Эра электромобиля
Быстрое и экономичное авто на электроприводе уже под парами.
Наступивший 2011-й можно с уверенностью назвать годом электрического привода. С запуском различными производителями в массовое производство сразу нескольких моделей электромобиль превратился из забавной игрушки в новое реальное направление автомобилестроения.
Для наших соотечественников электрификация автомобильного подвижного состава – удел будущего, хотя и не столь далекого, как это кажется на первый взгляд. На официальном сайте компании Renault (раздел «Украина») установлен счетчик, который с комментариями на украинском языке отсчитывает в обратном порядке дни, часы, минуты и секунды. Сегодня он показывает чуть больше 400 дней. Французы поясняют: это время, оставшееся до начала продаж серии из четырех моделей электрокаров Z.E. Можно предположить, что рекламисты Renault не стали бы дразнить гусей и создавать сайт-презентацию, если бы не собирались включать в мировой старт продаж и нашу страну. Пока же рядовому отечественному автолюбителю остается облизываться, читая характеристики электромобилей и новых моделей гибридов, представленных мировым автопромом.
День сегодняшний
Серийно производимый с начала года гибрид Chevrolet Volt расходует 1,23 литра бензина на сотню километров (в гибридном режиме). Правда, журналистский тест-драйв показал: реальный расход все же выше — 1,82 литра. Но, согласитесь, это фантастические показатели для полноразмерного пятиместного автомобиля, мощность двигателя которого составляет 150 л.с., крутящий момент – 370 Н·м, а максимальная скорость – 160 км/ч. Дальность электрического хода – 64 км на полностью заряженной батарее, после чего в электросеть автомобиля включается электрогенератор на основе бензинового мотора.
В США стоимость Chevrolet Volt — $41000 без учета госсубсидии. За покупку экологичного авто власти готовы компенсировать $7500, то есть чистая цена новинки – $33500.
Серийный спорткар Fisker Karma, подготовленный к продаже в первом квартале этого года, при бережном отношении к энергоресурсам способен покрыть 100 км на двух литрах топлива. Однако это уже не семейный автомобиль: задний привод, 403 л.с., 1300 Н·м тяги и 200 км/ч. Karma сможет проехать около 80 км исключительно на электрическом приводе. Если этого не хватит – в работу вступает 260-сильный турбированный бензиновый мотор, предназначенный для подзарядки батарей в движении. Стоимость люксового гибрида – 78780 евро. А в 2015 году Fisker Automotive обещает начать серийное производство модели Nina стоимостью около $45 тыс., рассчитанной на массового потребителя.
Из гибридов также заслуживает особого внимания Jaguar C-X75, в котором впервые в мире для подзарядки батарей и обеспечения энергией тяговых электродвигателей применяется не обычный поршневой ДВС, а газотурбинный двигатель. Предположительная стоимость новинки – $300 тыс.
Не менее интересен и российский проект «Ё-мобиль». С 2012 года гибрид обещают продавать по цене не более $10 тыс. В качестве силовой установки будет использоваться 30-киловаттный электродвигатель, запитанный от батареи мощностью 20 кВт. Дополняет систему энергопитания генератор, приводимый в движение роторно-поршневым двигателем мощностью 45 кВт. Расход топлива в смешанном цикле – 3,5 л/100 км.
Однако главным событием все же является выход на рынок Nissan LEAF, полностью электрического авто, победившего в конкурсе «Автомобиль года» в Европе. Электродвигатель переменного тока развивает мощность 80 кВт (109 л.с.) и крутящий момент 280 Н·м, что обеспечивает автомобилю максимальную скорость 145 км/ч (принудительное ограничение). Силовой агрегат получает энергию от разработанной специалистами компании Nissan литий-ионной батареи мощностью более 90 кВт. Запас хода электромобиля до подзарядки аккумуляторной батареи — 175 км. В США электромобиль продается по цене $32780, в Европе его стоимость (без субсидий и скидок) будет составлять около 35000 евро. Отличие нового электрокара от его предшественника Mitsubishi i-MiEV в том, что LEAF – полноценный семейный автомобиль среднего класса, чего не скажешь о малютке i-MiEV. Кроме того, «Ниссан» выгодно отличается и в плане стоимости: он, несмотря на гораздо более солидные размеры, дешевле примерно на $4 тыс.
Кроме Nissan, японская Toyota планирует начать с 2012 года продажи кроссовера RAV4 с электродвигателем, Fiat – электромобиль Fiat 500, а Honda – Fit.
Батареи перспектив
Если для классического автомобилестроения главным камнем преткновения до сих пор является несовершенство самого ДВС, то при производстве электромобилей таких проблем нет. Даже сконструированные уже сегодня двигатели показывают замечательные характеристики.
Канадская лаборатория TM4 разработала новое поколение электродвигателей на постоянных магнитах специально для использования в электромобилях. Оригинальность конструкции в том, что ротор находится не внутри статора, а снаружи. Такая архитектура позволяет снять максимально возможный крутящий момент с каждого килограмма массы мотора.
