Электротранспорт — вид транспорта , использующий в качестве источника энергии электричество , а в приводе используется — тяговый электродвигатель .
Энергия, приводящая в движение транспортное средство, может быть получена из нескольких источников в том числе: из химической энергии бортовых батарей и аккумуляторов (электромобиль , электробус и т. п.); из запасённой энергии в конденсаторах (капабус); совместно из бортового аккумулятора и топливной силовой установки (гибридный автомобиль); вырабатываться на борту, используя бензиновый двигатель или дизельный двигатель (карьерный самосвал и т. п.).
Электромобиль — автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от независимого источника электроэнергии (аккумуляторов, топливных элементов, конденсаторов и т. п.), а не двигателем внутреннего сгорания.
Гибри́дный автомоби́ль — автомобиль , использующий для привода ведущих колёс более одного источника энергии. Современные автопроизводители часто прибегают к совместному использованию двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и электродвигателя , что позволяет избежать работы ДВС в режиме малых нагрузок, а также реализовывать рекуперацию кинетической энергии , повышая топливную эффективность силовой установки. Другой распространённый вид гибридов — автомобили, в которых ДВС совмещён с двигателями, работающими на сжатом воздухе .
В настоящее время развитые страны проводят целенаправленную политику по популяризации электротранспорта, в частности электромобилей. Это связано с тем, что автомобили с двигателем внутреннего сгорания (далее – ДВС) работают на жидком топливе, а их запас уже ограничен. Так же эксплуатация автомобилей с ДВС не соответствует экологическим стандартам. На фоне этих проблем раскрываются возможности электротранспорта с альтернативным источником топлива, в первую очередь электромобиля. Известны и его недостатки. Однако, конкуренция и потребность в сфере электротранспорта рождает все новые технологии, что ещё больше стимулирует развитие электромобиля и позволяет обеспечить системный подход, удовлетворяющий производителя, пользователя, а также выполнение стандартов по защите окружающей среды.
На рубеже девятнадцатого и двадцатого веков интерес к электромобилям был велик, что порой их производство и сбыт превышали такие же показатели в области автомобилестроения. Электромобили привлекали к себе внимание бесшумностью, простотой управления и отсутствием отработавших газов.
Небольшой запас хода, необходимость частых подзарядок аккумуляторов или полной замены тяжелых батарей в то время мало смущали покупателей. В основном это были представители аристократии, и электромобиль в их глазах был чистенькой и удобной игрушкой – в отличие от пропахших бензином и маслом, чадящих и шумных бензиновых экипажей. К концу девятнадцатого века количество электромобилей превышало количество автомобилей с ДВС в несколько раз. В то время скорость и дальность их пробега были не так существенны, по сравнению с удобством и простым обслуживанием и уходом, а также отсутствие шума и комфортность поездки, быстрота запуска электродвигателя.
Во многих странах Европы и Америки число фирм, производивших электромобили, исчислялось десятками. Электромобилями занимались как отдельные известные изобретатели – такие, как, например, русский инженер Ипполит Романов, – так и крупные фирмы: французская «Жанго», английская «Берсей», австрийская «Лорнер» и другие. Наиболее популярны электромобили были в Америке.
Первые электромобили были собраны в 1830-40-хх годах. Принято считать первопроходцами в этом деле англичан Роберта Андерсона, Роберта Дэвидсона и американца Томаса Девенпорта. Известно, что англичанин Дэвидсон в 1838 году собрал первый электромобиль всего через шесть лет после открытия Фарадеем электромагнитной индукции. Первые экземпляры представляли собой неуклюжие сооружения со скоростью менее скорости пешехода.
Изобретатель Уолтер Бейкер (1868-1955) считался основателем электромобильного бизнеса в Америке и вообще пионером американской моторизации. Первое детище Бейкера по своему внешнему виду почти ничем не отличалось от автомобилей Генри Форда, Олдеа или Паккарда тех лет. Это была легкая и высокая 2-местная тележка на 4-х велосипедных колесах с загнутым вверх передком и рулевым рычагом. Из-за наличия аккумуляторов электромобиль получился слишком тяжелым. Бейкер оснастил его мягкой подвеской на эллиптических рессорах.
Новинками тех лет были электрические фары и электрический гудок. Аккумуляторная батарея позволяла эксплуатировать электромобиль в течении 6 – 8 часов без подзарядки. Скорости движения электромобилей росли довольно быстрыми темпами. Первый значимый рекорд скорости среди «самобеглых» экипажей был установлен в 1898 году на автомобиле с электродвигателем. Граф Гастон де Шаслу-Лоба на авто Jeantaud Duc тогда разогнался до 63,15 км/ч.
Уже в 1899 году был преодолен знаковый стокилометровый рубеж. Рекорд установлен бельгийцем Камилем Женатци во французском городе Ашер (около Парижа) на электромобиле «La Jamais Contente». Электромобиль имел обтекаемый корпус из сплава алюминия и вольфрама с двумя двигателями суммарной мощностью 67 л. с.
В 1901 году этот электромобиль был модернизирован. Он стал выглядеть солиднее – получил тент, руль и был оснащен двойным сиденьем со спинкой и подлокотниками. Аккумуляторы размещались под сиденьем, и электромотор в 0,75 лошадиных сил приводил в движение заднюю ось при помощи цепной передачи. Машина развивала скорость лишь 30 км/час и на одной зарядке могла проехать 80 км. Увеличение скорости движения достигались на спортивных электроавтомобилях – гонках, которые собирали много зрителей (рис. 1.1).
