Електричні двигуни
Перші транспортні засоби з електричною тягою були побудовані у середині ХІХ століття.
Широке застосування електричних двигунів обмежується недостатнім рівнем розвитку джерел
електроенергії, які б забезпечували достатній пробіг. Іншою проблемою є відсутність відповідної
інфраструктури – мережі зарядних станцій і т.п.
Ці проблеми – надзвичайної складності. Особливо перша. Багато фахівців (електрики,
хіміки, матеріалознавці) все минуле століття працювали над створенням електричних
акумуляторів великої ємності, але так і не зуміли одержати прийнятні для автомобілебудівників
та інших споживачів результати по запасу ходу електромобіля, оскільки жоден з акумуляторів за
питомою енергоємністю не зміг конкурувати ні з рідким, ні навіть із газовим паливом. Інакше
кажучи, при переході від ДВЗ на батареї електричних акумуляторів доводиться жертвувати або
вантажопідйомністю, або запасом ходу автомобіля. Так, фахівці ВАЗа, дослідивши всі серійні і
дослідні типи батарей, прийшли до виводу, що для автомобілів масового випуску свинцево-
кислотні акумулятори не підходять: їхня питома енергоємність не перевищує 35 Вт/кг. Трохи
краще нікель-кадмієві і нікель-металгідридні акумулятори: їхня питома енергоємність удвічі
вища. Але і тут доводиться шукати компроміс між вантажопідйомністю і запасом ходу
електромобіля. Перспективними вважаються срібно-цинкові акумулятори, однак вартість їх в
декілька разів вища свинцевих. Розробка хлорно-літієвих і сірчано-натрієвих акумуляторів
знаходиться на стадії експериментальних досліджень.
Незважаючи на те, що роботи з електромобілів у багатьох країнах одержали державну (у
тому числі фінансову) і суспільну підтримку (за результатами опитування, у Європі вже сьогодні
1,3% споживачів (200 тис. чол.), готові стати власниками електромобілів, і навіть діє "Асоціація
європейських міст, зацікавлених у використанні електромобілів"), а розробкою електромобілів
займаються практично всі автомобілебудівні фірми, даний транспорт залишається скоріше
спеціальним, ніж масовим: його застосовують в аеропортах, на атомних станціях, територіях
морських портів, виставок тощо. Спроби організувати великомасштабне виробництво поки
малоуспішні.
Наприклад, у Франції у 1998 р. експлуатувалося кілька тисяч цих транспортних засобів і
передбачалося, що їхній парк уже в першому десятилітті нинішнього століття досягне 700 тис.
од. Однак у 2006 р. парк залишався на рівні того ж 1998 р.
Американська фірма General Motors наприкінці 1990-х років випустив серійний "EV-1",
пробіг якого без підзарядки батарей становить 150 км. Його максимальна швидкість – 150
км/год, а час розгону з місця до швидкості 100 км/год – 10 с. Кілька сотень таких електромобілів
було передано каліфорнійським водіям в оренду строком на п'ять років. Однак справа тим і
закінчилася: покупців на "EV-1" не найшлося, оскільки його ціна у 5 разів вище за ціну аналога з
бензиновим ДВЗ, і концерн у 2004 р. припинив програму.
Ford оголосив про створення електромобіля Ecostar і веде його випробування у
Каліфорнії, оскільки губернатор даного штату – ентузіаст електромобілебудування.
У Росії проблемою електромобілів займається ВАЗ. Вже створено фургон ВАЗ-2801,
вантажні ВАЗ-2301 і ВАЗ-2313, прогулянковий ВАЗ-1801, легкові ВАЗ-1111Э и ВАЗ-2109Э.
Причому усі вони мають непогані експлуатаційні показники. Наприклад, у ВАЗ-1111Э (2+2 чол.,
багажник місткістю 90 дм3) запас ходу при швидкості 40 км/год – 130 км, у міському режимі –
100 км; максимальна швидкість – 90 км/год; час розгону до швидкості 30 км/год – 4 с, а до 60
км/год – 14 с; максимальний подоланий підйом – 30 %. Всі перераховані показники забезпечує
електродвигун постійного струму з незалежним збудженням, що розвиває потужність до 25 кВт і
максимальний крутний момент до 108 Н·м. Діапазон частот обертання його вала –
2200ч6700 хв-1. Працює він від нікель-кадмієвої акумуляторної батареї, запас енергії якої
становить 12 кВт·год, маса – 315 кг. Система керування силовим приводом – тиристорна, здатна
забезпечити плавний розгін електромобіля, стійку сталу швидкість його руху, а також
рекуперацію електричної енергії під час гальмування двигуном. Крутний момент від
електродвигуна передається на колеса електромобіля через одноступінчастий редуктор, косозубу
передачу зовнішнього зачеплення і циліндричну головну передачу, які розміщені у загальному
картері. Інші системи ті ж, що і в автомобіля ВАЗ-1111.
Перспективним вважаються джерела струму у вигляді електрохімічних генераторів (ЕХГ)
або, як їх часто називають, паливних елементів (рис. 17.10). У паливному елементів струм
утворюється при подаванні на анод водню, а на катод – кисню при участі каталізаторів.
У середині 1990-х років завод АЗЛК на базі автомобіля АЗЛК-2141 розробив
електромобіль "Москвич-2141Е1" з такими технічними даними: ємність акумуляторів – 125
А·год, напруга джерела струму – 108 В, номінальна потужність тягового електродвигуна – 19
кВт, пікова – 30 кВт, час розгону до швидкості 60 км/год – 14,4 с, максимальна швидкість – 110
км/год, запас ходу при швидкості 50 км/год та одним пасажиром – 100 км, при тій же швидкості,
але з повним навантаженням – 80 км. Економічні витрати на 100 км пробігу, за твердженням
розробників, виявилися в 10 разів менше, ніж в аналога із ДВЗ.
Наведені приклади говорять про те, що жодна автомобілебудівна фірма, за великим
рахунком, серйозно до електромобіля не ставиться: конструктори поки ознайомлюються із
проблемою на власному досвіді. Проте ясно, що електромобілі, при всіх перевагах, мають і ряд
недоліків, які ще не дозволяють їм стати масовим транспортом. Основні із цих недоліків:
величезні витрати на кольорові і рідкі метали, відсутність налагодженого виробництва потужних
тягових акумуляторів і мережі зарядних станцій, труднощі з утилізацією батарей, що
відпрацювали строк, дуже маленький запас ходу на одній зарядці тощо.
Рисунок 17.10. Схема електромобіля з паливними елементами (а) і схема енергоустановки (б):
1 – пускова батарея; 2 – блок керування; 3 – балони з воднем; 4 – балони з киснем; 5 –
електрохімічний генератор; 6 – електромотор