Реферат на тему: "Будущее за электромобилями"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

«Балашовский техникум механизации сельского хозяйства»

на тему: „Будущее за электромобилями“.

Выполнил: студент группы Э-31:

                                                                                                         Никишкин И.П.

Руководитель преподаватель:

Черкасова И.Е.

Балашов 2016 г

Содержание

Создание и развитие электромобиля

Качественные характеристики электромобилей к рубежу веков тоже были весьма впечатляющими. Скорости росли очень быстрыми темпами и довольно скоро достигли высоких показателей. В течение XIX столетия электромобиль установил несколько рекордов. Особенно заметным стал рывок в последнее десятилетие века. В 1895 году была достигнута скорость 63,15 км/ч. Рекорды следовали друг за другом. Всё новые и новые достижения фиксировались практически ежегодно. В 1899 году электромобиль сумел преодолеть рубеж 100 км/ч. На тот момент это было действительно выдающимся достижением. Произошло это знаменательное событие во французском городе Ашер, неподалёку от Парижа. Электромобиль-рекордсмен под названием La Jamais Contente был создан бельгийцем Камилем Женатци. Машина имела обтекаемый корпус из сплава алюминия и вольфрама. Внешним видом она напоминала торпеду, установленную на шасси. Кузов электромобиля был открытым. Он оснащался двумя электродвигателями и имел массу около 1 тонны. Конструктор сам управлял своим детищем. Электромобиль достиг скорости 105, 88 км/ч.

Гоночный электромобиль La Jamais Contente, 1899 г.

Заметный след в истории электромобиля оставил американский конструктор Эндрю Лоуренс Райкер. Он был первым председателем SAE – Ассоциации автомобильных инженеров. Райкер основал собственную компанию и в конце XIX – начале XX столетия разработал несколько моделей городских легковых и грузовых электромобилей. Им была сконструирована оригинальная карета скорой помощи, оборудованная электроприводом.

В XX столетии машина с электродвигателем постепенно уступила свои позиции традиционному автомобилю. Причиной стали серьёзные минусы, главным из которых была недостаточно большая ёмкость аккумуляторов. Из-за этого запас хода был не слишком велик. Производство автомобилей с двигателями внутреннего сгорания постоянно расширялось и обходилось всё дешевле. В связи с этим они получали всё большее распространение.

Впрочем, в первые десятилетия XX века ситуация ещё не была столь однозначной. На улицах крупнейших городов можно было увидеть как машины с двигателями внутреннего сгорания, так и электромобили. Неоспоримые преимущества последних при эксплуатации в городских условиях были оценены по достоинству. В Нью-Йорке, например, в 1910-х годах работали до 70 тысяч такси на электрической тяге.

Однако, процент электромобилей среди транспортных средств медленно, но верно снижался. Если в самом начале века их доля составляла чуть менее половины, то в 1920-х годах она уменьшилась до 1%.

Говоря об этом периоде в истории электромобиля, нельзя не упомянуть о такой американской компании, как Detroit Electric. Как следует из названия, она находилась в «Мекке» автомобилестроения – городе Детройте, штат Мичиган. Начиная с 1907 года эта компания занималась выпуском электромобилей, которые пользовались широкой популярностью среди потребителей. В свои лучшие годы Detroit Electric продавала до двух тысяч машин в год. Для того времени это был значительный показатель.

Электромобили Detroit Electric (1915-1916 г. выпуска)

Эксплуатационные характеристики выпускаемых моделей были весьма неплохими. Электромобиль Detroit Electric мог развивать скорость до 32 км/ч и преодолевал 130 км без подзарядки. Производство электромобилей продолжалось до 1942 года. В последние годы выпуск стал почти символическим, поскольку число заказов было очень невелико. Некоторые экземпляры хорошо сохранились до наших дней. Их можно увидеть в автомобильных музеях.

Последующие несколько десятилетий можно без особого преувеличения назвать «мёртвым» периодом в истории электромобилестроения. Данная отрасль практически исчезла. Как производство электромобилей, так и какие-либо исследования в этой области были прекращены вплоть до конца 60-х годов.

