Наши любимые дети

Отвлекаясь от основной тематики журнала, че-т захотелось вернуться к теме электромобилей.

Будущее, которое начинается сегодня. В 2011–2012 годах в США появится в продаже семейный электромобиль "TESLA MODEL S", способный преодолевать на одном заряде батарей до 500 км. при этом полная зарядка аккумуляторов будет длиться всего 45 минут. По динамике разгона этот седан даже в стандартной версии способен обойти многие автомобили: он набирает скорость в 100 км/ч всего за 6 с.

Интересную статью по теме прочитал недавно в украинском выпуске журнала CHIP'01.2011.

"Движимые электричеством"

Электромобили — это часть нашего будущего, но потребуется еще немало времени на исследования и разработки, прежде чем они станут полноценной альтернативой своим традиционным аналогам.

В будущем электромобили вытеснят традиционные бензиновые и дизельные машины. Уже сейчас современные модели электрокаров превосходят своих предшественников по многим параметрам. Однако массовый переход на них потребует существенного увеличения выработки электроэнергии, а также создания соответствующей инфраструктуры — как минимум достаточного количества зарядных станций. При этом одним из главных условий успеха электрокаров является экономическая обоснованность их покупки: такие автомобили не должны стоить дороже традиционных.

Н а улицах крупнейших европейских городов электромобили и машины с гибридной силовой установкой уже не редкость: не источая вредных выбросов, они бесшумно пробираются среди своих устаревающих предшественников. Автогиганты, их поставщики, энергетические компании и городские власти уже проводят исследования по внедрению электромобилей в повседневную жизнь. Собираемая ими информация крайне востребованна — хотя бы потому, что уже к концу следующего десятилетия по дорогам Европы будут разъезжать миллионы электрокаров.

Электричество вместо ископаемых

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) был основой автомобильной индустрии на протяжении более ста лет. И все же ограниченность запасов нефти и изменение климата планеты требуют новых решений. В будущем машины предполагается приводить в движение исключительно за счет электричества. В пользу электромобилей говорит множество факторов: у них выше КПД по сравнению с моделями на ДВС, они бесшумны и, что еще важнее, наносят меньший вред окружающей среде, особенно если электричество получается из возобновляемых
источников. Кроме того, электромобили могут служить аккумуляторами в сети. Например, в слишком ветреную ночь ветрогенераторы вырабатывают избыточное количество энергии, и она может быть направлена в аккумуляторы электромобилей. Днем, во время пиков потребления, ее можно забирать обратно в сеть.

Сотрудничая с поставщиками, изготовителями батарей и энергетическими компаниями, автопроизводители готовятся к таким кардинальным изменениям в индустрии. Это непростая задача, учитывая тот факт, что преобразованиям должны подвергнуться все компоненты системы по производству и обслуживанию машин. Двигатели внутреннего сгорания и механические коробки передач уйдут в прошлое, зато возникнет потребность в высокоэффективных батареях. Энергетические компании будут вынуждены пересмотреть свои долгосрочные стратегии и адаптировать расценки на электроэнергию к меняющейся структуре спроса. Более того, все эти миллионы машин будут нуждаться в регулярной подзарядке — на смену АЗС придут соответствующие станции.

Все крупнейшие автокомпании испытывают огромное давление рынка, требующего выпуска электромобилей. Мировые лидеры автопрома рассчитывают представить соответствующие модели в течение ближайших двух-трех лет. Многие отрасли экономики, а вместе с ними и целые страны, заняты подготовкой базы для по-настоящему массового перехода на электромобили. Всего несколько месяцев назад президент США Барак Обама объявил о пакете мер, направленном на стимулирование разработки гибридных и электромобилей, общим бюджетом в несколько миллиардов долларов. Павительство США планирует вложить в эту область $2,4 млрд, столько же должны составить частные инвестиции компаний, занятых в данной отрасли. Япония направляет $200 млн на разработку новых типов батарей для электромобилей. Три ведущих концерна страны — Nissan Motors, Mitsubishi Motors и Fuji Heavy Industries — при участии энергетической компании Tokyo Electric Power намерены совместно работать над соответствующей инфраструктурой для Японии.

Китай также стремится увеличить долю автомобилей на электрической тяге — в течение последующих двух лет правительство выделит порядка $2 млрд на расширение этой программы. К слову, для Китая данная технология не в новинку: электродвигателями уже долгое время оснащаются китайские скутеры серийного производства.

Переход на электротягу

В Европе правительства крупнейших стран также ставят перед собой амбициозные задачи: например, Германия, мировой лидер в производстве автомобилей, собирается наладить у себя крупнейший рынок сбыта электрокаров. Немецкий кабинет министров уже принял «Национальный план развития электромобилей», описывающий усилия правительства по продвижению соответствующих исследований, а также подготовке рынка к появлению машин, работающих от батарей. На стимулирование исследований в этой области направлено €500 млн. «Германия должна ускорить продвижение вперед в этой области, используя системный, целостный подход и проявляя внимание ко всем аспектам задачи. Это нужно, чтобы сохранить макроэкономическую конкурентоспособность, особенно в автомобильной промышленности и секторе генерации и хранения энергии, а также чтобы играть определяющую роль в ходе международных исследований», — уверен профессор Ульрих Буллер, старший вице-президент Фраунгоферовского института Германии. Не так давно там был запущен проект «Системные исследования по электрической тяге», который должен помочь немецкому автопрому сохранить лидирующие позиции на мировом рынке.

