Электромобиль — автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от аккумуляторов или топливных элементов и проч., а не двигателем внутреннего сгорания. Электромобиль следует отличать от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и электрической передачей и от троллейбусов. Подвидами электромобиля считаются электрокар (грузовое транспортное средство для движения на закрытых территориях, подъемно-транспортная машина) и электробус (автобус с аккумулятором).

Электромобиль появился раньше чем двигатель внутреннего сгорания. Первый электромобиль в виде тележки с электромотором был создан в 1841 году. В первой четверти XX века широкое распространение получили электромобили и автомобили с паровой машиной. В 1900 году примерно половина автомобилей в США была на паровом ходу, в 1910-х в Нью-Йорке в такси работало до 70 тысяч электромобилей. Значительное распространение в начале века получили и грузовые электромобили, а также электрические омнибусы (электробусы).

Изначально запас хода и скорость у электрических и бензиновых экипажей были примерно одинаковыми. Главным минусом электромобилей была сложная система подзарядки. Поскольку тогда еще 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 1906г. был изобретен сравнительно простой в эксплуатации выпрямитель тока, но это существенно проблему подзарядки не решило.

Электромобиль La Jamais Contente 29 апреля либо 1 мая 1899 года установил рекорд скорости на суше. Он первым в мире преодолел скорость 100 км/ч и достиг скорости 105,882 км/ч. Известный американский конструктор электромобилей Уолтер Бейкер получил скорость 130 км/ч. А электромобиль фирмы «Борланд Электрик» проехал от Чикаго до Милуоки (167 км) на одной зарядке. На следующий день, после перезарядки, электромобиль вернулся в Чикаго своим ходом. Средняя скорость составила 55 км/ч.

Самым многообещающим типом автомобиля в будущем можно считать электрический, но пока он еще недостаточно усовершенствован. Электрические двигатели не дают ни шума, ни копоти, они, бесспорно, удобнее и совершеннее всех других, но А. должен вести свой источник энергии: аккумуляторную батарею, которая пока еще слишком тяжела и непрочна. Поэтому невозможно возить с собою запас энергии на длинный путь, а вновь заряжать аккумуляторы и заменять истощенные другими возможно лишь при езде в городах или от одной специально устроенной станции до другой. Существуют уже более легкие аккумуляторы Эдисона, но они еще не получили распространения, так как, вероятно, еще недостаточно усовершенствованы своим изобретателем. Электрические А. были пущены в обращение Jeantaud и многими другими с самого начала автомобилизма: на конкурсе 1904 г. в Париже были даже, по-видимому, парадоксальные А. Жанто и Крижера: газолиново-электрические, действовавшие недурно. В нем газолиновый мотор приводил в движение динамо-машину, которая давала ток для электрического двигателя; оказалось, что такая электрическая трансмиссия поглощает процентов на 20 меньше энергии чем обыкновенная механическая и удобна для регулирования скорости. »

Возрождение интереса к электромобилям произошло в 1960-е годы из-за экологических проблем автотранспорта, а в 1970-е годы и из-за резкого роста стоимости топлива в результате энергетических кризисов.

Электромобили отличаются низкой стоимостью эксплуатации. Ford Ranger потребляет 0,25 кВт·ч на один километр пути, Toyota RAV4 — 0,19 кВт·ч на километр. Средний годовой пробег автомобиля в США составляет 19 200 км (т. е. 52 км в день). При стоимости электроэнергии в США от 5 до 20 центов за кВт·ч стоимость годового пробега Ford Ranger составляет от $240 до $1050, RAV-4 — от $180 до $970.

В России стоимость электроэнергии существенно ниже — порядка 2,7 руб (12 центов) за кВт·ч по дневному тарифу и около 1,50 руб за кВт·ч в ночное время. Таким образом, стоимость эксплуатации электромобиля в России будет существенно ниже, чем в США, поскольку заряжаться он будет скорее всего ночью. Учитывая, что цены на бензин в России значительно выше, чем в США (Среднее значение цены на бензин в США за последние 6 лет составляет 22 рубля за литр. Минимальная цена достигала 13 рублей за литр в конце 2008 года), то в тёплое время года затраты на энергоресурсы для электромобилей будут значительно меньше, в холодное время года нужно учитывать расход электричества на обогрев салона.

