наличия в конструкции бортового зарядного устройства гарантируется зарядка аккумулятора от электросети бытового назначения.

Обеспечением зарядки дополнительной батареи на 12 В занимается преобразователь. Эта батарея задействуется в качестве питающего элемента различных устройств транспортного средства:

* аудиосистемы;

* климат-контроля;

* освещения;

* отопительной системы;

* прочих элементов.

Система управления организовывает такие процессы, как:

* мониторинг используемой энергии;

* управление рекуперацией энергии торможения;

* оценка уровня заряда;

* управление динамикой движения;

* обеспечение необходимого режима перемещения транспортного средства;

* регулировка тяги;

* управление напряжением.

Система объединяет блок управления, датчики и прочие элементы других систем авто. Благодаря датчикам оценивается уровень давления в тормозной системе, разряда батареи, а также положение селектора переключения передач, тормозной педали и педали газа. По данным этих устройств обеспечивается оптимальное перемещение электромобиля с учетом текущих условий. На панели приборов традиционно отображаются основные показатели функционирования транспортного средства.

Внешне электромобиль не имеет отличий от традиционного автомобиля с ДВС, однако основные расхождения находятся в области эксплуатации: высокая стоимость, необходимость длительной зарядки, ограниченный ход. Поэтому устройство электромобиля имеет определенные расхождения с составом традиционного транспортного средства.

Высокая стоимость авто формируется в основном из-за цены на аккумуляторы, которые еще и имеют небольшой срок службы - до 7 лет. Это вынуждает специалистов искать новые решения для совершенствования технологии: литий-полимерные батареи, суперконденсаторы, топливные составляющие и прочие.

Затраты на содержание электромобиля зачастую ниже, чем авто с ДВС, особенно в тех государствах, где стоимость электроэнергии низкая.

Слабым местом электромобиля является также невысокий уровень автономного функционирования, вызванный коротким километражем без подзарядки. Этот параметр определяется многими факторами:

* стилем вождения;

* условиями и скоростью передвижения;

* емкостью используемых аккумуляторов;

* уровнем использования дополнительного оборудования.

К примеру, при скорости 80 км/ч средний показатель дальности передвижения электрического транспортного средства составит около 140 км. Если же повысить скорость до 120 км/ч, этот показатель резко упадет до 80 км. Благодаря внедрению систем рекуперативного торможения степень автономности может повышаться до показателя в 300 км и более.

Зарядка аккумулятора требует много времени, поэтому этот недостаток решается несколькими подходами:

* замена батареи на заряженную (услугу могут предоставлять на специальных станциях);

* ускоренная зарядка - за полчаса может зарядиться 80 % емкости аккумулятора;

* нормальный режим - продолжительность зарядки может составить 8 часов.

1.10 Зарядные сети и станции

Важную роль в «продвижении» электромобилей в России играет внедрение соответствующей зарядной инфраструктуры - зарядных станций (в обиходе их часто называют «электрическими заправками»).

Несмотря на то что зарядить электромобиль можно от обычной розетки, как правило, за 7-8 часов, это время часто является неприемлемым. На станции экспресс-зарядки электромобиль можно подзарядить за полчаса-час, что существенно быстрее. Создание подобной сети зарядных станций делает электромобиль столь же удобным, как автомобиль с ДВС.

Зарядная станция Ensto EVC 100 фирмы Revolta представлена на рис. 14.

Рис. 14. Внешний вид зарядной станции Ensto EVC 100

Фирмой Revolta была заявлена задача космического масштаба - создание сети электрозаправок для электромобилей на 2000 зарядных станций. Они должны были появиться в Москве, Санкт-Петербурге, Краснодаре, Самаре и Калуге, а также в других городах.

Обратим внимание и на электронное устройство iWallbox, оно представляет собой усовершенствованное зарядное устройство BMW, представляющее отличную альтернативу бытовым розеткам. С его помощью станет возможным сократить время подзарядки новинок до трех часов. Цена - 70 000 руб. Приобрести его можно в фирменных магазинах, дилерской сети.

