Электромобили Opel: ион и молнии
ДЕНЬГИ НА ВОЗДУХ
По прогнозам специалистов, в ближайшей перспективе никакого прорыва в развитии аккумуляторных технологий не предвидится. «В следующие пять лет батареи не станут легче и компактнее, – говорит Манфред Херман, ведущий инженер»Опеля«по электронным системам. – Чтобы, как на баке бензина, проехать полтысячи километров, на борту придется разместить почти 800 кг литий-ионных аккумуляторов».
Уже несколько десятилетий инженеры-электротехники совместно с автомобилистами бьются над источниками питания нового поколения – литий-воздушными. Но лишь через пару лет появятся образцы, готовые к ходовым испытаниям. А серийное производство начнется не раньше 2020 года. Причина – в медленном протекании процессов в батареях. Сейчас молекулы разгоняют сверхмощные компьютеры, имитируя процессы внутри элементов питания, а в реальности понадобятся подходящие каталитические вещества, поиск которых как раз сейчас активно ведут. Но показатели обещают фантастические: при сравнимых массе и размерах запас энергии на порядок больше, чем у литий-ионных.
Впрочем, есть и обратная сторона медали. Чтобы быстро (хотя бы за несколько часов!) зарядить более емкие литий-воздушные батареи, уже сооружаемые сейчас «электрозаправки» не подойдут. Нужны гораздо более мощные установки, что потребует перестройки всей существующей электросети. Я уже не говорю о том, что недостающие киловатты надо не только подвести и раздать, но и «добыть». Кстати, и о домашних заправках придется забыть: бытовые сети не потянут сверхмощные зарядки, а с помощью установок, которые сейчас прилагают к электромобилям, пополнять батарею емкостью 100–120 кВт•ч придется несколько суток.
НА ЗАПРАВКУ СТАНОВИСЬ
Европейский план развития сети электрозаправок расписан до 2020 года и тянет на 3 миллиарда евро. В течение трех лет предстоит построить 150 тысяч станций, где можно пополнить батареи, – такие ресурсы рассчитаны примерно на 115 тысяч выпущенных электромобилей и подзаряжаемых гибридов. Еще через пять лет электрозаправок станет в пять раз больше (без учета «домашних» точек), а армия заезжающих на них машин достигнет миллиона.
В идеале водители машин с двигателем внутреннего сгорания и машин с электромотором должны проводить на заправке равное время. Сегодня, чтобы электромобиль проехал 100 км, зарядка от однофазной 220-вольтовой сети (мощность 3,7 кВт) занимает около шести часов, от трехфазной 360-вольтовой (11 кВт) – чуть больше полутора. А если поднять мощность вдвое, то подпитка батареи продлится не дольше, чем обеденный перерыв с чашечкой кофе. Согласитесь, уже вполне комфортно.
Но идеал, к которому стремятся, – заряжать батарею за три минуты. Правда, столь молниеносная заправка пока кажется скорее эпизодом из фантастического романа. Ведь этот процесс требует сверхмощных зарядных устройств (более 500 кВт) и обязательно потребуется дополнительное эффективное охлаждение батарей. А это грозит не только недешевыми изменениями конструкции электромобилей, но и кардинальной перестройкой энергосистемы в целом.
ТОЛЬКО БЕЗ РУК
А если устраивать заправки повсеместно? Лучше других подойдут бесконтактные, основанные на принципе электромагнитной индукции. Две электромагнитные катушки: первая, стационарная, подключена к электросети, вторая, принимающая, установлена на автомобиле. Машина заезжает на зарядку, электромагнитное поле стационарной катушки индуцирует на приемнике ток, который перетекает в батарею.
Предложение не ново. Еще в конце 1990-х хозяин «Опеля», американский концерн «Джи-Эм», выпускал электромобиль EV1, одна из модификаций которого могла заправляться по воздуху. Мощность зарядного устройства составляла 6,6 кВт, а контактная пластина приемника располагалась перед капотом.
И хотя принцип бесконтактной зарядки остался прежним, конструкции за последнее десятилетие сделали размашистый шаг вперед. Повысилась мощность, сократилось время зарядки, КПД вырос до 90%, а процесс почти полностью автоматизирован. Кроме того, сейчас испытывают системы, встроенные в дорожное полотно. К примеру, электромобиль останавливается на перекрестке – и подзаряжается электрической энергией. Если закатать катушки в асфальт на стоянках такси или автобусов, то возможности свободного передвижения у этого транспорта резко вырастут.
Первые разработки были чувствительны к расстоянию между передатчиком и приемником, нынешние же бесперебойно работают, когда дорожный просвет колеблется от 100 до 200 мм – подойдет как для спортивных машин, так и для кроссоверов. Впрочем, «Опель» совместно с другими автопроизводителями, а также поставщиками комплектующих, научно-исследовательскими институтами работает над списком требований, предъявляемых к бесконтактным зарядным устройствам.
Например, приемник должен быть расположен в передней части автомобиля, а не между осями, иначе при парковке поперек или по диагонали к бордюру возникнут сложности с подсоединением. Впрочем, задачу точно расположить одну электромагнитную катушку над другой в ближайшее время наверняка поручат парковочному ассистенту.
Самолеты иногда заправляют в воздухе, а можно ли заряжать автомобили прямо на ходу? Оказывается, ученые уже экспериментируют с динамичными бесконтактными заправками. Правда, пока они заряжают автомобили лишь на небольшой скорости, но и это большой успех в деле электрификации всех дорог. Когда на городских улицах и магистралях появятся полосы под напряжением, главная проблема электромобиля – запас хода – навсегда уйдет в историю.
Затраты на эксплуатацию автомобилей с разными типами двигателей:
4073