Так завершился первый период в истории электромобиля. Впрочем, развитие этого вида транспорта не прервалось. Многочисленные энтузиасты во многих странах продолжали создавать новые модели электромобилей

В начале XX столетия машины на электрической тяге не только не уступали автомобилям с двигателями внутреннего сгорания, но и по многим параметрам превосходили их. Причём как в качественном, так и в количественном отношении. Доля электромобилей среди всех транспортных средств была велика. Однако после бума на рубеже XX- XIX столетий, выпуск электрических машин постоянно сокращался и в 1940-х годах практически прекратился.

Возрождение электрического транспорта произошло в конце 60-х годов. Причин для этого было несколько. Важными факторами стали экономика и экология. Цена нефти возрастала. В то же время уровень загрязнённости крупнейших городов достиг невиданных ранее показателей. Выхлопные газы автомобилей стали оказывать всё более серьёзное влияние на здоровье людей. В этот период начались активные поиски альтернативных видов топлива. Тут и вспомнили про, казалось бы, уже основательно забытые электромобили. Начался новый этап в развитии данного вида транспорта.

Впрочем, утверждение о том, что в 40-х – 60-х годах электромобилестроение полностью прекратилось, не вполне корректно. Попытки возрождения электрического транспорта предпринимались и в этот период. В частости, нельзя не упомянуть о такой машине, как Henney Kilowatt, которая стала значительным событием на рубеже 50-х – 60-х годов.

Henney Kilowatt

Эта модель была разработана в 1959 году. Её производством занималась National Union Electric Company. Оборудованный 36-вольтной системой Henney Kilowatt мог развивать максимальную скорость до 64 км/ч. Запас хода на одной зарядке составлял около 64 км. В 1960 году новые модели были оснащены уже 72-вольтной системой (двенадцать последовательно соединённых 6-вольных батарей). В результате максимальная скорость возросла до 97 км/ч, а пробег без подзарядки – до 97 км. В общей сложности за два года производства было выпущено около 100 электромобилей Henney Kilowatt. Несколько экземпляров сохранилось до наших дней.

В 60-х – 70-х годах прошлого века разработкой и производством электромобилей стали заниматься различные крупные и мелкие фирмы, главным образом, в Соединённых Штатах. В особенности стоит упомянуть две американские компании: Sebring – Vanguard и Elcar Corporation. В те годы они стали лидерами в электромобилестроении. Каждая из компаний произвела несколько тысяч оригинальных машин собственной разработки.

Sebring – Vanguard выпускала электромобили под названием «CitiCar». Эти машины были способны проехать 80-95 км без подзарядки. Максимальная скорость достигала около 71 км/ч. Всего было выпущено более 2 тысяч таких машин.

Sebring – Vanguard CitiCar

Elcar Corporation занималась производством одноимённых электромобилей. Elcar по своим эксплуатационным характеристикам не слишком сильно отличался от CitiCar. Этот электромобиль мог передвигаться с максимальной скоростью 72,5 км/ч. Расстояние, преодолеваемое на одной зарядке батареи, равнялось 95 км. Аналогичная машинка выпускалась также под маркой Zagato Zelle

Elcar (Zagato Zelle)

Ещё одним производителем электромобилей в этот период была компания Battronic. Выпускаемый этой фирмой электрический грузовик передвигался со скоростью 40,2 км/ч. На одной зарядке батареи он мог проехать почти 100 км. Помимо грузовых электромобилей в середине 70-х годов компания Battronic выпустила около 20 пассажирских автобусов на электрической тяге.

Электромобили пользовались популярностью не только среди частных лиц. К услугам этого вида транспорта прибегали и государственные службы. Например, в 1975 году почтовая служба США закупила 350 электрических джипов у American Motor Company. Они использовались для доставки почтовой корреспонденции. Максимальная скорость этих джипов составляла 80,5 км/ч. Они могли преодолеть расстояние до 65 км.

В 70-х годах прошлого столетия произошло ещё одно важное событие, связанное с электромобилестроением и сохранением окружающей среды. Американский инженер Виктор Воук (Victor Wouk) разработал первый в мире автомобиль с гибридным приводом. Первым гибридом стал Buick Skylark, на который был установлен электродвигатель мощностью 20 кВт.