1.10.1 Где зарядить электромобиль в Москве, Санкт-Петербурге и других мегаполисах

Где зарядить электромобиль в Москве

Наиболее активно станции подзарядки электромобилей эксплуатируются в Москве, там же создана и первая полноценная сеть зарядных станций. Действительно, основной проблемой является ограниченный запас хода. Относительно недорогие Nissan Leaf и Mitsubishi i-MiEV проезжают без подзарядки от 150 до 200 км. В городских условиях это приемлемо, а вот при выезде за МКАД водителя поджидают серьезные неприятности. Автолюбителю придется искать розетку и несколько часов заряжать батареи. Таким образом, в большинстве российских регионов инфраструктуры для обслуживания электромобилей пока нет.

Компания МОЭСК совместно с компанией Revolta закончила первый этап электрификации московских дорог, установив 28 зарядных станций в столице. По состоянию на июнь 2017 года в Москве и Московской области уже имеются зарядные станции этой сети, которые можно идентифицировать в соответствии с картой, приведенной на рис. 15.

Рис. 15. Карта электрозаправок для электромобилей на территории Московской области

Теперь зарядить электромобиль в мегаполисе можно по следующим адресам:

* улица Садовническая 36, стр. 1 (5 зарядных станций напольного монтажа, в том числе 4 станции зарядки переменным током, 1 станция быстрой зарядки постоянным током);

* улица Голубинская 10;

* улица Нижняя Красносельская 6, стр. 1;

* улица Горбунова 14;

* Ярославское шоссе 31;

* Алтуфьевское шоссе 31, стр. 1;

* улица Перовская 1 (установлены по 1 станции зарядки переменным током напольного монтажа);

* шоссе Энтузиастов 12, к. 2 (2 станции зарядки переменным током настенного монтажа);

* Зеленоград, Солнечная аллея 1;

* Котельники, 1-й Покровский пр. 6 (1 станция зарядки переменным током напольного монтажа);

* Одинцовский район, «Сколково», ул. Новая 100 (2 станции зарядки переменным током напольного монтажа).

Станции с помощью специального программного обеспечения объединены в единую информационную сеть, что позволяет управлять электрозаправками из единого центра. «Зарядиться» можно, только имея при себе электронную RFID-карту.

Где подзарядиться в Санкт-Петербурге

На рис. 16 представлен электромобиль Hyundai у стационарной зарядки в Ленинградской области. Чтобы полностью зарядить данный электромобиль, потребуется около 8 часов.

Внимание, важно!

Несмотря на существующие мнения скептиков относительно того, что электромобили ведут себя на холоде непредсказуемо, последние модели хорошо переносят мороз. Дело в том, что сейчас используются литий-ионные аккумуляторы, которые выдерживают температуру и до -15 °C. При -15…25 °C их производительность падает на 20 %. При -25…50 °C электромобиль нужно заряжать в 2 раза чаще обычного. А вот при температуре ниже -50 °C он и вовсе может не завестись.

Рис. 16. Зарядный терминал в Ленинградской области

Созданием зарядной инфраструктуры в Петербурге и Ленинградской области занимаются энергетические компании, подробности работы которых, равно как и полный список зарядок с указанием их адресов, можно получить на сайтах www.ev-time.ru и www.e-audit.su.

В Петербурге и Ленинградской области это полтора десятка действующих электрозаправок, и выглядят они так, как показано на рис. 17.



Рис. 17. Внешний вид одной из заправочных станций для электромобиля

На рис. 18 представлен вид на терминал зарядной станции. Почти у каждого терминала вы найдете подробную инструкцию по правилам действия, она представлена на рис. 19. Автор советует читать инструкцию перед зарядкой автомобиля и обращать внимание на разъем зарядной станции.

Рис. 18. Внешний вид терминала зарядной станции



Рис. 19. Инструкция по пользованию терминалом для зарядки электромобилей

На рис. 20 представлен терминал с близкого расстояния.

На рис. 21 представлен вид на семиконтактный разъем для зарядки с помощью терминала.

