Электромобили

Электромобиль — автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от независимого источника электроэнергии (аккумуляторов, топливных элементов, конденсаторов и т. п.), а не двигателем внутреннего сгорания. Электромобиль следует отличать от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и электрической передачей, а также от троллейбусов и трамваев.

В 2020 году доля автомобилей с электрическим двигателем составила 0,7 % от общего количества автомобилей в мире.

Электромобиль появился раньше, чем двигатель внутреннего сгорания. Ещё в 1828 году венгерский изобретатель Аньош Йедлик смастерил передвигающуюся на электрической энергии тележку, больше напоминающую скейтборд, нежели автомобиль. Впрочем, изобретение Джедлика послужило мощным толчком в развитии данного направления инженерии. Первый электромобиль в виде тележки с электромотором был создан в 1841 году.

На Международной электрической выставке 1881 года в ноябре в Париже электромобиль был представлен публике Густавов Труве.

В 1899 году в Санкт-Петербурге русский дворянин и инженер-изобретатель Ипполит Романов создал первый русский электрический омнибус на 17 пассажиров. Его общая компоновка была заимствована у английских кэбов, где извозчик располагался на высоких ко́злах позади пассажиров. Экипаж был двухместным и четырёхколёсным, передние колёса по диаметру были больше задних. На первом электромобиле использовался свинцовый аккумулятор системы Бари, имевший 36 банок (вольтовых столбов). Он требовал подзарядки каждые 60 вёрст (64 км) Суммарная мощность автомобиля составляла 4 лошадиные силы. Разработка экипажа была заимствована у моделей американской фирмы «Моррис-Салом», которая выпускала автомобили с 1898 года. Электромобиль изменял скорость движения в девяти градациях от 1,6 до 37,4 км/ч. Романов также разработал схему городских маршрутов для этих прародителей современных троллейбусов и получил разрешение на работу. Однако найти нужные инвестиции не смог, поэтому дело не получило развитие.

Специальный рекордный электромобиль с пулевидным кузовом La Jamais Contente 29 апреля либо 1 мая 1899 года, управляемый гонщиком Камилем Женацци, первым преодолел 100-километровый (62 мили/ч) барьер скорости на суше. Официальный рекорд скорости составил 105,882 км/ч. Позже известный американский конструктор электромобилей Уолтер Бейкер достиг скорости в 130 км/ч. Рекорд по дальности пробега на одной зарядке поставил электромобиль фирмы «Борланд Электрик», проехавший 103,8 мили (167 км) от Чикаго до Милуоки. На следующий день (после перезарядки) электромобиль вернулся в Чикаго своим ходом. Средняя скорость составила 55 км/ч.

Изначально запас хода и скорость у электрических и бензиновых экипажей были примерно одинаковыми. Главным минусом электромобилей была сложная система подзарядки. Поскольку тогда ещё не существовало усовершенствованных преобразователей переменного тока в постоянный, зарядка осуществлялась крайне сложным способом. Для подзарядки использовался электромотор, работавший от переменного тока. Он вращал вал генератора, к которому были подсоединены батареи электромобиля. В 1906 году был изобретён сравнительно простой в эксплуатации выпрямитель тока, но это существенно проблему подзарядки не решило.

C 1900 по 1910 год широкое распространение получили электромобили и автомобили с паровой машиной. В то время из всего количества автомобилей США 38 % имели электрические двигатели, 40 % — паровые, 22 % — бензиновые. Значительное распространение в начале века получили и грузовые электромобили, а также электрические омнибусы (электробусы).

В последние годы в связи с непрерывным ростом цен на нефть электромобили вновь стали набирать популярность.

Сравнение с автомобилями, оснащёнными ДВС

Преимущества

Тяговые электродвигатели (ТЭД) имеют КПД до 90—95 %, по сравнению с 22—42 % у ДВС.
Электромобиль не нуждается в дорогой, громоздкой и не всегда надёжной коробке переключения скоростей.
Электромобиль не расходует моторные масла.
Электромобиль может использовать рекуперативное торможение для подзарядки своего электрического аккумулятора.
Для подзарядки аккумулятора электромобиль может использовать и свои амортизаторы, вырабатывающие электроэнергию.
Уменьшение лобового сопротивления автомобиля по причине отсутствия радиатора и других систем охлаждения у некоторых моделей. Однако мощные электромобили всё-таки имеют жидкостную систему охлаждения и, соответственно, радиатор.
Простота техобслуживания, большой межсервисный пробег, относительная дешевизна плановых ТО и ТР.
По данным исследований Европейской федерации транспорта и окружающей среды (T&E) на апрель 2020 года, уровень выбросов углекислого газа при эксплуатации электромобилей, вместе с уровнем выбросов вредных веществ при производстве аккумуляторных батарей, в случае с электромобилями на 22 % меньше, чем для дизельных авто и на 28 % меньше, чем для машин использующих бензин.