Первый в мире гибрид - Buick Skylark

К началу 1990-х годов экологические соображения стали играть всё возрастающую роль при разработке новых моделей автомобилей. В некоторых странах были приняты законы, направленные на ограничение вредных выбросов в атмосферу. Автопроизводители были вынуждены уделять большее внимание вопросам сохранения окружающей среды.

Разработкой электромобилей занимались не только крупные, но и относительно небольшие компании. Одним из заметных явлений в 90-х годах стала модель Tropica компании Renaissance Cars. Кстати, создал эту фирму Боб Бомонт, основатель уже упоминавшейся Sebring-Vanguard. Двухместный открытый спортивный электромобиль Tropica был способен развивать максимальную скорость 100 км/ч, при пробеге до 130 км на одной зарядке батарей.

Renaissance Tropica, 1995 г.

Особенно насыщенным периодом в истории электромобиля можно назвать 90-е годы прошлого века. В это время правительства многих стран стали активно ужесточать требования к выбросам транспорта и стимулировать внедрение новых, экологически чистых автомобилей, и прежде всего – электромобилей. Именно в этот период крупнейшие мировые автоконцерны всерьез занялись разработками экологически чистых автомобилей. В первую очередь, это касается таких гигантов, как Toyota, Honda, Ford и General Motors. В результате на рынке появилось достаточно большое количество моделей гибридных (т.е. оснащённых двигателем внутреннего сгорания и электромотором), а также полностью электрических автомобилей.

Например, Toyota в последнее десятилетие XX века захватила лидерство по производству гибридов. С 1997 года выпускается Prius, который получил в мире достаточно широкое распространение. Продажи этой модели в различных модификациях постоянно растут. Сейчас количество выпущенных машин достигло нескольких сотен тысяч экземпляров.

Своеобразным «центром электромобилизации» в этот период стала Калифорния. Дело в том, что в этом штате в начале 90-х был принят Zero Emission Mandate. Согласно этому закону, автопроизводители были обязаны выпускать определённое количество автомобилей с «нулевым выхлопом». В 1998 году число таких машин, продаваемых в Калифорнии, должно было составлять 2%, а к 2003 году возрасти до 10%. В результате, работы по конструированию и производству электромобилей стали вестись более интенсивно, а их количество резко увеличилось.

Для выполнения этого закона автопроизводители предложили целый букет различных моделей. Например, Toyota разработала полностью электрическую версию внедорожника RAV4 с никель-металлгидридной батареей, который производился до 2003 года. Свои электромобили предложили также Honda и Nissan.

Электрический Toyota RAV4, 2001 г.

Ford разработала фургон Ford Ecostar. Его эксплуатационные характеристики были весьма неплохи. Максимальная скорость – 112,5 км/ч, а пробег на одной зарядке – от 130 до 160 км. Всего было выпущено около сотни таких машин. Кроме того, выпускалась электрическая версия пикапа Ford Ranger. Он был оборудован свинцово-кислотной батареей и мог проехать 100 км без подзарядки. Максимальная скорость электрического Ford Ranger составляла 120 км/ч. Также свою версию электрического пикапа S-10 представила компания Chevrolet. Он был оснащён электромотором мощностью 85 киловатт, максимальная скорость составляла 110 км/ч, а пробег без подзарядки – 72,5 км.

Ford Ecostar, 1992 г.

Ford Ranger Electric, 1998 г.

Однако наиболее заметным событием того вреени стал выпуск электромобиля с незамысловатым названием EV1 компанией General Motors. Предшественником EV1 был Impact – электромобиль, представленный в 1990 году на автосалоне в Лос-Анджелесе. На его основе и были разработаны EV1. Серийное производство EV1 началось в 1997 году. Эти двухместные машинки первоначально оснащались свинцово-кислотными батареями. Пробег на одной зарядке достигал 150 км. В 1999 году началось производство второго поколения EV1. Вместо свинцово-кислотных батарей на электромобилях установили никель-металлгидридные. Пробег электромобиля достгал 240 км, а максимальная скорость – 130 км/ч.

Устройство электомобиля EV1

Благодаря своему футуристическому, спортивному дизайну и удобству использования EV1 сразу стал популярной машиной. Очень быстро образовалась очередь желающих взять в аренду (EV1 не продавались, а сдавались владельцам в аренду). Многие звёзды Голливуда ездили на EV1. Отзывы тех, кто пересел на электрический EV1, были положительными.