Рис. 20. Зарядный электротерминал вблизи



Рис. 21. Вид на семиконтактный разъем для зарядки электромобиля с помощью терминала

1.10.2 Зарядные устройства и адаптеры

Большинство владельцев электромобилей подзаряжает свои авто с помощью специальных зарядных устройств на дому, на зарядных станциях, к примеру Super Chargers, или на станциях Destination Chargers, находясь в многозвездочном отеле. Но самым удобным способом, пожалуй, будет просто воспользоваться обычной электрической розеткой. Другое дело, что для подзарядки автомобиля необходимо оборудование.

К примеру, компания Tesla производит разъемы-переходники NEMA 14-30 для электрокаров Model S и Model X. Теперь автовладельцы электромобилей могут использовать весьма распространенные и мощные розетки для подзарядки автомобиля. За один час зарядки с помощью устройства NEMA 14-30 серийные электрокары Model S и Model X смогут проехать около 24-27 км.

Для зарядки от стационарной сети необходимо использование фирменного зарядного кабеля Mobile Connector.

Большинство зарядных терминалов работает в автономном режиме - без оператора. Правила пользования стационарным зарядным устройством, установленным на улице, несложны. Вы убеждаетесь в том, что терминал исправен и готов к обслуживанию. Об этом свидетельствует зеленый цвет свечения индикаторов на терминале. Открываете заглушку разъема на терминале и соединяете кабелем ваш электромобиль и зарядный терминал. Затем прикладываете бесконтактную карту с положительным балансом денежных средств к считывателю устройства. Кабель блокируется (вынуть его после этого невозможно без принудительной отмены операции по зарядке), и начинается зарядка электромобиля. Это сопровождается звуковым сигналом. При этом свечение терминала меняется на синее.

После окончания зарядки свечение снова меняется на зеленое (также сопровождается звуковым сигналом), вы подносите смарт-карту, и кабель разблокируется (звуковой сигнал), теперь можно разъединить соединение и отъезжать - ваш автомобиль заправлен.

При возникновении спорных вопросов необходимо обратиться в справочную службу терминалов сети, телефон которой указан тут же.

1.11 Перспективы электромобилей в России

Сегодня все больше подобных автомобилей можно встретить на дорогах не только Европы, но и России. Пусть их еще немного, но их дополняют бесплатные зарядные станции в некоторых странах, позволяющие перемещаться на большие расстояния. Поэтому электрический транспорт постепенно становится естественным участником дорожного движения, закладывая фундамент новой эры машиностроения.

Наиболее активно станции подзарядки электромобилей эксплуатируются в Москве, там же создана и первая полноценная сеть зарядных станций. Действительно, основной проблемой современного автомобиля является ограниченный запас хода. Относительно недорогие модели Nissan Leaf и Mitsubishi i-MiEV проезжают без подзарядки от 150 до 200 км. В городских условиях это приемлемо, а вот при выезде за пределы городов водителя поджидают неприятности в виде отсутствия сервиса для заправок. Автолюбителю придется искать розетку и несколько часов заряжать батареи. Таким образом, в большинстве российских регионов инфраструктуры для обслуживания электромобилей пока нет.

Не стоит забывать и про суровые зимы, во время которых потенциальный ресурс аккумуляторных батарей снижается на 30-40%. Если добавить к этому включенную систему отопления, навигатор и мультимедийный комплекс, то показатели снизятся еще больше.

В отличие от России, где рынок электромобилей переживает эпоху становления, покупать электромобиль в развитых странах сегодня очень выгодно. К примеру, такой транспорт освобожден от ввозных пошлин и ежегодных налогов. Перед покупкой вы получаете государственную дотацию, составляющую теперь до 40% от суммарной стоимости электромобиля. Это - мотивационный инструмент. В Европе производители активно развивают сети зарядных станций, а отказ от традиционного топлива позволяет владельцу электромобиля ощутимо сэкономить бюджет.

На российском рынке в основном покупателям предлагают Nissan Leaf, Mitsubishi i-MiEV, Lada Ellada и Tesla Model S. Несколько электромобилей Tesla Model S эксплуатируется в московском автопарке «Яндекс. Такси» с лета 2015 года. В Петербурге в той же службе такси начали использовать электромобили Tesla Model S с 17 декабря прошлого года. Поэтому нельзя сказать, что эра электромобилей минует или «обходит» Россию. Просто она вытесняет классическое (традиционное) понимание достаточно консервативных по ментальности русских довольно инертно. В России никто на государственном уровне не собирается выдавать дотации на покупку электромобиля, сеть электрозаправочных станций только еще развивается. Существует крайне мало профессиональных ремонтников электромобилей. В основном они действуют при дилерских центрах.