Аккумуляторные батареи служат около трёх лет, или 85000—100000 км пробега.

КПД тягового электродвигателя составляет 88 %—95 %. В городском цикле автомобиль задействует около 3 л. с. двигателя. Городской автотранспорт может быть заменён на электромобили.

Существует легенда, что электромобили отличаются низким уровнем шума, что может создавать проблемы — пешеходы, переходя дорогу, зачастую ориентируются на звук автомобиля. В некоторых странах даже предлагается искусственно повысить уровень шума электромобилей. Разумеется, резкий шум работающего мощного электродвигателя трудно с чем-то спутать, шум электроприводов троллейбуса (в основном воздушных компрессоров и вентиляторов в старых моделях), механических передач (дифференциал и карданная передача), электрокара, поезда метро широко известен, так что электромобилю необходимо обычное для транспорта шумоподавление. Да и шум современного автомобиля на небольшой скорости очень мал, в основном это шум трения колёс об асфальт, гравий или другое покрытие. Однако при использовании маломощных двигателей, как, например, в трамваях, шум действительно практически отсутствует.

Сравнение с ДВС — преимущества

  • Отсутствие вредных выхлопов в месте нахождения электромобиля.
  • Высокая экологичность ввиду отсутствия применения нефтяных топлив, антифризов, трансмиссионных и моторных масел.
  • Низкая пожаро- и взрывоопасность при аварии.
  • Простота конструкции (простота электродвигателя и трансмиссии, отсутствие необходимости в переключении передач) и управления, высокая надёжность и долговечность экипажной части (до 20—25 лет) в сравнении с обычным автомобилем.
  • Возможность подзарядки от бытовой электрической сети (розетки), но такой способ в 5—10 раз дольше, чем от специального высоковольтного зарядного устройства.
  • Электромобиль — единственный вариант применения на легковом автотранспорте дешевой (по сравнению с бензином) энергии, вырабатываемой АЭС, ГЭС и электростанциями других типов.
  • Массовое применение электромобилей смогло бы помочь в решении проблемы «энергетического пика» за счёт подзарядки аккумуляторов в ночное время.
  • ТЭД имеют КПД до 90-95 % по сравнению с 22-42 % у ДВС .
  • Меньший шум за счёт меньшего количества движимых частей и механических передач.
  • Высокая плавность хода с широким интервалом изменения частоты вращения вала двигателя.
  • Возможность подзарядки источников энергии во время рекуперативного торможения.
  • Возможность торможения самим электродвигателем (режим электромагнитного тормоза) без использования механических тормозов — отсутствие трения и соответственно износа тормозов.
  • Аккумуляторы за полтора века эволюции так и не достигли характеристик, позволяющих электромобилю на равных конкурировать с автомобилем по запасу хода и стоимости, несмотря на значительное усовершенствование конструкции. Имеющиеся высокоэнергоёмкие аккумуляторы либо слишком дороги из-за применения драгоценных или дорогостоящих металлов (серебро, литий), либо работают при слишком высоких температурах (рабочая температура натрий-серного аккумулятора — более 300 °С). Кроме того, такие аккумуляторы отличаются высоким саморазрядом. Одним из перспективных направлений стала разработка никель-металл-гидридных аккумуляторов с оптимальным соотношением энергоёмкости и себестоимости, перспективными считаются и аккумуляторы на основе полипропилена, однако из-за патентных ограничений на электромобилях применяются свинцово-кислотные АКБ. Впрочем, энергоёмкость таких АКБ увеличилась за XX век в 4 раза (до 40—45 Вт·ч/кг) и они не требуют обслуживания в течение всего срока службы. Значительно повысить отдачу от аккумуляторов позволило применение электронных систем оперативного контроля за состоянием и зарядкой-разрядкой АКБ. Возможно выходом из этой ситуации будет применение топливных элементов, в частности дешевеющих PEM-элементов.
  • 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.
  • Около 10 % энергии теряется в коробке передач и других элементах трансмиссии. Для решения этой проблемы компания Mitsubishi Motor разработала колесо с встроенным электродвигателем (мотор-колесо). Система получила название Mitsubishi In-wheel motor Electric Vehicle (MIEV). Аналогичное мотор-колесо разработала Toyota. Прототип автомобиля Toyota Fine-T может поворачивать колёса перпендикулярно оси автомобиля, что позволяет значительно упростить парковку. Возможно также решением данной проблемы будет отказ от коробки передач в пользу обычной цилиндрической передачи, как на локомотивах (КПД около 95 %) или простого карданного вала, как на троллейбусах.
  • 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.
  • При использовании в качестве ТЭД двигателя постоянного тока необходимо тщательное обслуживание (в частности проверка щеток коллектора) из-за «капризности» электродвигателя.

