АВТОМОБИЛЬ НА БАТАРЕЙКАХ



В истории электромобилей еще рано ставить точку. Идея автомобиля, приводимого в движение электричеством привлекательна настолько, что отказаться от нее невозможно до сих пор. В идеале у электромобиля нет того нагромождения залитых маслом лязгающих механизмов, что у бензиновых братьев, он чрезвычайно прост в управлении, тих и экологически безопасен. В конце концов, сейчас почти все работает от электричества, почему же электрификация всей планеты заметна в автоиндустрии лишь как "дополнительная опция"? Ведь электромобили пережили свою пору расцвета еще в начале века.

Через несколько лет после появления первого экземпляра электромобили составляли около 25% всего автомобильного парка. Это было связано с тем, что в производстве электромобилей была преодолена первая технологическая сложность. Поскольку запас хода и скорость у электрических и бензиновых экипажей были тогда примерно одинаковы, главным минусом электромобилей была сложная система подзарядки. Поскольку тогда еще не существовало привычных сейчас преобразователей переменного тока в постоянный, зарядка автомобиля от сети осуществлялась далеко не изящным способом. Для их подзарядки использовался электромотор, работавший от переменного тока. Он вращал вал генератора, к которому были подсоединены батареи электромобиля. Но вскоре (а именно - в 1906 году) был изобретен довольно простой в использовании выпрямитель тока. Хотя принцип его действия был непрост (для преобразования переменного тока в постоянный использовались пары ртути), развитию и использованию автомобилей это дало мощный толчок.

Бензиновые автомобили не могли еще противопоставить электромобилям выразительных доказательств своего преимущества, хотя уже тогда существовало мнение, что электромобили ездят медленнее и на меньшие расстояния. Но "бензиновые" рекорды были в то время тоже довольно скромны и вполне сравнимы с показателями, выдаваемыми электромобилями. А производители последних не жалели сил, чтобы продемонстрировать их достоинства. Если помните, сам Уолтер Бейкер, знаменитейший американский конструктор и производитель электромобилей, "выжал" из своего творения 130 км/ч. А электромобиль фирмы "Борланд Электрик" проехал от Чикаго до Милуоки (расстояние 167 км, причем без асфальтового покрытия) на одной зарядке. На следующий день, после перезарядки, электромобиль вернулся в Чикаго своим ходом без происшествий. Во время пути его средняя скорость составляла 55 км/ч. Электрические развозные грузовики были способны поднять больше груза, что сделало их весьма популярными среди фирм, занимающихся доставкой товаров.

Популярности электромобилей в Америке способствовали и электрокомпании. Ведь развитие и широкое распространение автомобилей с электромоторами гарантировало бы им огромный рынок сбыта. Поэтому владельцам электромобилей предлагалась зарядка по самым низким ценам и бесплатная установка зарядного оборудования дома или в офисе. Станции зарядки строились с интервалом не большим, чем способен преодолеть электромобиль без перезарядки, и вполне конкурировали с бензиновыми заправками. Популярность электромобилей была такова, что сам Генри Форд обдумывал совместный проект с Эдисоном. Была уже даже известна цена нового электромобиля - 785 долларов и завод, где он должен был производиться.

Но двигатели внутреннего сгорания развивались быстрее. Они первыми смогли предложить покупателям скорость и мощность, от которых человек не смог отказаться. Погоня за скоростью ведется до сих пор, несмотря на то, что в результате приходится устанавливаться специальные ограничители, чтобы она не превышала нормы ПДД слишком вызывающе. "Но вы же знаете, мы дали вам все, что смогли", - с непростой улыбкой разводят руками автостроители.

И хотя строительство электромобилей не прекращалось никогда, на долгие годы они оказались на задворках автопрома. Большая масса двигателя и батарей, малая их емкость надолго стали главным препятствием в развитии электромобилей. Конечно, они продолжали использоваться, но область их применения была довольно узка. В России опытные партии электромобилей начали выпускаться сразу после войны. В основном это были маленькие грузовики для перевозок внутри крупных помещений - например, Главпочтамта или аэропорта. Эта картина была характерна для всего мира, так же как и постоянный энтузиазм конструкторов-одиночек, своими руками собиравших образцы, демонстрировавшие неплохие, но все же недостаточные показатели.