В этой ситуации первыми, кто апробирует «новинку», являются или авантюристы с большими финансовыми возможностями, которые используют электромобиль как очередную игрушку, никак и ни при каких обстоятельствах не способную помешать их жизнедеятельности, или организации, учреждения, выполняющие с помощью современных электромобилей свои профильные задачи. В этой цепочке или компании обычному потребителю делать нечего. Его «эра» еще только маячит где-то впереди. Но и она обязательно найдет своего героя. Среди организаций, эксплуатирующих электромобили, превалируют те, что действуют в сфере коммунального и иного обслуживания, локальных туристических маршрутов (к примеру, музей Павловский парк в Санкт-Петербурге, где на таких машинках катают целые экскурсии, и уже давно), такси и других. После ознакомления с этим перечнем можно понять, что главным образом электромобили в России используют организации, имеющие задачи по перевозкам в ограниченном поле (маршрутах), имеющие и свою сеть (возможности) для подзарядки своего оборудования. К ним надо добавить и тех, кто живет вдали от городов, на природе, и выезжает недалеко от дома (зарядные «терминалы» у него дома). Я некогда несколько лет жил в такой ситуации, вдали от «суеты городов и потока машин», когда от усадьбы до администрации района было 22 километра по проезжей дороге, и такой маршрут - съездить к соседке за молоком или, наоборот, отвезти ей продукцию своего фермерского хозяйства - был частым и ненакладным. А автозаправка бензином и дизельным топливом как раз располагалась в районном центре, то есть за 22 километра от дома, и эта ситуация всегда была неудобной. Я должен был, как и многие фермеры, иметь дома или в подобном помещении запас до 100 литров (5 канистр по 20 литров) топлива или бензина - на всякий случай. Это так же неудобно, как и небезопасно в части противопожарной обороны. Бензин, как и дизельное топливо, со временем теряет свои свойства (бензин-октановое число) даже в том случае, если не открывать канистры. В противовес этому электроэнергия никогда не испортится. Ее не надо запасать впрок на год вперед.

И поэтому с учетом моего опыта обоснованно считаю, что электромобиль для фермера - вещь замечательная и перспективная. Удивительно, что многие пока не «прочухали» выгоды от такого применения инноваций. Ибо, как уже было сказано выше, при небольшом радиусе (ежедневном пробеге) и маршруте движения - до 100 километров - вам совсем не требуется подзарядка, а значит, вы вполне сможете подзарядить свой автомобиль дома, по возвращении. Ну а если у вас еще не «обе руки левые» и навыками простого ремонта техники вы не обделены, то для такого хозяйствующего субъекта электромобиль является вполне рентабельным способом к существованию. Ведь что говорить, экономия на топливе (бензине) и масле для двигателя очевидна. А все остальное строение у электромобиля в принципе то же, что и у типичного его собрата.

Городской же обыватель, который подумывает над приобретением электромобиля, сегодня тоже умеет считать. Он подсчитает, что пока затраты на его обслуживание (с учетом ограниченности сервисной сети и зарядных устройств, а также срока действия аккумуляторных батарей) не меньше, чем затраты на автомобили с двигателями внутреннего сгорания. Такой потенциальный городской «выгодоприобретатель» полагает, что надо запасаться съемными аккумуляторами (аккумуляторы - в чемодане на колесиках), которые можно домой занести для зарядки. Уже есть такие примеры, но они пока нетипичны.

Тем не менее, учитывая текущее положение вещей, вряд ли стоит предполагать, что уже очень быстро электромобили займут нишу в российском автомобилестроении. И важный фактор, притормаживающий прогресс, - психология человека. Очень непросто переубедить - особенно в России - автомобилистов пересесть с бензиновых и дизельных автомобилей на электрические. Это также сложно сделать и для тех, кто занимается автогонками или любит динамичную езду.

