fbpx

Электромобили: вчера, сегодня, завтра

Tesla Roadster
Tesla Roadster — первый современный серийный электромобиль, который по своим характеристикам не уступал машинам с ДВС

Сегодня мы являемся свидетелями настоящей революции, которая в ближайшие годы может буквально перевернуть нашу жизнь. Речь идет о бурном развитии электротранспорта – одной из главных тенденций современной автомобильной промышленности. Причем изменения происходят настолько стремительно, что обзоры и аналитические материалы, написанные на данную тему, уже через пару месяцев теряют свою актуальность.

Если еще несколько лет назад автомобили на электрической тяге были всего лишь экзотической диковинкой, то сегодня они все чаще выходят в топ продаж, уверенно тесня конкурентов с традиционной силовой установкой. Детские болезни электрокаров, связанные с дороговизной и недостаточным запасом хода, уходят в прошлое. Поэтому автогиганты все активнее включаются в «электрическую» гонку, справедливо полагая, что за «батарейками» будущее. Дополнительной мотивацией для них являются льготы и щедрые государственные дотации.

Развитие электротранспорта находится в общемировом тренде перехода на чистую или возобновляемую энергетику. Так человечество пытается хотя бы приостановить глобальную климатическую катастрофу. Все больше стран заявляют о желании полностью отказаться от автомобилей с ДВС уже в ближайшие десятилетия. Среди них Великобритания, Франция, Индия, Германия и Израиль.

Реальны ли такие планы? Смогут ли электромобили полностью заменить привычные дизельные и бензиновые авто, и сколько это будет стоить мировой экономике? Прежде чем ответить на эти вопросы, следует сказать несколько слов о самих электромобилях, об их недостатках и преимуществах, интересной истории, а также основных отличиях от традиционных авто.

Что это такое, электрокар

Электромобиль – это тип автомобиля, приводящийся в движение тяговым электродвигателем (ТЭД). От привычных троллейбусов и трамваев он отличается наличием автономного источника энергии, которым, как правило, является химический аккумулятор (АКБ). Внешне электрокары весьма похожи на своих бензиновых «собратьев»: вы не заметите особой разницы в системе управления, устройстве ходовой части или конструкции кузова. Основными элементами электромобиля являются:

  • тяговый электродвигатель;
  • аккумуляторная батарея;
  • трансмиссия;
  • зарядное устройство;
  • инвертор;
  • преобразователь постоянного тока;
  • система управления.

Сердцем любого электрокара является двигатель. В настоящее время автопроизводители чаще всего используют устройства переменного тока —  асинхронные и синхронные (с постоянными магнитами). Они могут быть одно-, двух- или трехфазными. Некоторые модели авто комплектуются сразу двумя моторами: синхронным и асинхронным. Еще одним интересным решением является так называемый мотор-колесо, в котором ТЭД, передача, тормозная система и непосредственно само колесо объединены в единый агрегат.

Конструкция электромобиля
Типичная конструкция современного электромобиля. Блок аккумуляторов в нижней части и передний электродвигатель

Электромобили оснащаются простейшей трансмиссией, которая, как правило, представляет собой одноступенчатый редуктор.

Важнейшей частью конструкции подобных авто является инвертор, преобразующий постоянный ток аккумуляторной батареи в переменный, необходимый для энергопитания двигателя. Кроме того, инвертор способен моделировать частоту и амплитуду тока, изменяя тем самым вращение мотора и его мощность.

Зарядное устройство позволяет пополнять запас энергии в аккумуляторе, а преобразователь постоянного тока питает через отдельную батарею дополнительные системы автомобиля.

Части Tesla Model S
Аккумуляторная батарея, силовая установка и ходовая часть Tesla Model S

Специальная электронная система управляет тягой двигателя и рекуперативным торможением, регулирует напряжение, обеспечивает плавность хода авто, производит контроль расхода энергии и оценивает запас заряда в батареях.