В 2004 году в США эксплуатировалось 55852 электромобиля. Кроме этого в США эксплуатируется большое количество самодельных электромобилей. Наборы комплектующих для конвертации автомобиля в электромобиль продаются в магазинах. Минимальная стоимость конвертации составляет $1500.

Мировой лидер по производству электрического транспорта — Китай.

Помимо этого, небольшие электромобили упрощённой конструкции (электрокары, электропогрузчики и т. д.) широко применяются для перевозки грузов на вокзалах, в цехах и больших магазинах, а также как аттракцион. В данном случае все недостатки в виде малого запаса хода и скорости, высокой собственной стоимости батарей и массы, перекрываются преимуществами: отсутствием вредных выхлопов и шума, что принципиально важно для работы в закрытых людных помещениях. Формально к электромобилям такие машины относить не принято из-за специфичности их применения.

Основной фактор, сдерживающий массовое производство электромобилей — малый спрос, обусловленный высокой стоимостью и малым пробегом от одной зарядки [5]. Существует точка зрения, что широкое распространение электромобилей сдерживается дефицитом аккумуляторов и их высокой ценой. Для разрешения этих проблем многие автопроизводители создали совместные предприятия с производителями аккумуляторов. Например, Volkswagen AG создал совместное предприятие с Sanyo Electric, Nissan Motor с NEC Corporation, и т. д.

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 Юта установил рекорд скорости 495 км/ч на дистанции 1 км. Во время заезда автомобиль развивал максимальную скорость 515 км/ч.

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 NissanLeaf, получивший 257 очков.

Скандал с производством ЭМ в США

Подробно об этой истории рассказывается в научно-популярном фильме 2006 года «Кто убил электромобиль?» (англ. Who killed electric car? ).

В начале 90-х годов штат Калифорния был одним из самых загазованных регионов США. Поэтому Калифорнийским Комитетом Воздушных Ресурсов (CARB) было принято решение — в 1998 году 2 % продаваемых в Калифорнии автомобилей не должны производить выхлопов, а к 2003 году — 10 %. Компания General Motors отреагировала одной из первых и с 1996 года начала серийный выпуск модели EV1 с электрическим приводом. Некоторые автопроизводители также начали продажи электромобилей в Калифорнии. Основной массой пользователей EV1 стала голливудская богемная публика. Всего с 1997 года в Калифорнии было продано около 5500 электромобилей разных производителей. Судя по их отзывам, машина им очень нравилась, и следующим шагом должно было стать начало массовых продаж электромобилей.

