Автомобиль будущего

   * Аккумуляторы хорошо  работают при движении электромобиля  на постоянных скоростях и  при плавных разгонах. При резких  стартах тяговые АКБ теряют  много энергии. Для увеличения  пробега электромобиля необходимы  специальные стартовые системы, например, на конденсаторах, а также применение систем рекуперации энергии (экономия до 25 %).

   * Проблемой является  производство и утилизация аккумуляторов, которые часто содержат ядовитые компоненты (например, свинец или литий) и кислоты.

   * Часть энергии аккумуляторов тратится на охлаждение или обогрев салона автомобиля, а также питание прочих бортовых энергопотребителей (например, свет или воздушный компрессор). Предпринимаются усилия, чтобы решить эту проблему с использованием топливных элементов, ионисторов и фотоэлементов.

   * Для массового  применения электромобилей требуется  создание соответствующей инфраструктуры  для подзарядки аккумуляторов («автозарядные» станции).

   * При массовом использовании  электромобилей в момент их  зарядки от бытовой сети возрастают  перегрузки электрических сетей  «последней мили», что чревато  снижением качества энергоснабжения  и риском локальных аварий  сети.

   * Длительное время  зарядки аккумуляторов по сравнению  с заправкой топливом.

   * Малый пробег от  одного заряда. Литиевая батарея  ёмкостью 24 кВт·ч при средних условиях движения (60-90 км/ч, ближний свет фар (фары на светодиодах), без отопления салона, без кондиционера) позволяет электромобилю проехать около 160 км. Использование кондиционера, отопителя салона, движение с частым разгоном/торможением, движение со скоростью более 90-100 км/ч, загрузка электромобиля пассажирами или грузом уменьшают пробег от одного заряда до 2-х раз (до 80 км).

   * Высокая стоимость  литиевых батарей, или высокий  вес достаточно ёмких свинцовых  батарей. Литиевая батарея ёмкостью 24 кВт·ч стоит порядка 6000-9000 $ (даёт около 160 км пробега). Свинцовые батареи весом порядка 400 кг позволяют иметь пробег всего около 80 км, к тому же свинцовые батареи очень не любят глубокого разряда. Использование большего количества свинцовых батарей приводит к перегрузке электромобиля, а использование литиевых батарей большей ёмкости сильно удорожает электромобиль. Другие типы батарей в электромобилях практически не используются.

   * Ухудшение характеристик (ёмкости, при заряде и при расходе  энергии) батарей на холоде.

Новейшие достижения

22-23 мая 2010 года переделанная  на электротягу малолитражка Daihatsu Mira EV, творение Японского клуба электромобилей, проехала 1003 километра и 184 метра на одном заряде аккумулятора.

24 августа 2010 года электромобиль  «Venturi Jamais Contente» с литий-ионными аккумуляторами на солёном озере в штате Ютаустановил рекорд скорости 495 км/ч на дистанции 1 км. Во время заезда автомобиль развивал максимальную скорость 515 км/ч[7].

27 октября 2010 года электромобиль  «lekker Mobil» конвертированный из микровэна Audi A2 совершил рекордный пробег на одной зарядке из Мюнхена в Берлин длиной 605 км в условиях реального движения по дорогам общего пользования, при этом были сохранены и действовали все вспомогательные системы, включая отопление. Электромобиль с электродвигателем мощностью 55 кВт был создан фирмой «lekker Energie» на основе литий-полимерного аккумулятора «Kolibri» фирмы «DBM Energy». В аккумуляторе было запасено 115 кВт·ч, что позволило электромобилю проехать весь маршрут со средней скоростью 90 км/ч (максимальная на отдельных участках маршрута составляла 130 км/ч) и сохранить после финиша 18 % от первоначального заряда. По данным фирмы DBM Energy электропогрузчик с таким аккумулятором смог непрерывно проработать 32 часа, что в 4 раза больше, чем с обычным аккумулятором. Представитель фирмы «lekker Energie» утверждает, что аккумулятор «Kolibri» способен обеспечить суммарный ресурсный пробег до 500 000 км.

29 ноября 2010 года победителем  конкурса Европейский автомобиль  года впервые объявлен электромобиль  модели Nissan Leaf, получивший 257 очков.