В 1900 году переднеприводный электромобиль Фердинанда Порше был представлен на Парижском автосалоне. Позже изобретатель добавил в середину шасси электромобиля два бензиновых двигателя внутреннего сгорания, что служили приводом для электрогенераторов. От динамо-машин вырабатываемый электрический ток поступал к двигателям в колесах, избыточная энергия – к аккумуляторным батареям. В 1901 году гибридный автомобиль Ф. Порше на автошоу в Париже снова получил шумный успех.
Известны в истории развития электромобилей соревнования на скорость на улице общего пользования в Нью-Йорке, с участием двухместного Torpedo. 31 мая 1902 года уже через 47 секунд автомобиль развил скорость порядка 120 км в час, вскоре достиг порядка 170 км в час, что на 55 км превышало действующий рекорд скорости. Неожиданно электромобиль наехал на препятствие – рельсу трамвайных путей. Произошла авария, автомобиль потеряв управление и колеса, перевернулся. При этом двое болельщиков погибли, а два десятка были ранены. Изобретатель У. Бейкер и его моторист Дензер не пострадали. Впервые они пристегнулись, используя ремни безопасности, и спасли свою жизнь. Такой поучительный случай – установлен новый рекорд, беспечность и безопасность на транспорте. Все оказалось рядом и одновременно. Известно и другое, что ремни безопасности широко начали использовать лишь через семьдесят лет после их первого испытания. Рекорд скорости для электромобилей — 167 км в час продержался 64 года. После началась история дальнейшего развитие идеи использования автомобилей и для других целей.
Достижения в области автомобильных технологий, рост нефтяной инфраструктуры, массовое производство и расширения ассортимента бензиновых автомобилей, а также значительное снижение цен на бензин – привели к практически полному вытеснению электрических двигателей с рынка к 1930 году. В 20-м столетии электромобили уступили место автомобилям с ДВС. Главной причиной были аккумуляторы, их не совершенность. Запас хода был не велик, а производство автомобилей расширялось, они становились все распространение. Динамика параметров пробега и скорости движения электромобиля росла.
После Второй мировой войны практически все изготовляемые транспортные средства имели двигатели внутреннего сгорания. Электрифицированными оставались только некоторый виды общественного городского транспорта. Период застоя в развитии электрического транспорта продлился до 1960 г. В этот период электрокары уступили место автомобилям с ДВС.
Таким образом, развитие конструктивных и динамических возможностей электроавтомобиля с 1830 года и по настоящее время с учетов обостренного интереса и его снижения имеет почти 200 — летнюю историю (рис. 1.2). Это, пожалуй, самый длительный процесс развития и возросшего интереса, как реванш в наши дни.
В связи с глобальным потеплением и требованиями к снижению загрязнения окружающей среды отработавшими газами автомобильных двигателей, а также ограниченностью запасов углеводородного топлива, к электротранспортным средствам интерес в настоящее время резко обострился.
Главными преимуществами электромобилей являются:
— отсутствие отработанных газов электродвигателя;
— бесшумность работы электродвигателя;
— более высокий уровень надежности и долговечности при простоте конструкции;
— возможность использования экологичных и возобновляемых источников энергии;
— регенеративное использование энергии при торможении.
К недостаткам электромобилей относятся:
— низкая удельная энергоемкость аккумуляторов и большой вес батареи;
— необходимость развития энергетики на не углеводородных видах топлива и сети энергообеспечения вдоль автомобильных дорог;
— создание инфраструктуры зарядки электромобилей ресурса и безопасности аккумуляторов;
— разработка способов снижения электромагнитного воздействия.
История создания источника энергии альтернативного жидкому топливу начиналась в Советском Союзе с использованием водорода (рис. 1.3), а продажа электромобилей в мире (таблица 1.1.) получило дальнейшее развитие. В 2000 годы, выпущенные заводами легковые автомобили, по динамическим характеристикам уже превосходили аналогичные автомобили с ДВС.
Таблица1.1
В таблице 1.2 приведены основные характеристики электромобилей. Как видно из данных, электромобили по динамическим качествам не уступают традиционным автомобилям, а по эффективности использования энергии, значительно их превосходят. Запас хода в 150 – 180 км для городских условий эксплуатации при использовании станций быстрой зарядки является вполне удовлетворительным.
По прогнозам Международного энергетического агентства, (МЭА), к 2030 году будет использоваться 145 млн. «зеленых» автомобилей. На конец 2020 года количество электрокаров составляло чуть более 11 млн. МЭА также приводит следующие данные. В минувшем году 2022 году было зарегистрировано рекордное количество новых электрокаров — около 3 млн, включая грузовые машины и автобусы. Прирост составил 140 %, в то время как глобальные продажи всех транспортных средств упали. Самым активным рынком сбыта стала Европа, США, Китай. В Норвегии намечено полностью перевести автомобильный транспорт на электромобили к 2025 г., в Англии, Дании, Нидерландах, Швеции, Ирландии — с 2030 г., Китай и Япония — с 2035 г., во Франции и Испании — с 2040 г.
Многие другие государства поддерживают производство электромобиля. Разработаны программы по развитию и использованию электротранспорта, в том числе и в Республике Беларусь.
В настоящее время гибридный автомобиль представляет собой транспортное средство, способное автономно при изменении условий режима нагрузки и скорости движения использовать ДВС, ДВС-генератор, либо осуществлять движение за счет электрической энергии аккумулятора, либо одновременно использовать мощность бортовых источников энергии. Применение гибридных автомобилей стало актуальным в связи: с ограничением выбросов CO2, особенно в населенных пунктах и мегаполисах; с постоянно снижающимися запасами ископаемых источников энергии; увеличением затрат на их добычу и переработку.
Учитывая специфические особенности использования грузового транспорта на большом плече выполнения перевозок, а также в карьерах и местах специального назначения в сложных условиях, гибридные автомобили могут на долго остаться в эксплуатации, рядом с электромобилями и автомобилями с ДВС.