Думаю, что не стоит ожидать в России, которая и в этом вопросе, как бы не кричали наши пустобрехи, сильно отстает от Европы, количественного прироста электромобилей только из-за временной отмены ввозных пошлин, потому что стоимость электромобилей останется высокой в сравнении с автомобилями того же класса с ДВС, ибо за пределами мегаполисов почти отсутствует зарядная инфраструктура. Заметные изменения могут произойти не ранее чем через 3-5 лет, но только при условии, что обязательно будет отменен транспортный налог и оставлена нулевая ввозная пошлина для электромобилей плюс динамичное развитие сети и сервиса зарядных терминалов.

Мои выводы подтверждают и мнения экспертов о том, что электромобили в России могут найти применение в городах (в первую очередь крупных) в тех отраслях, где небольшие дневные пробеги. Они могут заниматься, к примеру, развозом, доставкой товаров. На чемпионате мира в Сочи-2014, как мы уже отметили в первой главе, почтовые службы вполне широко использовали электромобили. Предпочтительным является именно коммерческое использование, так как при недостаточной в настоящий момент зарядной инфраструктуре на территории предприятия можно создать станцию экспресс-зарядки и организовать надлежащее обслуживание электромобиля. С этой точки зрения перспективным является и замена части троллейбусов и автобусов на электробусы, описанные выше.

Можно поглядеть и поверх линии горизонта. Развитое воображение не всегда мешает. Когда пробег электромобиля на одной зарядке увеличится до 300 км, электромобиль станет полноценной альтернативой бензиновому/дизельному автомобилю и для обывателей (помимо коммерческого использования). Сейчас же его можно рассматривать только как второй автомобиль для поездок по маршруту дом-работа и обратно, особенно с учетом уменьшения реального пробега без подзарядки в зимний период, когда необходим обогрев салона.

В связи с экономическими кризисами, которым конца не видно (такое впечатление, что в России вечный кризис и «в клозетах, и в головах»), вряд ли в ближайшее время будет налажено массовое производство электромобилей в России, но интерес к этой теме в стране, безусловно, есть. И в помощь тому - наша книга. Надо понимать, что для создания конкурентоспособных легковых моделей необходимо привлечение заграничного опыта. На этом фоне очень достойно выглядит электробус от «Trolza» (учитывая, что Россия имеет огромный опыт эксплуатации и производства троллейбусов), серийный выпуск которого наладить вполне реально - это будет зависеть от желания властей внедрять экологически чистый общественный транспорт.

Сегодня вполне сформировалась тенденция, когда люди покупают гибридные автомобили с альтернативным двигателем, к примеру объем продаж по итогам 2016 года только в России достиг 1610.

Но прогресс не стоит на месте. По ведущим производителям электромобилей видно, как они конкурируют. А в Европе и прагматичной Америке люди далеки от простых сентенций и иллюзий. Они знают, во что вкладывают деньги, и понимают перспективность, рентабельность сих вложений. По всему видно (обратите внимание на текст главы 2), как автопроизводители мировых брендов включаются в гонку по выпуску гибридных и электромобилей. Почти каждый автогигант имеет или разрабатывает свою линейку электромобилей. Задумайтесь - почему? Как автор книги и много поездивший по миру гражданин полагаю, что (кроме аргументов, приведенных выше) рано или поздно рынок продаж автокаров подхлестнет рост цен на нефть. Все это, скорее всего, произойдет в ближайшем будущем. Наша задача - быть к этому готовыми. Что касается России, то по меткому выражению Валентина Пикуля («Моонзуд»): «Россия никогда ни к чему не готова, это ее нормальное состояние. Все понимают, но сделать ничего не могут - таково состояние и русского человека», - в этом вопросе комментарии излишни. При этом «ура-патриоты» кричат, что наша страна впереди планеты всей и учиться у кого-либо нам без надобности. Ничего не меняется. Но есть некоторая надежда, что с появлением этой книги дающие себе труд задуматься люди постепенно поймут ценность и важность именно этого сегмента автомобильного рынка. А поняв, сделают верные выводы. Хотя бы для себя.