Интеграция дома и электромобиля

Разрабатываются различные концепции интеграции электромобилей и жилых домов (анг. Vehicle-to-Home). Например, старые аккумуляторы электромобиля могут несколько лет проработать в роли стационарных накопителей электроэнергии. Собранные вместе, снабжённые инвертором и сетевым фильтром 5-10 аккумуляторов от электромобиля Chevrolet Volt могут обеспечить несколько коттеджей или малый бизнес резервным питанием во время аварийных отключений на несколько часов.

Перспективы

Согласно исследованиям IDTechEx, индустрия электротранспорта достигнет в 2005 году уровня продаж в $31,1 млрд 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 начнёт 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 ионисторов (суперконденсаторов), имеющих очень малое время зарядки, высокую энергоэффективность (более 95 %) и намного больший ресурс циклов зарядка-разрядка (до нескольких сотен тысяч). Опытные образцы ионисторов на графене имеют удельную энергоемкость 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. В августе 2006 года Министр Экономики, Торговли и Промышленности Японии утвердил план развития электромобилей, гибридных автомобилей и аккумуляторов для них. Планом предусмотрено к 2010 году начать в Японии массовое производство двухместных электромобилей с дальностью пробега 80 км на одной зарядке, а также увеличить производство гибридных автомобилей.

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 гибридовна 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.

Nissan Leaf

Приборная панель представляет собой следующий вид:

Конструкция

Nissan Leaf построен на новой платформе Nissan V, которую электромобиль делит с кроссовером Juke и малолитражной Micra 2011 модельного года. Под капотом расположен электродвигатель мощностью 80 кВт, чей крутящий момент достигает 280 Нм. Привод электромобиля — передний.

Нижнее расположение самого тяжёлого элемента шасси автомобиля — аккумуляторной батареи — обеспечивает лучшую устойчивость по сравнению с одноклассниками. Кроме этого, батарея также обеспечивает более высокую жёсткость конструкции для пяти-дверных хэтчбеков подобной конструкции.

Батарея и пробег

Литий-ионная батарея для электромобиля собрана из 192 ячеек и, согласно пресс релизу, её состав:

   * манганат-лития на положительном электроде

   * графит на отрицательном электроде

Масса батареи около 600 фунтов (300 кг) и расположена она под передними сиденьями. Ёмкости батареи 24 кВт·ч и возможностей рекуперативного торможения хватает (по оценкам представителей Nissan) на 160 км пробега. Жизненного цикла батарей, по предварительным оценкам, должно быть достаточно минимум на 5 лет.

Зарядная станция для Nissan Leaf

Полный цикл заряда аккумуляторов от бытовой электросети с напряжением 220 вольт и силой тока 30А длится порядка 8 часов, 80 % ёмкости на специальном зарядном устройстве Nissan (480 вольт — 125 ампер) восполняются за 30 минут. Автомобиль оборудован двумя гнёздами для зарядных устройств в передней части машины : одно для стандартной и другое для ускоренной подзарядки.

В настоящее время батареи собирают на мощностях Nissan в Японии с годовым производством около 65 тыс. комплектов в год. Компания Nissan в рамках своего проекта начала массового выпуска электромобилей заложила завод в Смирне (Теннеси, США), проектная мощность которого c момента вступления в строй в 2012 году оценивается в 200 тыс. комплектов батарей в год.

Согласно тестам Агентства по охране окружающей среды США, Leaf показал следующие показатели по потреблению топлива: 765кДж/км (21 кВт·ч/100 км), что даёт, по комбинированному эквиваленту оценки расхода топлива, около 99 MPG (2.4 литра на 100 км).

Недостатки: дороговизна автомобиля (100.000) причем автомобиль построен на базе лотуса стоимостью в 30.000 и на разницу можно купить топлива чтобы раз 20 объехать земной шар, малый ресурс батареи, продолжительность заряда до 14 часов.

Преимущества: возможность заряда от розетки, экологичность.

5. И наконец то последняя категория – двигатели на водородном топливе. Примером будет Honda FCX Clarity.

