Электрический силовой агрегат: прошлое и настоящее

Идея создания транспортного средства с электрическим силовым агрегатом не нова - еще в 1898 году Фердинанд Порше разработал гибридный автомобиль. Названный Lohner-Porshe, он имел 2 бензиновых двигателя, которые служили приводом для генератора, вырабатывающего электрический ток для электродвигателей, которые уже и приводили этот автомобиль в движение. Стоит отметить, что в те времена вопрос экономии топлива, основополагающий для современных гибридных автомобилей, стоял не так остро. В 1901 году в Австрии, находясь лично за рулем Lohner-Porshe, Фердинанд Порше установил несколько рекордов скорости.

Еще одним представителем раннего гибридного автотранспорта является Woods Motor Vehicle, сконструированный в Чикаго в 1915 году. В этом автомобиле наряду с 4-цилиндровым двигателем внутреннего сгорания был установлен и электродвигатель. При скорости до 25 км/ч движение автомобиля обеспечивалось электроприводом, а при необходимости разогнаться до максимальной скорости в 55 км/ч включался в работу и бензиновый двигатель.


Аккумуляторы EverExceed

 

Standard Range AGM Deep Cycle Range AGM Gellyte Range GEL
свинцово-кислотные аккумуляторы аккумуляторы для газового котла гелевые аккумуляторы 12 вольт 100 ач и 200 ач 
10 - 12 лет / 600 циклов 10 - 12 лет / 700 циклов 10 - 12 лет / 750 циклов
универсальная серия AGM для глубоких разрядов AGM универсальная серия GEL

В первой половине 1900-х покупатель мог выбирать между тремя видами силовых агрегатов автомобиля - электрическим, паровым или двигателем внутреннего сгорания, причем именно последний был наименее распространенным. Электромобили считались транспортом представительского класса, для них создавался модный интерьер, для отделки которого использовались дорогие материалы. Будучи выше в цене по сравнению с паровым и бензиновым транспортом, электромобили предоставляли своим состоятельным хозяевам спокойную и комфортную езду, в противовес вибрациям, выхлопным газам и необходимости в частом техническом обслуживании, присущим бензиновым аналогам. К тому же, в электромобилях отсутствовала необходимость переключения передач, а в то время это был довольно неприятный процесс, способный даже травмировать неискушенного водителя. В дополнение, автомобили с двигателем внутреннего сгорания требовали ручного запуска стартера с помощью рычага - не лучшая особенность для представительского авто. Поскольку в то время хорошие дороги были только в городах, ограниченность хода электромобилей не создавала проблем, и вообще большинство автопоездок носило местный характер.

Detroit Electric, один из самых популярных электромобилей начала века, по утверждениям современников, мог преодолеть 130 км между зарядками. Его скорость составляла 32 км/ч, что считалось достаточным для вождения. Основными покупателями этого электромобиля были женщины и врачи. Среди владельцев были такие известные личности как Томас Эдисон, Джон Рокфеллер и Клара Форд, жена Генри Форда. На рисунке 1 можно увидеть Томаса Эдисона со своим Detroit Electric 1914 года.

Электрический силовой агрегат: прошлое и настоящее

Рисунок 1: Томас Эдисон и Detroit Electric 1914 года. По мнению Эдисона, для электромобилей больше подходили не свинцово-кислотные, а разрабатываемые им железо-никелевые аккумуляторы.


Аккумуляторы EverExceed GEL

 

Marin GEL Range Deep Cycle GEL Range Solar GEL Range
аккумулятор для электромотора аккумуляторы глубокого разряда аккумуляторы для солнечных батарей
10 - 12 лет / 800 циклов 10 - 12 лет / 800 циклов 10 - 12 лет / 800 циклов
для электромоторов лодок и катеров для глубоких циклических разрядов для солнечных электростанций

Для электромобилей того времени в основном использовались аккумуляторы свинцово-кислотной электрохимической системы. Если же покупатель располагал дополнительными финансами, то у него была возможность приобрести Detroit Electric с железо-никелевыми аккумуляторами (NiFe) [BU-203], разработанными Томасом Эдисоном, и имевшими ряд преимуществ, таких как отличные циклические характеристики и хорошая производительность при низких и высоких температурах. Железо-никелевые аккумуляторы имели напряжение элемента 1,2 В, были надежными и могли выдерживать излишнюю зарядку и повторяющиеся полные разрядки, но если брать именно производительность, то здесь преимущество NiFe перед свинцово-кислотными аккумуляторами было минимальным, а стоимость их производства была довольно велика. Кроме того, железо-никелевые аккумуляторы имели высокий саморазряд - 20-40% в месяц, что превышало показатель тогдашних свинцово-кислотных аккумуляторов на 5%.

В 1914 году разрушительный пожар уничтожил завод Эдисона, и популярность железо-никелевых аккумуляторов стала падать. Производство электромобилей достигло своего максимума к 1912 году, но в последующие годы темпы производства уже снижались вплоть до полного прекращения в 1920-х. Требования к транспорту возрастали, и ограничения электрохимических источников тока не позволяли выдерживать конкуренцию с дешевым и доступным тогда бензином.