Энергопитание силовой установки обеспечивает тяговая аккумуляторная батарея, которая состоит из ряда модулей, соединенных последовательно. В современных авто обычно используются литий-ионные элементы. Аккумуляторные модули могут оснащаться системой охлаждения, которая значительно повышает эффективность работы батареи.

Почему электричество лучше бензина

Электрический мотор имеет массу преимуществ по сравнению с традиционным двигателем внутреннего сгорания. Он обеспечивает максимальный крутящий момент в широком диапазоне скоростей, на что не способен ДВС. Поэтому бензиновый или дизельный мотор нуждается в сложной и дорогостоящей коробке переменных передач. Двигатель внутреннего сгорания не создает прямого вращательного движения, что существенно усложняет всю систему и снижает ее эффективность. Кроме того, ДВС не может запускаться самостоятельно.

К несомненным достоинствам электродвигателей относится их способность работать в двух направлениях без дополнительных устройств, а также возможность рекуперации энергии.

Электрический мотор-колесо
Электрический мотор-колесо. Такая схема считается потенциально перспективной, но пока она в основном применяется в электровелосипедах и скутерах

Однако главными «бонусами» электрических моторов является их высочайший уровень энергоэффективности, а также простота конструкции. КПД любого ТЭД составляет от 90 до 95%, тогда как у ДВС этот показатель обычно не дотягивает и до 40%.

Электромоторы имеют минимальное количество движущихся частей, что самым положительным образом сказывается на их надежности и долговечности. Например, в электрокаре Chevrolet Bolt всего 35 подвижных элементов, а в бензиновом Volkswagen Golf их насчитывается 167 штук. Во время работы ДВС выделяют много тепла, что также способствует быстрому износу механизмов, а электромотор вполне может обойтись воздушным охлаждением.

Немного истории или белые начинают и выигрывают

Многие считают электромобили изобретением последних лет, но в действительности они появились на полвека раньше своих бензиновых аналогов. Первую самодвижущуюся тележку на электрической тяге смастерил венгерский изобретатель Аньос Джедлик еще в далеком 1828 году. Правда, внешне она больше напоминала скейтборд-переросток, чем полноценную машину. Что-то отдаленно похожее на авто появилось только в 1841 году. Однако Карл Бенц представил публике свою бензиновую тележку еще позже — в 1885 году.

Один из первых электрокаров
Первые электрокары были более популярны, чем их бензиновые аналоги

Первые электромобили заметно превосходили своих бензиновых собратьев практически по всем параметрам. Они были тише, проще в управлении, ездили быстрее и не грозились поломать руки своему хозяину во время запуска. Электрокарам принадлежат почти все ранние рекорды скорости, и даже знаковую планку в 100 км/ч первым преодолело авто с электрическим мотором. Важно отметить, что цены на электромобили и авто с ДВС в те далекие времена были примерно одинаковыми.

В США на рубеже XIX и XX столетия приблизительно 38% автомобилей имели электрические моторы, 40% — паровые, и только 22% использовали двигатели внутреннего сгорания. Подкосили дальнейшую экспансию электротранспорта те же недостатки, что мешают их повсеместному распространению и сегодня – низкая емкость аккумуляторов и длительность подзарядки.

Были и другие причины. В 1908 году свою революцию совершил Генри Форд — его модель Т имела бензиновый двигатель. Через несколько лет цены на авто с ДВС упали вдвое. В это же время началась активная добыча техасской нефти, что превратило жидкое топливо в доступный и дешевый ресурс – новые автозаправки стали расти, как грибы. Потребовалось буквально несколько лет, чтобы электромобили практически исчезли с рынка.

Краткий ренессанс интереса к электрическому транспорту наблюдался в 70-е годы во время нефтяных кризисов, потрясших экономику западных стран. Однако в начале 80-х годов бензин снова стал дешеветь, и об электрокарах опять надолго забыли.