Глава 2. Современные электромобили и их особенности

Современные разработки позволяют людям в разных концах земного шара пользоваться электромобилями с «нулевым выхлопом» - полностью электрическими автомобилями. По всему миру (в России со слабой динамикой) видна тенденция нового типа мышления в городах и весях. Сегмент недорогих электромобилей станет прорывным в ближайшие годы, особенно там, где остро стоит проблема с экологической обстановкой в крупных городах. В этой главе рассмотрим разные типы электромобилей для личных нужд, продажи которых уже открыты несколько лет, а также новинки в этом сегменте рынка.

2.1 Электромобили из Германии

2.1.1 Электромобили Ауди

Выпуск нового электромобиля Audi А9 e-tron (см. рис. 22) положил начало созданию новой серии электрокаров, которые постепенно заменили популярный Audi A3 e-tron.

Рис. 22. Электромобиль Audi А9 e-tron

Запас хода Audi А9 e-tron на одной подзарядке составит 500 км (311 миль). Кроме того, модель стала беспилотным автомобилем четвертого уровня (на один уровень выше, чем дебютант прошлого года А8). А к 2020 году компания будет выпускать уже три модели электрокаров. Первым выйдет в производство концептуальная модель e-tron Quattro с дальностью пробега в 500 км. А к 2025 году 25 % всех производимых автомобилей Audi будут полностью электрическими. Три электродвигателя концепта e-tron Quattro при совместной работе имеют выходную мощность 429 л. с., а режим более спортивной езды автомобиля позволяет увеличивать мощность до 496 л. с. и крутящий момент до 800 Н-м. Электродвигатели А9 e-tron и комплект силовой электроники по своим техническим характеристикам пока не имеют равных в Европе.

Внимание, важно!

Некоторые производители предпочитают синхронные двигатели с высокой плотностью энергии, но со сравнительно низкими показателями крутящего момента. Существуют и асинхронные двигатели, которые, как правило, имеют похожую выходную мощность, но с более высокими показателями крутящего момента. Эти вопросы мы рассматривали в первой главе нашей книги. С 2018 года электрические автомобили Audi будут оснащаться только асинхронными двигателями. По результатам многочисленных исследований, которые автору удалось получить оперативными путями, асинхронные электрические двигатели работают намного эффективнее, чем их синхронные аналоги.

Система, разработанная для Audi А9 e-tron, распределяет энергию всем четырем колесам системой управления передвижения, которая использует электронную векторизацию крутящего момента для перераспределения подачи электроэнергии задним колесам в зависимости от их уровня сцепления с трассой. Такой тип коробки передач имеет два рабочих режима: Drive и Sport. А9 e-tron и Об e-tron оснащены большой аккумуляторной батареей емкостью 95 кВт с жидкостным охлаждением, которая будет установлена под полом салона. Скорость разгона А9 e-tron со стартовой точки до 100 км/ч составит 4,6 сек. Предельная скорость электрокара будет находиться в пределах 212 км/ч. Кроме традиционного способа подзарядки владельцы А9 e-tron могут воспользоваться и индуктивной (беспроводной) зарядкой на станциях с мощностью 11 кВт. Электрокар может похвастаться и функцией автономной парковки для правильного размещения авто на зарядной зоне.

За электрическим SUV последуют полноразмерный электрический седан и другой SUV меньшего размера, которые являются частью программы Audi по запуску в производство к 2020 году трех моделей электромобилей. Название e-tron будет также комбинироваться с традиционными названиями моделей немецкого автопроизводителя, к примеру А6 e-tron, А7 e-tron, А8 e-tron и т. д. Audi уже использует e-tron в названиях моделей A3 Sportback e-tron, гибрида 07 e-tron, а также R8 e-tron. К примеру, модель R8 e-tron обладает запасом хода в 450 км за счет аккумуляторов увеличенной емкости. Электромобиль имеет мощность 462 л. с. и разгоняется до 100 км/ч за 3,9 сек.

Внешне электромобиль отличается от обычной версии другой решеткой спереди, а также некоторыми накладками по кругу.

Электромобиль Audi А2. Технические характеристики

В электромобиле была установлена аккумуляторная батарея емкостью 115 кВт/ч. Благодаря этому транспортное средство способно увеличивать мощность до 55 кВт, что отвечает приблизительно объему 1,4 л для бензинового двигателя. Эффективность такой батареи доказывает установка в погрузчик, который способен увеличить время своей работы в четыре раза, если сравнивать действия с обычным аккумулятором. Именно этот емкостный агрегат был установлен на немецкий автомобиль Audi А2.