Недостатки

Как правило, электромобили имеют меньший запас хода, чем пробег у современных автомобилей аналогичного класса с двигателями внутреннего сгорания на одном баке топлива (по состоянию на 2020 год).
Во время сильных морозов электромобили больше теряют в запасе хода, чем автомобили с ДВС, и их сложнее привести в движение в случае разрядки батареи.
АКБ постепенно деградируют в процессе эксплуатации, из-за чего, в частности, снижается их ёмкость. За несколько лет электромобиль может потерять несколько десятков километров запаса хода. Эта проблема усугубляется в странах с жарким климатом и для электрокаров, часто пользующихся станциями быстрой подзарядки. Автомобиль с двигателем внутреннего сгорания проблем с потерей запаса хода в процессе эксплуатации не имеет.
Значительно меньшее покрытие станциями подзарядки для электромобилей, по сравнению с АЗС для автомобилей, оснащённых двигателями внутреннего сгорания, что в итоге сказывается на степени общей свободы перемещения на каждом из данных типов машин (по состоянию на 2020 год).
На подзарядку электромобиля в среднем тратится намного больше времени, чем на заправку топливом автомобиля с ДВС (по состоянию на 2020 год).
В среднем, электромобили стоят существенно дороже по сравнению с автомобилями аналогичного класса, оснащёнными ДВС (по состоянию на 2020 год).
В среднем, относительно высокая потеря стоимости электромобиля в процессе эксплуатации и при последующей перепродаже, по сравнению с автомобилем оснащённым ДВС (по состоянию на 2020 год).

При динамичной езде батареи электромобиля могут быстро перегреваться, после чего электроника существенно ограничивает величину выдаваемой мощности; в автомобилях с ДВС влияние перегрева на потерю мощности проявляется в гораздо меньшей степени.

В Норвегии намечено полностью перевести автомобильный транспорт на электромобили к 2025 г., в Англии, Дании, Нидерландах, Швеции, Ирландии — с 2030 г., Китай и Япония — с 2035 г., во Франции и Испании — с 2040 г.

Согласно исследованиям Ernst & Young в течение 2018 г. капиталовложения мировых автопроизводителей в производство электромобилей почти удвоились и достигли 8,4 млрд евро, а в производство автомобилей на обычном топливе сократились на 16 % (22,4 млрд евро).

Согласно исследованиям IDTechEx, индустрия электротранспорта достигла в 2005 году уровня продаж в 31,1 миллиардов долларов по всему миру (включая гибридный транспорт). К 2015 году рынок электротранспорта вырастет примерно в 7 раз и достигнет $227 млрд.

Некоторые автопроизводители не собираются производить гибридные автомобили, а сразу начать производство электромобилей. Они отстали в научных разработках, не могут самостоятельно создать гибридный автомобиль, или считают гибриды бесперспективными. Например, японская компания Mitsubishi Motors в 2009 году начала промышленное производство электромобилей на базе Colt. На нём будут установлены литий-ионные аккумуляторы. Существующие прототипы имеют дальность пробега 150 км.

Ведутся работы над созданием аккумуляторных батарей с малым временем зарядки (около 15 минут), в том числе и с применением наноматериалов. В начале 2005 года компания Altairnano объявила о создании инновационного материала для электродов аккумуляторов. В марте 2006 года Altairnano и Boshart Engineering заключили соглашение о совместном создании электромобиля. В мае 2006 года успешно завершились испытания автомобильных аккумуляторов с Li₄Ti₅O₁₂ электродами. Аккумуляторы имеют время зарядки 10—15 минут.

Рассматривается также возможность использования в качестве источников тока не аккумуляторов, а суперконденсаторов (ИКЭ-конденсаторов), имеющих очень малое время зарядки, высокую энергоэффективность (более 95 %) и намного больший ресурс циклов зарядки-разрядки (до нескольких сотен тысяч). Опытные образцы ионисторов на графене имеют удельную энергоёмкость 32 Вт·ч/кг, сравнимую с таковой для свинцово-кислотных аккумуляторов (30−40 Вт·ч/кг).

Разрабатываются электрические автобусы на воздушно-цинковых (Zinc-air) аккумуляторах.

Toyota работает над созданием нового поколения гибридных автомобилей Prius (полный гибрид, plug-in гибрид, PHEV). В новой версии водитель по желанию может включать режим электромобиля, и проехать на аккумуляторах примерно 15 км. Подобные же модели разрабатывает Ford — модель Mercury Mariner — пробег в режиме электромобиля 40 км, и Citroën — модель C-Metisse — пробег в режиме электромобиля 30 км и другие. Toyota изучает возможность установки устройств для зарядки аккумуляторов гибридов на бензозаправочных станциях.

General Motors в январе 2007 года представил концепт Chevrolet Volt, способный проезжать в режиме электромобиля 65 км.

Почта Японии, начиная с 2008 года, планирует приобрести 21000 электромобилей для доставки почтовых отправлений на короткое расстояние.

По прогнозам PriceWaterhouseCoopers к 2015 году мировое производство электромобилей вырастет до 500 тыс. штук в год.Основатель компании POD Point Эрик Фэирберн рассказал, что проект поддержали множество крупных инвесторов, таких как Barclays, что является огромным шагом вперёд в развитии индустрии электромобилей.

В России производители гибридов пока не видят больших перспектив развития рынка электромобилей. Аргументируют это отсутствием правительственной поддержки, большими географическими границами и акцентом на сырьевую экономику. Существенной проблемой также является резкое сокращение пробега машины при включении обогрева от аккумулятора в зимнее время.