Очередную попытку вернуть утраченное лидерство электромобили предприняли уже в нынешнем тысячелетии. Кажется, на этот раз у них есть все шансы на успех. Совпало сразу несколько факторов: американские авантюры на Ближнем Востоке привели к новому повышению цен на нефть, человечество серьезно озаботилось проблемой изменения климата, а новые технологии избавили электрокары от их «детских болезней».

Советский электрокар
В СССР тоже пытались делать машины на электрической тяге

В начале 90-х годов появились первые литий-ионные аккумуляторы, которые отличались высокой плотностью заряда, доступной ценой и сравнительно небольшим весом.

В 2008 году начался выпуск спортивного электромобиля Tesla Roadster, который по своим ходовым качествам не уступал аналогичным авто с ДВС. Это был первый реальный успех Илона Маска – человека, сыгравшего в популяризации электрокаров такую же роль, что и Генри Форд в продвижении автомобилей с обычными моторами.

В 2010 году началось серийное производство Nissan LEAF – первого массового автомобиля на электротяге.

Сегодня число моделей электрокаров исчисляется десятками, а общее количество машин с электрическим приводом – миллионами.

Основные преимущества электромобилей

Nissan LEAF
Nissan LEAF — первый массовый электромобиль. В 2010 году емкость его аккумулятора составляла всего лишь 24 кВч/ч

В чем же электрокары лучше своих бензиновых аналогов?

К их сильным сторонам, несомненно, можно отнести следующее:

  1. Экологичность. Электродвигатель во время работы не выделяет никаких вредных выхлопов. Правда, значительная часть электричества, которое используется для зарядки авто, до сих пор получается путем сжигания ископаемого топлива — угля, газа, мазута. Но доля «грязного тока» неуклонно снижается. Кроме того, электрокарам не нужны масляные и воздушные фильтры, они используют гораздо меньше смазочных материалов, что также очень неплохо для окружающей среды;
  2. Низкая стоимость эксплуатации. Электроэнергия дешевле бензина, поэтому владелец электрокара будет существенно экономить на каждой «заправке» своего авто. Цифры называют разные – выигрыш зависит от стоимости бензина и электроэнергии в конкретной стране, от способа зарядки авто, его технических характеристик и др. Дешевле всего заряжать авто дома, используя льготный ночной тариф. Кроме того, владельцу электрокара не приходится тратиться на моторные масла, свечи зажигания, антифриз, фильтры. Существенно дешевле обходится и плановое обслуживание электромобилей, да и проводить его нужно гораздо реже. Самый дорогой элемент электрокара – аккумулятор – не нуждается в ТО, правда, он со временем теряет свою емкость;
  3. Надежность и долговечность. По сравнению с бензиновыми авто, конструкция электромобилей настолько проста и незамысловата, что в них практически нечему ломаться. Электрокар содержит в десятки раз меньше количество деталей, чем его бензиновый или дизельный аналог. Но если электромобиль все-таки сломался, починить его самостоятельно практически нереально;
  4. Высокий КПД электромотора и потрясающая динамика, которую обеспечивают особенности электрической силовой установки;
  5. Бесшумность. Электромобили практически не шумят, поэтому их массовое использование сделает наши города гораздо тише и комфортнее;
  6. Безопасность. В настоящее время электромобили Tesla признаны одними из самых безопасных в мире. Низкий центр тяжести уменьшает риск опрокидывания электрокара на 50% по сравнению с любым бензиновым авто, а отсутствие мотора перед водителем существенно повышает его шансы на выживание во время фронтального столкновения. Несмотря на распространенный миф о высокой пожароопасности литий-ионных батарей, электрокары горят в 11 раз реже, чем автомобили с ДВС.

Что не так в современных электрокарах

Теперь в эту огромную бочку меда придется добавить существенную порцию дегтя, ибо недостатков у электрокаров тоже хватает. Причем главные проблемы остались практически теми же, что и столетие назад. Однако следует отметить, что эволюция авто на электротяге происходит стремительно, и уровень проблем постоянно снижается.