Максимальная мощность электродвигателя TM4 — 163 л.с., а крутящий момент – 170 Н·м. Вес агрегата – 26 кг, удельная мощность – 5,44 л.с./кг! Коэффициент полезного действия также поразительно высок – 96% на оптимальных оборотах. Эти двигатели послужат основой электрической силовой установки для электромобиля Тата IndicaVista.
Еще больше поражают обнародованные компанией Oxford YASA результаты тестирования моторчика массой всего 23 кг, проведенного на сертифицированном стенде-динамометре. Они поражают: 700 Н·м тяги, или более 30 Н·м на килограмм массы! Более того, по словам президента компании Ника Фарранта, в процессе разработки находится мотор нового поколения с удельной тягой 40 Н·м на килограмм.
В общем, с двигателями у строителей электромобилей все в порядке. Главная же проблема авто с электрическим приводом на сегодня — дальность автономного хода. Этот показатель напрямую зависит от батареи, все еще слишком маломощной и дорогой. Но и здесь научные изыскания внушают немалый оптимизм.
Цинк-воздушные аккумуляторы Купера, разрабатываемые компанией ZAI, кроме дешевизны имеют еще одно немаловажное преимущество: скорость возобновления заряда — около 10 минут. Дело в том, что это устройство правильнее было бы назвать реактором, в котором заранее подготовленные цинковые пеллеты взаимодействуют с атмосферным воздухом, генерируя электричество. Процесс окисления происходит при участии алкалинового электролита. После выработки ресурса пеллет и электролита их попросту заменяют. Причем данный процесс легко удалось механизировать, и его можно автоматически проводить во время движения электромобиля. Отработанные цинковые пластины и электролит подлежат полной регенерации при весьма незначительной стоимости этого процесса. Немаловажной составляющей перспективности данной технологии является тот факт, что доступного цинка, в отличие от дефицитного лития, на Земле более чем достаточно. Специалисты ZAI уже приступили к дорожным испытаниям своей батареи.
Крупноформатные батареи с твердым электролитом специально для электромобилей нового поколения разработала компания Planar Energy. По ее данным, подтвержденным Центром по изучению передовых материалов AMPAC при Университете Флориды, данная батарея на 75% дешевле и обладает емкостью втрое большей, чем литий-ионные аналоги. Коммерциализация разработки намечена на ближайшее время.
Впрочем, не сдается пока и литиевая технология. Компания Nissan завершила разработку нового типа литий-ионной батареи для электромобилей. Она обеспечит запас хода до 300 км на одной зарядке. Секрет новинки в новом катоде, состоящем из смеси оксидов никеля, марганца и кобальта (NMC). При прежних размерах и стоимости новая батарея обладает вдвое большей емкостью. К тому же аккумулятор выдерживает более 1000 циклов заряда-разряда. Выпуск начнется в 2015 году.
Не отказывается от лития в качестве основы аккумуляторов и национальная лаборатория «Аргонн» (США), разрабатывающая новое направление – литий-воздушные батареи. В инновационной технологии используется каталитический воздушный катод, на котором происходит окисление лития, электролит и литиевый анод. Теоретическая емкость таких элементов в 10 раз выше, чем у литий-ионных. Практические же результаты придется подождать несколько лет: ученым предстоит преодолеть множество технологических трудностей, связанных с данной разработкой. Однако «Аргонн» – солидная организация, имеющая богатый научный опыт. Поэтому преодоление 1000-километрового рубежа автономного хода для электромобиля – дело не такого уж и далекого будущего, считают специалисты лаборатории.
Но и это уже не предел. Если исследования лондонского Imperial College, проводимые совместно с Volvo Car Corporation, увенчаются успехом, то никакие отдельные аккумуляторы электромобилю вообще не понадобятся. Английские ученые вместе со специалистами Volvo занимаются созданием уникального карбонового композита, способного накапливать и отдавать электрическую энергию. Данный материал, как и любой композит на основе карбонового волокна и полимерных смол, будет обладать высокой прочностью и легкостью, что позволит использовать его одновременно для изготовления элементов кузова и как аккумулятор для накопления энергии.
Впрочем, корпус-батарея из нового композита будет весьма кстати и большинству электронных гаджетов. Оптимизм по поводу данной затеи вселяет тот факт, что проект стоимостью $5 млн финансируется Евросоюзом и должен завершиться уже через два года.
Пока одни изобретатели сражаются за удешевление и увеличение емкости батареи, другие конструируют дистанционные зарядные устройства. Такие модули, установленные на стоянках и паркингах, помогут восполнить запас электроэнергии вдали от дома и стационарных заправочных станций. Сейчас в этой области лидирует технология, основанная на принципе электромагнитного резонанса, которую предложил профессор Массачусетсского технологического института Мариан Солячич. Его зарядное устройство способно передавать энергию на расстояние от сантиметров до нескольких метров. Однако чем ближе находится передающий контур к приемнику, тем потери меньше. Так, при расстоянии 20 см КПД системы — 95%, а если его уменьшить до 10 см, то и потери составят всего лишь 3%. Этим самым совершенным на сегодняшний день дистанционным зарядным устройством заинтересовалась корпорация Delphi Automotive. Компания планирует в ближайшее время коммерциализировать изобретение в виде глобальной инфраструктуры.
