Ера електромобіля

Незабаром з’явиться швидке та економічне авто на електроприводі.

2011-й можна упевнено назвати роком електричного приводу. Із запуском різними виробниками в масове виробництво відразу декількох моделей електромобіль перетворився із цікавої іграшки на новий реальний напрям автомобілебудування.

Для наших співвітчизників електрифікація автомобільного рухомого складу — справа майбутнього, хоча й не такого далекого, як це здається на перший погляд. На офіційному сайті компанії Renault (розділ «Україна») установлений лічильник, який із коментарями українською мовою відраховує у зворотному порядку дні, години, хвилини й секунди. Сьогодні він показує трохи більше 400 днів. Французи пояснюють: це час, що залишився до початку продажів серії із чотирьох моделей електрокарів Z.E. Можна припустити, що рекламісти Renault не дражнили б гусей і не створювали б сайт-презентацію, якби не збиралися зараховувати у світовий старт продажів і нашу країну. Поки ж пересічному вітчизняному автолюбителеві залишається облизуватися, читаючи характеристики електромобілів і нових моделей гібридів, представлених світовим автопромом.

Сьогодення

Серійно вироблений із початку року гібрид Chevrolet Volt витрачає 1,23 літра бензину на сотню кілометрів (у гібридному режимі). Правда, журналістський тест-драйв показав: реальні витрати все-таки вище — 1,82 літра. Але, погодьтесь, це фантастичні показники для повнорозмірного п’ятимісного автомобіля, потужність двигуна якого становить 150 к.с., крутний момент — 370 Н·м, а максимальная швидкість — 160 км/год. Дальність електричного ходу — 64 км на цілком зарядженій батареї, після чого в електромережу автомобіля вмикається електрогенератор на основі бензинового мотора.

У США вартість Chevrolet Volt — $41000 без урахування держсубсидії. За купівлю екологічного авто влада готова компенсувати $7500, тобто чиста ціна новинки — $33500.

Серійний спорткар Fisker Karma, підготовлений до продажу в першому кварталі цього року, за дбайливого ставлення до енергоресурсів здатний покрити 100 км на двох літрах палива. Однак це вже не сімейний автомобіль: задній привід, 403 к.с., 1300 Н м тяги й 200 км/год. Karma зможе проїхати близько 80 км виключно на електричному приводі. Якщо цього не вистачить — починає працювати 260-сильний турбійований бензиновий мотор, призначений для підзарядки батарей у русі. Вартість люксового гібрида — 78780 євро. А в 2015 році Fisker Automotive обіцяє розпочати серійне виробництво моделі Nina вартістю близько $45 тис., розрахованої на масового споживача.

Із гібридів також заслуговує на особливу увагу Jaguar C-X75, у якому вперше у світі для підзарядки батарей і забезпечення енергією тягових електродвигунів застосовується не звичайний поршневий ДВЗ, а газотурбінний двигун. Попередня вартість новинки — $300 тисяч.

Не менш цікавий і російський проект «Е-Мобіль». Із 2012 року гібрид обіцяють продавати за ціною не більше $10 тисяч. Як силова установка використовуватиметься 30-кіловатний електродвигун, заживлений від батареї потужністю 20 кВт. Доповнює систему енергоживлення генератор, який приводиться в рух роторно-поршневим двигуном потужністю 45 кВт. Витрата палива в змішаному циклі — 3,5 л/100 км.

Однак головною подією все-таки є вихід на ринок Nissan LEAF, цілком електричного авто, яке перемогло в конкурсі «Автомобіль року» у Європі. Електродвигун змінного струму розвиває потужність 80 кВт (109 к.с.) і крутний момент 280 Н м, що забезпечує автомобілю максимальну швидкість 145 км/год. (примусове обмеження). Силовий агрегат одержує енергію від розробленої фахівцями компанії Nissan літій-іонної батареї потужністю понад 90 кВт. Запас ходу електромобіля до підзарядки акумуляторної батареї — 175 км. У США електромобіль продається за ціною $ 32780, у Європі його вартість (без субсидій і знижок) становитиме близько 35000 євро. Відмінність нового електрокара від його попередника Mitsubishi i-MiEV у тому, що LEAF — повноцінний сімейний автомобіль середнього класу, чого не скажеш про крихітку i-MiEV. Крім того, «Нісан» вигідно відрізняється за вартістю: він, незважаючи на набагато солідніші розміри, дешевше приблизно на $4 тис.

Крім Nissan, японська Toyota планує почати з 2012 року продаж кросовера RAV4 з електродвигуном, Fiat — електромобіль Fiat 500, а Honda — Fit.

Батареи перспектив

Якщо для класичного автомобілебудування головним каменем спотикання досі є недосконалість самого ДВЗ, то під час виробництва електромобілів таких проблем немає. Навіть сконструйовані вже сьогодні двигуни показують чудові характеристики.

Канадська лабораторія TM4 розробила нове покоління електродвигунів на постійних магнітах спеціально для використання в електромобілях. Оригінальність конструкції в тому, що ротор перебуває не всередині статора, а зовні. Така архітектура дозволяє зняти максимально можливий крутний момент із кожного кілограма маси мотора.

