Литий-ионные аккумуляторы — настоящее и будущее — журнал За рулем

Электрическая тяга, или Тихая литиевая революция

Электромобили всеми силами стараются вылезти из образа забавной дорогой игрушки. Но пока что не могут. Подчеркиваю: пока что. Ибо остаюсь их убежденным сторонником. Про ампер-часы и прочие киловатты много лет пишу статьи, и не только в ЗР. Спорить ни с кем не собираюсь — лучше пробегитесь взглядом по фотографиям. А если останется время, то и по тексту.

home_hero_blue_kiosk

home_hero_blue_kioskЭлектрический спорт-седан Tesla Model S может проехать до 435 км без подзарядки
Электрический спорт-седан Tesla Model S может проехать до 435 км без подзарядки
Электрический спортседан Tesla Model S может проехать до 435 км без подзарядки

Многие изобретения годами ждут перехода количества в качество. Те же транзисторы размахнулись во всю мощь, уменьшившись до размера то ли инфузории, то ли микроба. Результаты — мобильные телефоны, айпады и прочие гаджеты. А вот что происходит с источниками питания?

Постоянно повышающаяся плотность упаковки электроэнергии в литий-ионных аккумуляторах вызвала к жизни, например, такие телефоны, как Philips Xenium E180 с батарейкой на 3,1 А∙ч, способный почти полгода ожидать звонка. А дождавшись, непрерывно болтать двое суток! Такой (или почти такой) аккумулятор может и стартер прокрутить, доказательством чему являются десятки и сотни пусковых устройств, умещающихся в кармане. Ну а то, что в кармане не поместится, позволит проехать, проплыть или пролететь сотни километров без грамма бензина. Об этой революции и поговорим!

Идеальное токохранилище?

Знаю — оно не без недостатков. Начнем с того, что плотность энергии не позволяет электрокарам пока проехать между розетками больше 400 км. На практике — вдвое-втрое меньше. Про зиму лучше не вспоминать. Портит все карты противоречие между временем зарядки и сроком службы аккумулятора: не хотите тратить часы на «заправке», потратите многие десятки тысяч рублей на преждевременную замену батареи. На холоде емкость резко снижается (впрочем, литий-ионный аккумулятор может сам себя подогреть, но тоже за счет пробега). А вот если его перегреть при зарядке, рванет так, что мало не покажется. Были случаи смертельных ранений даже от телефона, что уж говорить о взрыве электромобиля?

И тем не менее уж больно хочется перемещаться в пространстве без шума и выхлопа. Вот и посмотрим, как это получается сегодня и что ждет нас завтра.

Плавали, знаем…

И знаем очень хорошо еще по картине Репина «Бурлаки на Волге». Сил десятка человек вполне достаточно, чтобы тащить здоровенную баржу. Но медленно, потому что в воде сила сопротивления резко увеличивается с ростом скорости. Итак, где же подходящая ниша для электротяги? Это — тихоходные суда для перевозок больших грузов на короткие расстояния. Паромы! Настоящие!!!

Im 20-Minuten-Takt über den Fjord / Traveling the Fjord 34 Times a Day

Im 20-Minuten-Takt über den Fjord / Traveling the Fjord 34 Times a DayКорпус этого парома выполнен из алюминия, что сделало его заметно легче и долговечнее
Корпус этого парома выполнен из алюминия, что сделало его заметно легче и долговечнее
Корпус этого парома выполнен из алюминия, что сделало его заметно легче и долговечнее

Буквально на днях первый такой электропаром Ampere зарядил свои литий-ионные аккумуляторы и начал курсировать через шведский фьорд под Бергеном между Лавиком и Оппедалем. Представьте: 80-метровый катамаран берет на борт до 120 автомобилей и 360 человек, совершая 34 рейса по 6 км в день. Два двигателя по 450 кВт позволяют преодолеть маршрут за 20 минут, а батарея весом 10 т вмещает 1000 кВт∙ч электроэнергии. Этого достаточно не на один рейс, и все же в течение каждой погрузки-выгрузки несколько минут отводится на пополнение заряда. Зачем? Дело в том, что местные сети не рассчитаны на такую нагрузку, какая потребовалась бы для быстрой закачки всего мегаватт-часа. А так надо пополнить лишь около 150 кВт∙ч, истраченных за один рейс. Но и это оставило бы без света деревушку на берегу.

Выход нашли остроумный. В белых будочках на причалах расположены буферные литий-ионные батареи по 260 кВт∙ч емкостью. И вот они-то заряжаются в течение всего рейса парома туда и обратно. А это уже больше 40 минут, стало быть, можно обойтись меньшим зарядным током! Потом заряд просто «перетекает» на борт по толстым проводам за считанные минуты стоянки. Отметим в скобках, что энергия поставляется с гидроэлектростанции, т.е. все абсолютно экологично. А философ скажет, что вода как бы двигает корабли сама по себе.