Новые виды машин

И все же, прежде чем мы начнем ездить на электрокарах, предстоит решить еще целый ряд задач. Как именно приводить в движение автомобиль? Как обеспечить безопасность, прочность и высокую эффективность батарей? Как лучше генерировать, транспортировать, распределять и хранить электроэнергию? Где строить зарядные станции? Как будет работать интерфейс для подключения автомобиля к сети? Как тарифицировать электричество? Ведущие ученые уже сейчас трудятся над поиском ответов на эти и другие вопросы.

Можно выделить четыре основных направления мировых исследований: разработка технической базы; производство, распределение и преобразование энергии; ее хранение; интеграция технических систем, включая социальные аспекты. Новые автомобили должны создаваться в расчете на повседневное использование. Поэтому инженеры работают не только над основным двигателем — они также хотят создать отдельные электродвигатели для каждого колеса машины. Еще один вызов — необходимость применения легких, надежных в эксплуатации и устойчивых к авариям батарей. Исследователи разрабатывают для этой цели новые материалы — в частности, усиленные металлом или волокнами типы пластика. Эксперты проверяют соединение компонентов и интерфейсов в специализированных тестовых центрах. Новейшие разработки могут быть опробованы на практике с учетом различных дополнительных аспектов — акустического, прочностного, а также работы электроники и пассивной безопасности.

Ездят на солнце и ветре

Автомобили, полностью или частично приводимые в движение электричеством, — это экологически чистая альтернатива бензиновым и дизельным механизмам. Но для того, чтобы на практике содействовать решению острых проблем, таких как изменение климата и истощение ресурсов, их питание должно обеспечиваться возобновляемыми источниками.

Мировой рост популярности солнечной и ветряной энергии приводит к серьезному дисбалансу, в связи с которым возникает необходимость использовать автомобили как временные хранилища ее запасов. Когда солнце светит с максимальной силой, батареи электромобилей примут избыток на себя. В условиях недостатка энергии (если, конечно, электрокар в это время не используется) операторы могли бы забирать ее обратно. Таким образом можно было бы выравнивать суточные пики нагрузки на электросети. Потенциальный эффект весьма значителен: если бы всего 10% автопарка небольшой страны составляли электромобили и машины с гибридными силовыми установками с возможностью подключения к сети и хранения 1 кВт∙ч энергии, то суммарная запасная емкость составила бы 4,6 ГВт∙ч.

Также очень важным является наличие общих стандартов для обеспечения связи между автомобилями и электросетями. Автопроизводители и энергокомпании уже сошлись на единой «розетке» для питания экологичных машин: пятиконтактная вилка позволит заряжать автомобили намного быстрее, чем обычная бытовая. Впрочем, вопрос стандартизации касается не только этого — специалисты рассматривают связку «автомобиль-электросеть» в целом. Чтобы удержать в управляемых пределах силу тока, характерную для систем мощностью в сотни киловатт и выше, незаменимой будет дополнительная система электроснабжения повышенного напряжения. Ведь при разработке электромобилей впервые будет в массовом порядке применяться электроника высокого напряжения.

Самое главное — аккумулятор

Несмотря на многочисленные преимущества, электромобилям пока не удалось завоевать сколько-нибудь существенную долю рынка. Главная причина — нехватка производительных, безопасных и доступных систем хранения энергии. На сегодняшний день средняя дистанция, которую электромобиль может проехать без подзарядки, составляет около 150 км. Однако и это обходится недешево: такая батарея стоит порядка €15 000. И при этом у таких аккумуляторов есть серьезная уязвимость: органические электролиты — их основной компонент — являются горючими. Стоит таким батареям перегреться — и пожар неизбежен.

Есть и другое требование: производители должны быть способны выпускать аккумуляторы по приемлемой цене, чтобы обеспечить конкурентоспособность на рынке. «Мы разрабатываем новые материалы для литий-ионных батарей. Это должно сделать их более безопасными», — поясняет доктор Йенс Тюбке из института химических технологий ICT. Эксперт в области электрохимических процессов, доктор Тюбке координирует работы в области систем хранения энергии. Многие основополагающие компоненты уже были определены за последние несколько лет: исследователи создали новые
аноды, катоды, электролиты и делители, а также изобрели системы управления и безопасности. «Теперь мы сопрягаем все эти компоненты в единое целое», — говорит Тюбке.

Но основные вопросы все еще требуют решения. Делать ли батарею единым блоком или конструктивно разделять ее на множество элементов? Стоит ли перезаряжать аккумуляторы или лучше их заменять? Все более важными становятся и системы управления, надежно и безопасно отслеживающие состояние батарей. И ученые работают далеко не только над этими проектами.

Впрочем, полный переход на электромобили может быть осуществлен лишь в случае поддержки потребителями. Пока водители относятся к новой технологии с некоторой опаской и не готовы чрезмерно переплачивать за нее.

www.chip.ua  CHIP | ЯнварЬ 2011

Интересный подход - Renault Fluence ZE Quickdrop - замена, а не заряд, аккумуляторной батареи всего за три минуты!

Читайте также

Последние новости