Максимальная дальность пробега, которой можно было добиться от электромотора, питающегося от свинцово-кислотной батареи, составляла около 150 км. Прорыв был совершен с изобретением нового типа аккумуляторных батарей. Применение никеля вместо свинца позволило разработать множество новых аккумуляторов: никель-кадмиевых, никель-цинковых, никель-водородных. Они превосходили предыдущее поколение аккумуляторов по целому ряду показателей - были долговечнее, быстрее заряжались, были нечувствительны к морозам. Самыми популярными в автомобилестроении являются никель-металлогидридные элементы, они применяются там уже почти десять лет. Основные показатели, определившие применение именно этих систем - низкий саморазряд и максимальная удельная емкость. Благодаря этому максимальный пробег без подзарядки стало возможным увеличить до 250 км. В 1996 году появилось сообщение о том, что электромобиль "Солектра-Санрайз", собранный на платформе массовой малолитражке "Джео Метро", прошел без подзарядки 600 км, используя только электромотор, питающийся от никель-металлогидридных батарей. Однако для серийного образца "Солектры" указан другой запас хода между перезарядками - 120 миль. Кстати, масса автомобиля, за уменьшение которой ведется вечная борьба (новые аккумуляторы все равно весят немало) составляет у "Солектра-Санрайз" всего 720 кг., благодаря использованию при производстве кузова легких нержавеющих композиционных пластиков, применяемых в авиа-космической промышленности. Еще одно достоинство никель-металлогидридных батарей - быстрота подзарядки. За 10 минут зарядки она способна восстановить 80% емкости и выдерживает 80 тысяч циклов зарядки-разрядки.

Все это позволило крупнейшим автостроительным фирмам мира заинтересоваться производством электромобилей. Помимо ежегодно демонстрирующихся электро-концептов, уже доступны "Хонда-EV Плюс", "Форд-Рейнджер EV", "Ниссан-Алтима EV", "Пежо-106 Электрик", "Ситроен-АХ Электрик", "Бомбардье NV", норвежский "Тинк" и многие другие марки.

Например, "Тойота" разработала целую коллекцию электротранспорта. Это гибридный автобус "Тойота Костер Гибрид EV", микроавтобус "Таунэйс Ван EV" (выпускался еще в 1991 году с блоком свинцовых батарей), седан "Краун Маджеста EV" с электроприводом. Несколько лет назад "Тойота" выпустила опытную серию малых автобусов "Костер Гибрид EV", их силовая установка выполнена по последовательной схеме - 1,5-литровый мотор вращает генератор, а тот питает блок свинцовых батарей и 70-киловаттный электромотор. Этого хватает для того, чтобы разогнать немаленький 25-местный автобус весом четыре тонны до скорости 80 км/ч. Разработан небольшой электромобильчик "е-соm".

Один из самых известных автомобилей этого семейства - "Тойота EV". Он собран на базе внедорожника "Тойота RAV 4", но 50-киловаттный синхронный электромотор переменного тока приводит в движение только передние колеса, на которые установлены специальные шины с пониженным сопротивлением качению. Вместо привычной коробки передач - селектор, переключающий двигатель из режима генератора, когда аккумуляторам возвращается отданная при разгоне энергия, в режим езды без рекуперации. Под капотом "Тойота EV" расположены коммутатор и электромотор, а под полом - никель-металлогидридные батареи, обеспечивающие ему максимальную скорость 125 км/ч и запас хода в 215 км.

Но более перспективными в нынешней ситуации "Тойоте", как впрочем и многим другим компаниям, представляются разработки гибридных автомобилей. В таких автомобилях сосуществуют два двигателя - электромотор и двигатель внутреннего сгорания, работающий, как правило, на дизельном топливе. Наибольшего коммерческого успеха среди автомобилей этого класса достигла "Тойота-Приус" - ее выбрали в качестве личного автомобиля уже десятки тысяч покупателей, что весьма неплохо для столь необычной конструкции.