Strom tanken / Recharging in the Harbor

Strom tanken / Recharging in the HarborВ этой будке на причале продают не газеты и не билеты, а электричество
В этой будке на причале продают не газеты и не билеты, а электричество
В этой будке на причале продают не газеты и не билеты, а электричество

Тихая революция

Раннее утро, самый сладкий сон… И вдруг со двора раздается рычание дизеля мусоровоза, прибывшего за контейнерами. И он не просто проехал за окном, нет: он, гад, остановился и начал манипуляции с краном и прессовщиком отходов — целая какофония звуков громкостью около 90 дБ! Сюда бы бесшумный электропривод…

Теперь с этим нет проблем. Более того, такому «трудяге» не требуется огромных пробегов на электротяге: поработал во дворе, выехал на трассу, и включай себе дизель на здоровье, подзаряжая батареи. Именно такие мусоровозы с гибридным приводом начинают пользоваться популярностью. Мало того, что они экономят до 33% топлива за счет рекуперации энергии, так они еще и работают по специальности с уровнем шума всего 54 дБ — просто разительный прогресс!

image005

image005Дизайнеров электромусоровоза Ezzeddine Dualpower вдохновил образ батарейки. Интересно, не перепутали ли ливанцы полярность?
Дизайнеров электромусоровоза Ezzeddine Dualpower вдохновил образ батарейки. Интересно, не перепутали ли ливанцы полярность?
Дизайнеров электромусоровоза Ezzeddine Dualpower вдохновил образ батарейки. Интересно, не перепутали ли ливанцы полярность?

Двери закрываются. Следующая остановка — зарядная!

Идеальная ниша для современных аккумуляторов — автобусы-троллейбусы, которые они превращают в новый вид общественного транспорта — электробусы. Движение от остановки к остановке делает рекуперацию энергии очень эффективной, а паузы на вход-выход пассажиров позволяют пополнять запас энергии хоть через каждые три минуты. На самом деле такая частая подзарядка и не требуется, главное, что зарядные остановки можно разместить вдоль всего маршрута, и тогда город избавится и от выхлопов, и от шума, и от уродливых контактных проводов, так сильно раздражающих туристов-фотографов.

image006

image006В этом электробусе даже литий-ионные батареи отечественные — в России запущен крупный завод по их  производству! ЛИАЗ-6274 может перевезти 90 человек на 200 км. Для городского использования этого более чем достаточно.
В этом электробусе даже литий-ионные батареи отечественные — в России запущен крупный завод по их  производству! ЛИАЗ-6274 может перевезти 90 человек на 200 км. Для городского использования этого более чем достаточно.
В этом электробусе даже литий-ионные батареи отечественные — в России запущен крупный завод по их  производству! ЛИАЗ-6274 может перевезти 90 человек на 200 км. Для городского использования этого более чем достаточно.

Поэтому электробусы стремительно набирают популярность в Европе куда быстрее, чем легковые электромобили. Пока что литий-ионные батареи довольно дорогое удовольствие: при сравнительно малых годовых пробегах частных авто экономия топлива может вообще не окупить их удвоенную цену за срок жизни машины. А вот работающие целыми днями электробусы — другое дело!

Электробусы строят в трех вариантах:

  • с емкими литий-ионными батареями, позволяющими пробежать весь маршрут без подзарядки с тем, чтобы на конечной станции постоять минут 20;
  • с батареями малой емкости (а то и с суперконденсаторами), подзаряжающиеся на каждой остановке;
  • как троллейбусы, идущие автономно в центре города и под контактными проводами — на его окраинах.

image008

image008Троллейбус-электробус СТ 6217 тоже оборудован отечественными литий-ионными аккумуляторами, но сохранил и токоприемники на крыше. Это позволяет перевезти 111 человек на 60 км без контактной сети. Потом понадобится зарядка в течение получаса, но ее можно делать на ходу за пределами городского центра!
Троллейбус-электробус СТ 6217 тоже оборудован отечественными литий-ионными аккумуляторами, но сохранил и токоприемники на крыше. Это позволяет перевезти 111 человек на 60 км без контактной сети. Потом понадобится зарядка в течение получаса, но ее можно делать на ходу за пределами городского центра!
Троллейбус-электробус СТ 6217 тоже оборудован отечественными литий-ионными аккумуляторами, но сохранил и токоприемники на крыше. Это позволяет перевезти 111 человек на 60 км без контактной сети. Потом понадобится зарядка в течение получаса, но ее можно делать на ходу за пределами городского центра!