Итак, «темные стороны» электрокаров:

  1. Невысокая емкость аккумуляторных батарей. Данный недостаток – настоящее «родовое проклятье» электрокаров, из-за чего они до сих пор проигрывают автомобилям с ДВС, несмотря на очевидные преимущества электромотора. В настоящее время емкость литий-ионных АКБ составляет примерно 200-250 Вт/ч на один килограмм батареи, что обеспечивает легковому авто запас хода в 300-500 км. Этого вполне достаточно для езды по городу, но маловато для передвижения на большие расстояния. И, конечно, такой емкости не хватит для осуществления дальних грузовых перевозок. Нужно отметить, что батареи непрерывно совершенствуются. Если первые Nissan LEAF (2010 год) имели «дальнобойность» в 140-160 км, то для нынешних электрокаров пробег менее 300 км выглядит совсем уж неприличным. В целом же емкость аккумуляторов растет примерно на 3-5% в год. Однако этого явно мало, поэтому для окончательной победы электротранспорта необходим прорыв в этой области;
  2. Долгая зарядка. Для полной «заправки» легкового электрокара от обычной бытовой розетки понадобится от 8 до 12 часов. Есть, конечно, станции быстрой зарядки, где весь процесс займет от 30 до 40 минут, но все равно это ощутимо дольше, чем залить полный бак бензина на АЗС. Инфраструктура постоянно совершенствуется: новые Supercharger от Tesla смогут пополнить запас хода вашего авто на 120 км всего лишь за 5 минут. Не отстают от Илона Маска и его конкуренты. Развертывание сети подобных станций решит не только проблему с большим временем зарядки, но и компенсирует недостаточную емкость автомобильных аккумуляторов. Действительно, зачем ставить на машину более вместительную и дорогую батарею, если ее можно быстро подзарядить?
  3. Высокая стоимость электромобилей. Экология – это, конечно, здорово, но большинство потребителей при покупке ориентируются в первую очередь на ценник товара. А он откровенно не радует – пока электрокары стоят дороже, чем бензиновые авто. Одной из главных причин является высокая стоимость батареи, которая на первых порах составляла едва ли не половину цены машины. В 2018 году один киловатт-час АКБ тянул примерно на 250-300 $. Прогнозируется, что до конца нынешнего года цена упадет ниже 200 долларов. Неистовый Маск грозится сделать аккумуляторы по сто баксов за кВт/ч уже в этом году, правда, у него обещанного три года ждут. Но дело не только в аккумуляторах. Цена на электрокары обязательно существенно снизится, но это произойдет только после начала действительно масштабного производства. Когда наконец-то решится проблема с массовым выпуском батарей, будут отработаны все цепочки поставок, а инженеры «вылижут» конструкцию до блеска. Американское издание Bloomberg считает, что к 2022 году цены на электромобили станут ниже, чем на обычные авто;
  4. Недостаточное количество зарядных станций. Пока это действительно проблема, хотя с каждым годом ее острота снижается. В США, Европе или Китае вы уже можете путешествовать вдали от населенных пунктов, не боясь остаться «обесточенным». Хотя перед поездкой маршрут лучше все-таки проверить. В бывших советских республиках ситуация печальнее, но и здесь есть определенные сдвиги в лучшую сторону.
Tesla Model 3
Tesla Model 3 —  первый народный электромобиль от компании Илона Маска

Также к недостаткам электрокаров следует отнести снижение емкости АКБ на морозе, отсутствие инфраструктуры для утилизации отработанных батарей, пожароопасность литий-ионных ячеек. Но, во-первых, эти проблемы не являются критичными, во-вторых, часть из них довольно успешно решается.

Что будет дальше

Чтобы объективно оценить будущее электротранспорта, обратимся к статистическим данным. В 2010 году в странах Евросоюза было всего лишь 700 электрических машин, а в 2017 году на континенте продали 126 тыс. электрокаров и подзаряжаемых гибридов. На конец 2018 года в мире эксплуатировалось около 5,6 млн авто на электротяге – прирост за последние двенадцать месяцев составил 2,2 млн штук.