В принципе, на сегодняшний день известны три схемы гибридных силовых установок. Самая простая - последовательная, где двигатель внутреннего сгорания работает в паре с генератором; электромотор, обеспечивающий тягу, питается от аккумулятора или генератора. По сути, это та же схема электрической трансмиссии, применяемой на карьерных грузовиках. Ее главный недостаток - очень большие потери энергии при передаче крутящего момента на колеса. В параллельной схеме выходные валы мотор-генератора и двигателя внутреннего сгорания связаны жестко, что не позволяет работать в стационарном режиме (т.е. сохраняя постоянные обороты и нагрузку). В третьей, самой распространенной, схеме присутствуют также электромотор, двигатель внутреннего сгорания и генератор, причем выходные валы всех агрегатов связаны планетарным дифференциалом. Это позволяет практически без потерь распределять между ними мощность, и стабильно работать двигателю внутреннего сгорания. Ее недостатком является чрезвычайная сложность согласования работы агрегатов.

Тем более впечатляет успех "Тойоты Приус", использующей именно последний, самый сложный принцип. В ее схеме генератор фактически выполняет роль коробки передач, работая то как электромотор, то как генератор, но сохраняя переменный крутящий момент и обеспечивая баланс между электрическим и бензиновым двигателями.

Автомобиль с гибридной силовой установкой создан и в России (правда, в серию не пошел). Его разработал и построил "Ижмаш". Одним из принципиальных решений конструкторов было использование при создании силовой установки не уникальных деталей, а агрегатов, серийно выпускаемых российским автопромом. За основу была взята "Орбита" ИЖ-21261, на которую установили бензиновый двигатель от "Оки" (30 л.с., 650 куб.см.), тяговый электродвигатель постоянного тока ПТ-125-12 (120 В, крутящий момент 49 Н/м) и восемь аккумуляторов 6СТ-55. Двухмоторная силовая установка работает по параллельной схеме соединения двигателей. Роль стартера играет электродвигатель, при разгоне электромотор и двигатель внутреннего сгорания работают одновременно. После достижения определенной скорости электродвигатель переходит в режим генератора и заряжает аккумуляторы. Электродвигатель подключается к работе бензомотора при возрастании нагрузок на последний. Работа гибридной установки управляется электронной пускорегулирующей аппаратурой. За согласованную работу двигателей отвечают блок управления, датчик частоты вращения коленвала двигателя внутреннего сгорания, датчик педали акселератора и т.д. На тестовых испытаниях гибридная "Орбита" расходовала топлива на 20% меньше, чем обычная. Для российского прототипа это неплохой показатель, хотя на западе от подобных конструкций давно добиваются большего: например, "Крайслер ESX3", представленный в 1998 году на Женевском автосалоне, расходует на 100 км пути 3,3 л солярки.

Но не может не радовать хотя бы упорство русских инженеров, разрабатывающих электромобили. Кто-то уже сравнивал электромобили с космическими станциями - они не становятся повсеместно доступными, но дают ощутимый толчок развитию технологий. Вспомним того же "Мишку", появившегося вначале в роли невзрачной "окоподбной" микролитражки, но через несколько лет обзаведшегося уникальными движителями-двигателями. Внутри каждого 15-дюймового "мишкиного" колеса располагается бесколлекторный электродвигатель переменного тока с постоянными магнитами из сплава неодима, железа и бора. КПД его мотор-колес близок к 90%. Колеса-двигатели быстро разгоняются, а при торможении не переводят кинетическую энергию в тепловую, а возвращают в тяговые суперконденсаторы, размещенные под сиденьями и способные отдать или принять пиковый ток силой 500 А. В качестве аккумуляторов используются не новейшие никель-металлогидридные элементы, а свинцово-кислотные, правда, тоже оригинальной конструкции, со спиральными элементами. В общем, торжество российских технологий. Вот только неизвестно, увидим ли мы когда-нибудь этот автомобиль на улицах или он, как некогда знаменитый ВАЗовский электромобиль "Рапан", будет переезжать лишь с одного выставочного подиума на другой?

Н.Павлова