Существует мнение, что авто и нефтепроизводители добились отмены закона, понимая опасность электромобилей, и сознавая реальность того, что они могут вытеснить обычные автомобили. CARB сменил требование нулевой эмиссии на требование супернизкой эмиссии. Почти все произведённые электромобили в 2002 году были изъяты у владельцев и уничтожены (только Toyota оставила владельцам электрические RAV-4). В качестве причины называлось окончание срока службы аккумуляторов. Промышленное производство и продажа электромобилей основными автопроизводителями в США были полностью прекращены.

В последние годы в связи с непрерывным ростом цен на нефть электромобили вновь стали набирать популярность. В репортаже CBS News «Could The Electric Car Save Us?» (англ.) сообщается, что 2007 г. вновь началось развёртывание промышленного производства электромобилей. Особенное рвение проявляют небольшие предприятия (такие как «Tesla Motors»), поскольку им не страшно сокращение объёма производства обычных автомобилей. В связи с этой тенденцией автор фильма «Кто убил электромобиль?» планирует выпустить продолжение под названием «Кто спас электромобиль?».

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 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.

Планы автопроизводителей

Компания Страна год планы
Reva Electric Car Индия 2009 расширить производство до 35000 шт. в год
GM США 2010 начало производства Chevrolet Volt
Tesla Motors США 2011 начало продаж Model S
Phoenix Motorcars США 2011 100000 шт. в год
Renault Франция 2011 начало производства Renault Kangoo Express, сайт Renault об электромобилях компании, представлена серийная модель Renault Zoe
Nissan Япония 2012 серийное производство
Mitsubishi Япония 2009 начало производства i MiEV, 20000 шт. в год к 2011 году
Fuji Heavy Industries (Subaru) Япония 2009 начало производства R1e
Tianjin Qingyuan Electric Vehicle Co. Ltd. Китай 200- строится завод мощностью 20000 шт. в год
Smith Electric Vehicles Великобритания 2010 5000 грузовиков в год в Европе, 10 000 грузовиков в год в США
Opel Германия 2010 начало производства
Daimler Германия 2010 начало производства электромобилей smart fortwo и Mercedes
Bavina industries Индия 2009 5000 шт. в год
Bolloré + Pininfarina Италия 2010 начало производства BLUECAR. 60 тысяч в год к 2015 году
Th!nk Норвегия 2009 10000 шт. в год
Detroit Electric Китай — США 2010 45 тысяч шт., в 2012 году увеличить производство до 270 тысяч в год.
BYD Auto Китай 2009—2010 начало производства Е6
LTI Vehicles Великобритания 2009 начало производства такси для Лондона
BMW Германия 2012 начало продаж в США
Mahindra&Mahindra Индия 2010 начало продаж в Индии
Dongfeng Nissan Китай — Япония 2012 начало продаж в Китае
Ford США 2010
2011
2012
Коммерческий грузовик
Микроавтомобиль
Автомобиль С-класса
Toyota Япония 2012 начало производства iQ
Beiqi Foton Китай март-апрель 2009 начало производства
Chery Automobile Китай 2009 начало продаж Chery S18
Honda Япония 2015 начало продаж в США
ГАЗ Россия 2010 начало производства ГАЗель-Электро
Citroën Франция 2010 начало производства C-ZERO
Chrysler США 2012 начало производства.

Правительственные планы

Правительство Ирландии планирует к 2020 году 10 % транспорта перевести на электроэнергию.

Правительство Германии планирует к 2020 году вывести на дороги страны 1 миллион электромобилей, гибридных автомобилей и полных гибридов (PHEV). Серийное производство должно начаться уже в 2011 году. До 2012 года на эти цели из бюджета будет выделено 500 миллионов евро.

Правительство Китая планирует начать испытания до 2012 года в 11 городах страны 60 тысяч автомобилей, включая электромобили, гибриды и автомобили на водородных топливных элементах.

Правительство Франции планирует к 2012 году вывести на дороги страны более 100 тысяч электромобилей.

Правительство Южной Кореи поставило цель автомобилестроительным компаниям начать массовое производство электромобилей до второй половины 2011 года и произвести 1 миллион электромобилей к 2020 году.