Водородный транспорт — это различные транспортные средства, использующие в качестве топлива водород. Это могут быть транспортные средства как с двигателями внутреннего сгорания, так и с водородными топливными элементами.

Причины интереса к водородному транспорту

В настоящее время разнообразный транспорт несет ответственность за 23% техногенных выбросов парниковых газов в атмосферу Земли. По оценкам экспертов, уже через двадцать лет это число удвоится и продолжит расти по мере того, как в развивающихся странах будет увеличиваться количество личных автомобилей. Кроме углекислого газа в атмосферу выбрасываются оксиды азота, ответственные за увеличение заболеваемости астмой, оксиды серы, ответственные за кислотные дожди и т. д.

В морском транспорте зачастую используются низкосортные, дешёвые сорта топлива. Морской транспорт выбрасывает оксидов серы в 700 раз больше, чем автомобильный транспорт. По данным International Maritime Organization выбросы СО2 морским торговым флотом достигли 1,12 млрд тонн в год.

Другой причиной повышения интереса к водородному транспорту является рост цен на энергоносители, дефицит топлива, стремление различных стран достичь энергетической независимости.

Honda FCX Clarity

Honda FCX (Fuel Cell eXperimental) — автомобиль с силовой установкой на водородных топливных элементах компании Honda.

Продажи в лизинг начались в США летом 2008 года. В Японии — в ноябре 2008 года. Ежемесячный лизинговый платёж в США составит $600, техобслуживание входит в эту сумму.

В первые три года Honda планирует продать 200 экземпляров. Первые владельцы были названы на специальной церемонии, которая состоялась 16 июня 2008 года в Японии. Выбор сделан из более чем 50 тысяч кандидатов, зарегистрировавшихся на сайте Honda. 

Заправку водородом предлагается производить в домашних условиях от компактной домашней энергетической станции (Home Energy Station). 

В подсистеме «Разгон—торможение» применён ионистор собственной разработки (супер-конденсатор без традиционных «обкладок»).

Прототип 2007 года

Представлен 25 сентября 2006 года.

Водородный топливный элемент установлен вертикально в центральном тоннеле в полу автомобиля. Водород и кислород стекают вертикально вниз внутри топливного элемента.

Мощность топливного элемента увеличилась до 100 кВт. Топливные элементы способны запускаться при температурах минус 30 °C. Топливные элементы стали на 20 % меньше, и на 30 % легче предыдущей версии.

На FCX 2007 года установлены три электродвигателя: один на передних колёсах (80 кВт.) и по одному двигателю (по 25 кВт.) на каждое заднее колесо.

В баках для хранения водорода применены новые абсорбирующие материалы. Ёмкость бака удвоилась (в сравнении с первой версией 1999 года). Новые баки хранят 5 кг (171 литр) водорода при давлении 350 атмосфер. Этого достаточно для пробега 570 км.

Максимальная скорость автомобиля 160 км/ч.

В дополнение к автомобилю Honda представила Домашнюю Энергетическую Станцию (HES).

Установка производит водород из бытового природного газа. Её топливные элементы генерируют 5 кВт электроэнергии для бытовых нужд и тепло для обогрева дома. Частьводорода направляется на заправку автомобиля.

По подсчётам Honda HES позволяет сократить выбросы CO2 на 40 %, и затраты на энергообеспечение дома на 50 %.

Honda FCX продается в ограниченных количествах 2008 году в Японии и Калифорнии. В настоящее время в Калифорнии существует самая крупная в мире водородная автомобильная инфраструктура.

В марте 2006 г. в Калифорнии работало 23 водородных заправочных станции, планировалось строительство 14 станций. В штате действует проект Водородное Шоссе Калифорнии. Цель проекта — обеспечить каждому жителю Калифорнии доступ к водородной автомобильной инфраструктуре вдоль главных шоссе штата к 2010 году. Для этого будет построено 170 заправочных станций через каждые 20 миль.

Недостатки: отсутствие в достаточном количестве заправок с водородом в мире (в Украине 0), тяжелый технологический процесс добычи водорода

Преимущества: водород самый распространённый элемент на земле, что является отличной альтернативой бензину, сравнительно адекватная цена автомобиля, экологичность.