Массовое производство и меры по сокращению расходов, использованные Генри Фордом при создании в 1912 году знаменитого Ford Model T и сделавшие его очень доступным в плане стоимости, были не единственной причиной перехода на автомобили с бензиновым двигателем. Изобретение стартера в 1912 году, необходимость преодолевать большие расстояния и открытие в Техасе запасов нефти сделали автомобили с двигателем внутреннего сгорания более привлекательными и доступными для широкой публики.

Электромобили были транспортом из прошлого до начала 1990-х, когда Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (англ. California Air Resources Board - CARB) принял новые более экологичные нормы, регулирующие уровень выбросов бензиновых автомобилей. Следствием такой направленной на защиту окружающей среды политики стала разработка концерном General Motors электромобиля EV1 (Electrical Vehicle 1). Доступный только по лизингу, EV1 выпускался в период с 1996 по 1999 год, причем изначально имел свинцово-кислотную аккумуляторную систему мощностью 18 кВт, которая в дальнейшем была заменена на никель-металл-гидридную мощностью 26 кВт.


Тяговые аккумуляторы Trojan (USA)

 

Trojan Marine RV AGM Deep Cycle Trojan GEL Deep Cycle
тяговые лодочные аккумуляторы 12 вольт Тяговые аккумуляторы agm Аккумуляторы для поломоечных машин
10 - 12 лет / 700 циклов 10 - 12 лет / 600 циклов 10 - 12 лет / 800 циклов
для речного и морского траспорта для электромоторов, солнечных электростанций, высоких нагрузок

Хотя никель-металл-гидридная аккумуляторная система и обеспечивала внушительный пробег в 260 км, EV1 все же не был беспроблемным электромобилем. Производственные затраты на него в три раза превышали затраты на обыкновенный бензиновый автомобиль. В 2001 году нормы CARB были несколько ослаблены, и General Motors отозвала все EV1, к неудовольствию многих владельцев. Данные события показаны в документальном фильме 2006 года “Кто убил электромобиль?”, в котором власти дают весьма неоднозначный комментарий по поводу “чистого” транспорта.

Низкая стоимость и высокие характеристики разрядного тока делают свинцово-кислотную электрохимическую систему хорошим выбором для использования в качестве стартерных аккумуляторов. Среди преимуществ таких аккумуляторов можно отметить неплохой показатель мощности, составляющий примерно 720 Вт*ч и стабильность пускового тока, ведь даже при падении уровня заряда аккумулятора до 30% он все еще способен проворачивать стартер двигателя. Аккумуляторная система гибридного автомобиля имеет мощность примерно в два раза больше, а в случае если это подключаемый гибрид с возможностью отдельной зарядки, то мощность составит уже порядка 12,5 кВт*ч. В случае электротранспорта мощность может варьироваться от 15 до 90 кВт*ч. На рисунке 3 сравниваются мощностные характеристики различных аккумуляторных систем.

Электрический силовой агрегат: прошлое и настоящее

Рисунок 2: Мощность аккумуляторных систем различных видов транспорта. В то время как падение емкости аккумуляторной системы гибридного автомобиля или просто стартерного аккумулятора не приведет к неблагоприятным последствиям, в случае электротранспорта такая ситуация прямо повлияет на размер пробега.

Аккумуляторы и такая их характеристика как стоимость за кВт*ч, очень сильно разнятся в зависимости от электрохимической системы. В таблице 3 приведены цены на наиболее распространенные сегодня аккумуляторы. При цене за кВт*ч в $120 наиболее экономичными являются глубокоразрядные аккумуляторы, использующиеся для гольфкаров и электроколясок, после них следуют стартерные, тяговые и стационарные. Комплексное производство, электронные схемы безопасности и системы управления приводят к увеличению окончательной стоимости электрических батарей, даже несмотря на рост объемов производства.

Применение

Электрохимическая система

Мощность

Стоимость за кВт*ч

Общая стоимость

Электровелосипеды

Li-ion

360 Вт*ч

$1.200

$400-500

Стартерные

Свинцово-кислотная

0.5-1 кВт*ч

$160

$120

Гольфкары

Свинцово-кислотная

8 кВт*ч

$120

$720 (комплект)

Погрузчики

Свинцово-кислотная

18 кВт*ч

$166

$3.000

Стационарные

Свинцово-кислотная

От небольших до огромных

$200

$50.000 (стандартно)

Гибридные автомобили (HEV)

NiMH, Li-ion

1-2 кВт*ч

$500

$2.000-3.000

Подключаемые гибридные автомобили (PHEV)

NiMH, Li-ion

5-15 кВт*ч

$500

$10.000-12.000

Электромобили

Li-ion

20-90 кВт*ч

$350

$10.000-30.000

Таблица 3: Аккумуляторные системы различных транспортных средств. Ориентировочная стоимость одного кВт*ч возрастает от свинцово-кислотных аккумуляторов к литий-ионным.

Последнее обновление 2016-05-30


Контроль и защита аккумуляторов

 

Батарейный монитор Защита от глубокого разряда Батарейный балансир
Батарейный монитор Защита от глубокого разряда Стабилизатор тока заряда аккумулятора
контроль более 25 параметров, история и синхронизация защита от низкого и высокого напряжения, возможность регулировки для 12, 24, 36 и 48В систем, возможность параллельного подключения

Электрический силовой агрегат: прошлое и настоящее


Рейтинг и отзывы: 1 1 1 1 1 5/5 на основе 1 голоса