17. Электромобили

Электромобили были по достоинству оценены уже на заре автомобилизма. Привлекало их бесшумное движение, отсутствие загрязнения атмосферы и грязи при эксплуатации и обслуживании, простота управления. Очень привлекательным было и то, что не требовалось предварительно запускать и до начала движения разогревать двигатель. Эти свойства электромобиля в настоящее время ценятся еще выше, чем раньше. Однако наиболее слабой стороной электромобиля является его аккумулятор электрической энергии.

Свинцовый аккумулятор, который в настоящее время наиболее выгоден для использования в электромобиле, имеет небольшую плотность энергии. В табл. 14 дано сравнение основных показателей нескольких наиболее известных типов аккумуляторов. Наиболее важным является плотность энергии, определяющая массу электромобиля при требуемом запасе хода, поскольку масса аккумулятора составляет почти 1/3 всей массы электромобиля. Несмотря на то, что для остального шасси используют качественные и легкие материалы, масса автомобиля остается большой, что весьма отрицательно сказывается на всех его важных параметрах.

Таблица 14. Данные электрических аккумуляторов

При анализе достоинств электромобиля очень часто ссылаются на простоту и дешевизну их эксплуатации. При этом показывают, сколько энергии (в кВт⋅ч) требуется на 1 км пробега. Например, известно, что электромобиль "Фольксваген" с грузопассажирским кузовом потребляет при эксплуатации в городских условиях около 0,8 кВт⋅ч/км. При экономном режиме пробега на дальнее расстояние он расходует только 0,4 кВт⋅ч/км, при смешанном движении - 0,6 кВт⋅ч/км. Если в расчетах использовать ночной тариф электроэнергии, то стоимость энергии, действительно, составит приблизительно 1/4 стоимости потребляемого бензина.

Однако при общей экономической оценке электромобиля необходимо рассматривать и замену аккумуляторов, которые очень дороги и имеют небольшой срок службы. В стоимость затрат следует включить также ремонт аккумуляторов и самого автомобиля, а также амортизационные отчисления на автомобиль и оборудование для его обслуживания. Системы тиристорного регулирования электромобилей также стоят дорого, так что после суммирования всех составляющих выясняется, что экономия затрат весьма проблематична. В качестве примера в табл. 15 А и Б приведены параметры и калькуляция эксплуатационных затрат автомобиля марки ЭМА-2 (ЧССР), в которую не включены амортизационные отчисления на легковой автомобиль.

Таблица 15.А. Параметры опытных электромобилей ЭМА-1 и ЭМА-2

Таблица 15. Б. Калькуляция эксплуатационных затрат электромобиля ЭМА-2 (без учета амортизационных отчислений на автомобиль)

Поскольку для зарядки аккумуляторов потребляется энергия от тепловых электростанций, нужно учесть все расходы, возникающие в процессе превращения энергии, начиная от расходов на уголь или нефть и кончая затратами энергии ведущими колесами электромобиля. Эффективность каждой из стадий превращения энергии исходного топлива в энергию, используемую в электромобиле, приведена ниже, %:

Начальная стоимость электромобиля всегда будет выше, чем автомобиля с бензиновым двигателем вследствие главным образом высокой цены аккумуляторов. При этом срок службы аккумуляторов, определяемый числом циклов его перезарядки, весьма невелик и составляет около 50 000 км. Неприемлемо также и то, что чем выше плотность энергии, тем меньше срок службы аккумуляторов, а следовательно, тем выше их стоимость. Сам электродвигатель почти не нуждается в текущем ремонте, но аккумуляторы, как показывает опыт, все же требуют ремонта после пятнадцати циклов перезарядки. Если они к тому же составлены из небольших элементов, то контроль за состоянием соединений и электролитом требует длительного времени. Использование более крупных элементов хотя и снижает повреждаемость соединений, но усложняет замену аккумуляторов и их транспортирование, так как масса батареи аккумулятора составляет 400-800 кг.

Другой нерешенный пока вопрос заключается в том, что удобнее: зарядить аккумуляторы на автомобиле или заменить их другими. Хотя при зарядке отпадают манипуляции с тяжелыми аккумуляторами, но необходимо каждый час проверять штепсельный разъем зарядного устройства и ждать 6-8 ч, пока аккумулятор полностью зарядится. Легковые автомобили используются многими их владельцами в основном для поездки на отдых, что обычно связано с длительной дорогой до места назначения. После отпуска автомобиль стоит в гараже или на стоянке.

Замена аккумуляторов могла бы увеличить фактический запас хода, однако это требует очень хорошей организации обслуживания. Для этого прежде всего нужно было бы унифицировать размеры и способ монтажа аккумуляторов в электромобиле. При этих условиях пользователи не покупали бы аккумуляторы, а брали их напрокат, что очень удобно, так как не надо заботиться о состоянии аккумулятора. При этом, однако, пользователь не будет иметь представление о состоянии аккумулятора, который он только что вмонтировал. В то же время ускорение замены аккумуляторов и для конструкторов автомобилей остается по-прежнему очень сложной задачей.

С экономической точки зрения, важно также, каким способом производится электроэнергия. В настоящее время большинство электростанций - тепловые, работающие на нефтяных топливах, поэтому использование электромобилей не повлияло бы на снижение расхода нефти. Ранее, в табл. 2 уже были представлены данные об эффективности производства различных топлив из угля. С энергетической точки зрения, электромобиль также не слишком выгоден, поэтому в будущем должны использоваться экологически чистые источники энергии, которые дадут и дешевый электрический ток. Об этом будет рассказано далее, в главе о перспективных топливах.

Однако в любом случае необходимо решить вопрос об использовании электроэнергии в электромобиле. Например, если отапливать автомобиль электрическим радиатором, то это существенно увеличит расход энергии из электрического аккумулятора. Для этой цели можно применять аккумулирующие теплоту камни, нагреваемые другим источником энергии.

В настоящее время, как отмечалось в 6.2, имеются сообщения о гибридных схемах из инерционных и электрических аккумуляторов. Срок службы электрического аккумулятора зависит также от интенсивности его разрядки. Использование энергии маховика при разгоне автомобиля позволяет существенно уменьшить массу электрического аккумулятора и увеличить срок его службы. При движении с небольшой нагрузкой маховик может быть запущен током от электрического аккумулятора. Это, однако, предъявляет большие требования к системе регулирования электрического тока. В такой гибридной схеме также требуется наличие сигнализации о мгновенном количестве энергии, запасенной в маховике, что необходимо знать в случае совершения обгона.

Хранение электроэнергии в аккумуляторе связано с относительно большими ее потерями, и поэтому аккумулятор необходимо дозаряжать даже в том случае, когда автомобиль не находится в эксплуатации.