Все выше, и выше, и выше…

Крошечные, но емкие литий-ионные аккумуляторы дали жизнь самолетикам и вертолетикам, заполонившим магазины игрушек радиоуправляемым. А я помню времена, когда альтернативой электроприводу пропеллера был… скрученный резиновый жгут — так называемый «резиномотор». Но сегодня воздушный океан бороздят и вполне взрослые электросамолеты. Для них, правда, кроме аккумуляторов пришлось разработать и электродвигатели большой удельной мощности. Вот, например, авиамотор с жидкостным охлаждением фирмы Siemens: он выдает 260 кВт при массе всего 50 кг.

image010

image010Двух таких моторов вполне достаточно для бизнесджета или регионального самолета а-ля «кукурузник» АН-2
Двух таких моторов вполне достаточно для бизнесджета или регионального самолета а-ля «кукурузник» АН-2
Двух таких моторов вполне достаточно для бизнесджета или регионального самолета а-ля «кукурузник» АН-2 

Многоместных электросамолетов, правда, пока не построили. Из последних уже летающих разработок отметим Airbus E-Fan с двумя моторами по 30 кВт и литий-ионно-полимерными батареями, обеспечивающими полет со скоростью до 220 км/ч в течение 40 минут. Взлетная скорость всего в 110 км/ч делает его очень удобным для обучения новичков, поэтому в кабине и поставили два кресла друг за другом и сдвоенное управление. Для учебно-тренировочных полетов полчаса в воздухе вполне достаточно, да и конечная точка совпадает с начальной — нет проблем с подзарядкой.

Airbus E-Fun insideevs.com

Airbus E-Fun insideevs.comЭтот Airbus весит всего 550 кг и имеет размах крыльев 9,5 м. Два его пропеллера развивают тягу в 1,5 кН.
Этот Airbus весит всего 550 кг и имеет размах крыльев 9,5 м. Два его пропеллера развивают тягу в 1,5 кН.
Этот Airbus весит всего 550 кг и имеет размах крыльев 9,5 м. Два его пропеллера развивают тягу в 1 500 Нм.

Более серьезный аппарат — PC-Aero Elektra One. Мы бы могли его назвать «три-по-сто»: собственный вес 100 кг, масса батарей еще 100 и, наконец, полезная нагрузка — тоже сотня кило. Понятно, что это одноместная машина, которой вполне хватило 5-килограммового моторчика мощностью 16 кВт. А серьезность заключается в дальности полета до 500 км за 3 часа! Причем это не последняя разработка. Версия Elektra One Solar должна покрывать уже 1000 км, а двухместный Elektra Two — до трех тысяч!

image014

image014Размах крыльев самолетика PC-Aero Elektra One — 8,6 м. На нем можно улететь в из Москвы в Нижний Новгород. Правда, в гордом одиночестве.
Размах крыльев самолетика PC-Aero Elektra One — 8,6 м. На нем можно улететь в из Москвы в Нижний Новгород. Правда, в гордом одиночестве.
Размах крыльев самолетика PC-Aero Elektra One — 8,6 м. На нем можно улететь из Москвы в Нижний Новгород. Правда, в гордом одиночестве.

Заметим, кстати, что совершающий в настоящее время кругосветку самолет на солнечных батареях тоже не обошелся без литий-ионных аккумуляторов, позволяющих ему накопить энергию на ночь для круглосуточного полета.

А как же легковушки?

А вот с ними до сих пор все не так радужно. Клятвенное обещание немецкого канцлера Ангелы Меркель выпустить на дороги Германии к 2020 году миллион электромобилей уже точно даже близко не будет выполнено.

Основная причина — отсутствие спроса. Практичных немцев так и не удалось убедить массово проголосовать за электромобили «еврорублем». И сейчас серьезные аналитики рисуют перспективный график продаж со всплеском не ранее 2030 года. До той поры мы еще не раз успеем написать обзор о новых разработках. Тем более что на подходе литий-ионные батареи с увеличенной вдвое-втрое против нынешних 200 Вт∙ч/кг удельной энергоемкостью. С ними электромобили сразу стали бы привлекательнее. Если, конечно, цена не будет зашкаливать, если эти батареи выдержат хотя бы пять лет эксплуатации, если их можно будет заряжать за минуты, а не за часы, да к тому же за реальные деньги. Слишком много «если». И тем не менее подождем. Ведь, как видите, процесс пошел, поплыл и даже полетел!

Фото: компании-производители и insideevs.com
Ошибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

Читать комментарии (83)

Самые новые
Загрузка...