Может сложиться впечатление, что автомобиль «пустой», однако это не так. Организаторы эксперимента оснастили его всем необходимым: кондиционером, усилителем руля, аудиосистемами, системами безопасности и даже подогревом сидений. Поэтому потребление энергии, кроме перемещения, требовалось для выполнения и других функций. Технология находится на рассмотрении Министерства экономики Германии, поэтому вполне возможно, что уже в скором времени эта отрасль получит новый толчок. Уже есть планы, по которым к 2020 году правительство Германии намеревается достичь показателя в один миллион электрических автомобилей на европейских дорогах. Причем это не только транспортные средства личного пользования, но и другого назначения. Используемый аккумулятор на автомобиле А2 способен обеспечить общий пробег на уровне 500 тысяч километров.

Есть и еще один рекорд в этом направлении, поставленный Japan Electric Vehicle Club. Однако он касается чистого эксперимента. Это значит, что для повседневного использования такой электрокар не приспособлен. В результате японцам удалось побить рекорд - 1 тыс. км без подзарядки.

Внимание, важно!

Какие бы разработки не велись в этой области, они сводятся к тому, что их должны поддержать гиганты автомобильной промышленности. Только им под силу внедрить достойное новшество, распространяя его по всему миру, создавая необходимую инфраструктуру, сервис и прочие необходимые средства. Все это требует больших затрат, поэтому предложенная идея может быть воплощена в жизнь, если расчеты по ее реализации дадут действительно существенную прибыль и установят новую планку стандартов на мировом рынке.

2.1.2 Электромобили BMW

Электрический хэтчбек BMW i3 со времени своего первого появления на рынке США в мае 2014 года претерпел множество улучшений и обновлений, однако в его последнем апгрейде 2017 года эти изменения заметны в наибольшей степени. Улучшения серийных электрокаров BMW i3 в основном затронули аккумуляторные батареи, которые стали еще мощнее и увеличили запас хода в соответствии с жестким американским циклом езды ЕРА. Емкость батареи, по сравнению с прошлой версией, увеличилась на целых 50 % с 22 кВт/ч до 33 кВт/ч. Это позволило электрокару получить 183 км дальности пробега без дополнительной подзарядки (на 53 км больше, чем у версии 2016 года). Кроме этой модели, компания продолжает выпускать на рынок и свой гибридный автомобиль i3 Rex, также с увеличенным пробегом. Автомобиль оснащен 0,65-литровым двухцилиндровым ДВС, который выступает в качестве генератора электричества. Объем топливного бака составляет всего 9 л.

В прошлогодней американской версии электрокара объем бака был ограничен до 7,2 л. Rex, как и его «серийный собрат», получит 33 кВт/ч батарею. Новая модель i3 Rex имеет 156-киллометровый пробег в полностью электрическом режиме езды, а вместе с полным баком топлива авто сможет проехать около 290 км. Расход топлива при совмещенной работе электродвигателя (экв. 2,12 л/100 км) и ДВС (6,72 л/100 км) составляет 1,99 л/100 км. Новый аккумуляторный блок получил более мощные литий-ионные батареи емкостью 94 А-ч (60 А-ч у прошлой модели). Компания-производитель оставит возможность клиентам выбирать между новыми 33 кВт/ч батареями и старыми 22 кВт/ч для установки их в своих базовых моделях. Выходная мощность i3 2017 года выпуска составляет 170 л. с., а максимальный крутящий момент заднего привода - 250 Н-м, который, кстати, не изменился. Скорость разгона 0-97 км/ч для полностью электрических моделей из серии составляет 7 сек., а для Rex - чуть больше 8 сек. Что касается веса автомобилей, электрокар i3 весит 1343 кг, а гибрид Rex - 1467 кг. Их вес немного увеличился по сравнению с прошлыми версиями. Электромобиль модели i3 2017 года имеет встроенное зарядное устройство мощностью 7,4 кВт. Теперь электрокар с новыми батареями нужно будет заряжать около 4,5 ч на 240-вольтных зарядных станциях второго уровня (Level 2) вместо прошлых 3,5 ч. А вот на высокоскоростных зарядных станциях DC fast-charging с прежней мощностью 50 кВт авто заряжается до 80 % уже за 40 мин. Сейчас для модели i3 нового поколения стандартным является уровень комплектации DekaWorld, в то время как для прошлых применялись MegaWorld, GigaWorld и TeraWorld. Теперь современная система выдачи данных дорожного движения в режиме реального времени, а также интегрированная и универсальная система дистанционного открытия дверей гаража будут стандартной опцией. В России покупка BMW i3 в базовой комплектации обойдется порядка 35 тыс. евро.