Максимальна потужність електродвигуна TM4 — 163 к.с., а крутний момент — 170 Н м. Вага агрегата — 26 кг, питома потужність — 5,44 к.с./кг! Коефіцієнт корисної дії також надзвичайно високий — 96% на оптимальних оборотах. Ці двигуни стануть основою електричної силової установки для електромобіля Тата IndicaVista.

Ще більше вражають оприлюднені компанією Oxford YASA результати тестування моторчика масою всього 23 кг, проведеного на сертифікованому стенді-динамометрі. Вони вражають — 700 Н м тяги, або більше 30 Н м на кілограм маси! Більш того, за словами президента компанії Ніка Фарранта, у процесі розробки перебуває мотор нового покоління з питомою тягою 40 Н м на кілограм.

Загалом, із двигунами в будівельників електромобілів усе гаразд. Головна ж проблема авто з електричним приводом на сьогодні — дальність автономного ходу. Цей показник безпосередньо залежить від батареї, усе ще занадто малопотужної й дорогої. Але й тут наукові дослідження дають привід до оптимізму.

— Цинк-повітряні акумулятори Купера, розроблювальні компанією ZAI, крім дешевини мають ще одну немаловажливу перевагу: швидкість поновлення заряду — близько 10 хвилин. Річ у тім, що цей пристрій більш правильно було б назвати реактором, у якому заздалегідь підготовлені цинкові пелети взаємодіють із атмосферним повітрям, генеруючи електрику. Процес окислювання відбувається за участі алкалінового електроліту. Після вироблення ресурсу пелетів та електроліту їх просто заміняють. Причому цей процес легко вдалося механізувати, і його можна автоматично проводити під час руху електромобіля. Відпрацьовані цинкові пластини й електроліт підлягають повній регенерації за досить незначної вартості цього процесу. Немаловажливою складовою перспективності цієї технології є той факт, що доступного цинку, на відміну від дефіцитного літію, на Землі цілком достатньо. Фахівці ZAI уже розпочали дорожні випробування своєї батареї.

Крупноформатні батареї із твердим електролітом спеціально для електромобілів нового покоління розробила компанія Planar Energy. За її даними, підтвердженими Центром із вивчення передових матеріалів AMPAC при Університеті Флориди, ця батарея на 75% дешевше й має ємність утричі більшу, ніж літій-іонні аналоги. Комерціалізація розробки намічена на найближчий час.

Утім, не здається поки й літієва технологія. Компанія Nissan завершила розробку нового типу літій-іонної батареї для електромобілів. Вона забезпечить запас ходу до 300 км на одній зарядці. Секрет новинки в новому катоді, який складається із суміші оксидів нікелю, марганцю та кобальту (NMC). За колишніх розмірів і вартості нова батарея має вдвічі більшу ємність. До того ж акумулятор витримує понад 1000 циклів зарядження-розрядження. Випуск почнеться в 2015 році.

Не відмовляється від літію як основи акумуляторів і Національна лабораторія «Аргонн» (США), яка розробляє новий напрям — літій-повітряні батареї. В інноваційній технології використовується каталітичний повітряний катод, на якому відбувається окислювання літію, електроліт і літієвий анод. Теоретична ємність таких елементів у 10 разів вище, ніж у літій-іонних. На практичні ж результати доведеться почекати кілька років: ученим треба подолати безліч технологічних труднощів, пов’язаних із цією розробкою. Однак «Аргонн» — солідна організація, яка має багатий науковий досвід. Тому подолання 1000-кілометрового рубежу автономного ходу для електромобіля — справа не такого вже й далекого майбутнього, уважають фахівці лабораторії.

Але й це вже не межа. Якщо дослідження лондонського Imperial College, проведені разом із Volvo Car Corporation, будуть успішні, то ніякі окремі акумулятори електромобіля взагалі не знадобляться. Англійські вчені разом із фахівцями Volvo займаються створенням унікального карбонового композита, здатного накопичувати й віддавати електричну енергію. Цей матеріал, як і будь-який композит на основі карбонового волокна та полімерних смол, матиме високу міцність і легкість, що дозволить використовувати його одночасно для виготовлення елементів кузова і як акумулятор для накопичення енергії.

Утім, корпус-батарея з нового композиту може застосовуватись і в більшості електронних гаджетів. Оптимізм із приводу цього задуму вселяє той факт, що проект вартістю $5 млн фінансується Євросоюзом і повинен завершитися вже через два роки.

Поки одні винахідники борються за здешевлення й збільшення ємності батареї, інші  конструюють дистанційні зарядні пристрої. Такі модулі, установлені на стоянках і паркінгах, допоможуть заповнити запас електроенергії далеко від дому й стаціонарних заправних станцій. Зараз у цій галузі лідирує технологія, яка ґрунтується на принципі електромагнітного резонансу, який запропонував професор Массачусетського технологічного інституту Маріан Солячич. Його зарядний пристрій  передає енергію на відстань від сантиметрів до декількох метрів. Однак що ближче перебуває передавальний контур до приймача, то менше втрати. Так, за відстані 20 см ККД системи — 95%, а якщо його зменшити до 10 см, то й втрати становитимуть лише 3%. Цим найдосконалішим на сьогодні дистанційним зарядним пристроєм зацікавилася корпорація Delphi Automotive. Компанія планує найближчим часом комерціалізувати винахід у вигляді глобальної інфраструктури.