Пятерка лидеров по количеству электрокаров выглядит так: Китай, США, Норвегия, Великобритания и Франция. В Поднебесной количество электрокаров уже превысило 2,6 млн единиц, хотя в 2014 году их было всего лишь 182 тыс. штук. В США сегодня эксплуатируется 1,1 млн электрокаров, хотя в 2014 году их число было меньше 300 тыс. единиц.

Концепт электромобиля от Mercedes-Benz
Концепт электромобиля от Mercedes-Benz. Без подзарядки он сможет проехать более 500 км

А вот список наиболее успешных автомобильных брендов: BYD (517 тыс.), Tesla (500 тыс.), Nissan (379 тыс.), BAIC (322 тыс.), BMW (251 тыс.). «Тесла» пока немного отстает от лидера по суммарным продажам, но сделала в прошлом году впечатляющий рывок, уверенно обойдя всех конкурентов.

Самой «электромобильной» страной мира является Норвегия. В этой стране с населением в 5,5 млн человек почти 30% всех авто – это электрокары или гибриды. Добиться подобных результатов удалось благодаря продуманной государственной политике.

В начале нынешнего года более 40 тыс. граждан Норвегии стояли в очереди за своими электромобилями. Причем, если новый Nissan LEAF нужно было ожидать 2-3 месяца, то в случае с Hyundai Kona Electric и Kia e-Niro, срок поставки авто составлял целых два года.

Сложилась уникальная для мирового автопрома ситуация: если раньше производители думали, как реализовать свою продукцию, то сегодня основной проблемой является изготовить ее в требуемых количествах.

В начале нынешнего года агентство Reuters опубликовало аналитический обзор деятельности крупнейших мировых производителей. Исследование показало, что общая сумма инвестиций в электромобили составляет 300 млрд долларов, 45% которых приходится на Китай.

Porsche Taycan
А так будет выглядеть электрический Porsche Taycan. Его выпуск начнется уже в 2019 году

Средства пойдут на разработку и производство новых аккумуляторов, постройку и переоснащение автозаводов. Значительная доля инвестиций будет направлена на развитие инфраструктуры для электрокаров. Больше всего в отрасль планирует вложить группа компаний Volkswagen/Audi/Porsche – 91 млрд долларов. На втором месте находится Daimler (Mercedes/Smart) с инвестициями в 42 млрд долларов, на третьем – Hyundai/Kia (20 млрд долларов).

Видя такие цифры, четко понимаешь: электромобильное будущее уже на пороге, нужно просто подождать несколько лет. Правда, в ближайшие годы молодой индустрии нужно ответить на несколько серьезных вызовов: удовлетворить огромный спрос на новые батареи, кратно, а то и на порядок, увеличить количество зарядных станций, и решить проблему поставок сырьевых ингредиентов для аккумуляторов и электрокаров – лития, кобальта, меди и других металлов. Но в любом случае за электромобилями будущее, и это наглядно доказывают автомобильные гиганты, изо всех сил пытающиеся вскочить в уходящий поезд электрификации транспорта.

Сейчас сложно сказать, сколько миллионов электрических авто будет через пять или десять лет. Международное энергетическое агентство, например, считает, что к 2030 году их количество может достичь 220 млн штук, если, конечно, существующий тренд на вытеснение дизельных и бензиновых авто продолжится.

Много будет зависеть от позиции правительств различных стран – пока отрасль не встанет на ноги, ей необходима поддержка. Опыт показывает: там, где она есть, доля электротранспорта увеличивается стремительно. Примером может быть Китай, где государство обязало всех автопроизводителей выпускать электрокары. Или Норвегия, в которой авто на ДВС уже стоит дороже, чем на «батарейках» Если же человечество хочет с помощью электромобилей сделать воздух чище, то придется серьезно вложиться в электрогенерацию без угля, газа и нефти. И хорошо бы подумать, что делать с сотнями миллионов старых авто с бензиновыми и дизельными двигателями?

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них