Далее представлена видеоссылка обзора этой модели для самостоятельного ознакомления и анализа: http://autotesla.com/obzor-2017-bmw-iy.

Серийное производство среднеразмерного электрического седана i5 начинается в 2018 году. По размерам модель чуть больше, чем BMW 3 series, и составит конкуренцию будущему электромобилю Tesla Model 3. Как и BMW i3, новинка имеет как полностью электрическую, так и гибридную версии. При этом электрическая версия будет иметь два электромотора на передней и задней осях мощностью 135 и 225 л. с. соответственно.

Электромобиль BMW i3. Технические характеристики

BMW i3 называют еще Mega City Vehicle - автомобиль мегаполиса. Это справедливо, поскольку он сделан из легких композитных материалов, а это сильно уменьшает вес электрокара. Соответственно, чем меньше вес электромобиля, тем ниже количество потребляемой электроэнергии. BMW i3 производится в сборочном цехе в Лейпциге, созданном специально для i-каров. Компания BMW собирается выпускать 40 000 электромобилей каждый год, используя углеволокна в своем производстве.

Галетная батарея является фундаментом BMW i3, такой батареей также пользуется электромобиль Rolls-Royce 102ЕХ.

Электромобиль BMW ACTIVEE. Технические характеристики

2.1.3 Электромобили Volkswagen

Volkswagen выпустил новый фургон e-Crafter с электроприводом. Электромобиль способен проехать более 200 км на одной зарядке. Volkswagen e-Crafter имеет выходную мощность 134 л. с. и крутящий момент 290 Н-м. Предельная скорость электрического фургона составляет 80 км/ч, что достаточно для перевозки грузов весом 1700 кг на общественных (городских) дорогах. Однако с такой скоростью проблематично придерживаться скорости дорожного потока на скоростных автомагистралях.

Электродвигатели, питающиеся от литий-ионных батарей емкостью 43 кВт/ч, установлены под «полом» грузового отсека. Запас хода напрямую зависит от веса перевозимого груза. В среднем фургон может проехать около 208 км на одной зарядке. Volkswagen e-Crafter нужно будет заряжать на 40-киловаттных зарядных станциях DC Fast Charger, где всего за 45 мин. заряд аккумулятора поднимается до 80 %. По сравнению с другим электрическим фургоном Nissan e-NV200, дальность пробега у Volkswagen e-Crafter на 38 км выше. Но у первого есть заметное преимущество в максимальной допустимой скорости - 120 км/ч.

Внимание, важно!

У модели Volkswagen e-Crafter большой потенциал в плане запаса хода на одной зарядке, поскольку его разрабатывали с возможностью дальнейшего интегрирования новых усовершенствованных батарей. Таким образом, дальность пробега в будущем может в разы увеличиться по мере разработки технологических новшеств в аккумуляторах.

Что касается грузоподъемности, Volkswagen e-Crafter может вместить в себя столько же груза, сколько и его предшественники в лице дизельных или бензиновых моделей, выпущенных ранее. Аэродинамические показатели электрического фургона также не могут не восхищать, коэффициент лобового сопротивления составляет 0,33, как и у привычных для нас фургонов с ДВС. Электрический Volkswagen e-Crafter несложно отличить от обычных машин по дневным ходовым огням, синим вставкам на вентиляционной решетке, а также специальной окраске кузова, также синего цвета. Что касается салона, там не наблюдаются особых изменений, за исключением замены счетчика оборотов двигателя на измеритель мощности.

...