Дизайн EV1 был очень инновационным для своего времени

Однако, массовые продажи электромобилей так и не начались. В 2003 году закон о Zero Emission был в значительной степени смягчён. Требование об обязательном производстве автомобилей, не производящих выхлопы, было аннулировано. Существуют различные версии того, почему данный закон был изменён. Возможно, сыграли свою роль интересы крупнейших нефтяных компаний. Так или иначе, выпуск электромобилей практически был остановлен.   

Электромобили EV1 никогда не поступали в широкую продажу. Их можно было только взять в аренду. Всего было выпущено 1117 экземпляров этой модели. В 2003 году компания General Motors официально свернула программу EV1. Почти все электромобили EV1 были отозваны и уничтожены. О трагичной судьбе EV1 в 2005 году был даже снят кинофильм  «Кто убил электромобиль» , в котором также хорошо описаны события 90-х по внедрению электромобилей в США.

Однако производство электромобилей в конце прошлого века развивалось и по другую сторону океана - в Европе. Крупнейшие французские и немецкие компании, такие как Volkswagen, Renault, Peugeot и Citroёn занимались собственными разработками в этой области.
 
Volkswagen выпустил электрические версии своих популярных моделей Golf и Jetta. В 1995 – 1998 году было произведено около двухсот электромобилей под названием CityStromer. Эти четырёхместные машины с пятискоростной механической трансмиссией развивали скорость до 100 км/ч. Они оборудовались кислотно-свинцовыми батареями. Запас хода составлял 50 –90 км.

Volkswagen Golf CityStromer, 1995 г.

Компания Citroёn занималась производством электромобиля Berlingo Electrique. Максимальная скорость этого фургона – 96,5 км/ч, запас хода –  до 95 км. Производство данной модели продолжалось до 2005 года.

Renault в 90-е годы выпускала Clio Electrique. Эта модель имеет максимальную скорость 100 км/ч, может преодолеть до 100 км без подзарядки.

Renault Clio Electrique

Автоконцерн Peugeot тоже не остался в стороне от этого процесса и добился определённых успехов. В 1995 году Peugeot представил модель 106 Electrique, которая была признана самым экологически чистым автомобилем Европы. Эта машина обладала способностью развивать скорость до 96 км/ч и преодолевать расстояние до 88 км. Позднее был разработан Peugeot Partner Electric. Его запас хода – 90 км, максимальная скорость – 90 км/ч.

Peugeot 106 Electrique

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

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.

Сравнение с ДВС — преимущества и недостатки

Преимущества.

• Отсутствие вредных выхлопов в месте нахождения электромобиля.
• 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 22-60 % 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.

Недостатки.

• Аккумулятор электромобиля
• 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. 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.

Заключение

Многие электромобили, выпущенные в середине 90-х, до сих пор «бегают» по дорогам США и стран Европы, радуя своих владельцев. Жаль, что волна электромобилизации, которая стала нарастать в то время, была прервана в самом начале  нашего века. Существует можество причин и версий того, почему это произошло - это и противодействие нефтяных компаний, и подешевевшая в конце 90-х нефть, и несовершенство технологий (прежде всего аккумуляторных батарей), и просто неготовность рядовых потребителей к электромобилям.

Однако мир меняется, и сегодня существуют все предпосылки для очередного возрождения электромобилей, но уже на совершенно новом уровне. Сегодня нефть уже не такая дешевая, как раньше и крупнейшие индустриальные страны озабочены своей зависимостью от ее поставщиков. Технологии аккумуляторных батарей значительно продвинулись вперед. И тенденции нескольких последних лет, которые происходят в мировом автопроме, дают надежду на то, что вскоре мы увидим новое поколение электромобилей, которые наконец будут выпускаться серийно крупнейшими автопроизводителями (Renault, Nissan, General Motors, Mitsubishi, BYD и другие) и будут доступны рядовым потребителям.

Список использованных источников:

1. http://electrotransport.ru
2. http://electroauto.ru
3. http://boxing.ru/forum
4. http://ru.wikipedia.org