Технологии

Toyota Mirai и принцип действия водородного автомобиля

На внутреннем рынке Японии первый водородный серийный автомобиль Toyota будет продаваться по цене 7 000 000 йен (2 830 000 рублей). Сначала продажи новинки начнутся в тех префектурах Страны восходящего солнца , где уже есть развитая инфраструктура заправок для водородных машин. До европейского и американского авторынков новинка доберется летом 2015 года. Стоимость водородного автомобиля Toyota для клиентов Старого и Нового света пока не известна.

toyota_mirai toyota_mirai Внешне первая серийная машина марки на топливных элементах унаследовала экстерьер концепта FCV, дебютировавшего на автосалоне в Токио в 2013 году. По официальной информации производителя, динамические характеристики новой модели будут соответствовать показателям аналогичных машин с двигателями внутреннего сгорания. Запас хода водородной модели Toyota составит около 700 км. Перезарядка топливных резервуаров автомобиля займет около 3 минут.

Принцип работы водородного двигателя

В зависимости от принципа работы, водородные двигатели можно подразделить на два типа:

1. Двигатель на основе топливных элементов.
Водородные двигатели этого типа имеют очень большую стоимость по причине содержания в их конструкции таких дорогих и редких металлов, как палладий и платина. Принцип работы этой технологии, что в процессе физико-химических реакций в топливном элементе происходит расщепление водорода и вырабатывается электроэнергия.

hydrogen2. Двигатель внутреннего сгорания на водороде.
Двигатели этого типа сильно похожи на широко применяемые в данный момент двигатели на пропане. Так как у них очень похожие принципы работы, то для перехода с пропана на водород достаточно просто перенастроить двигатель. И уже существует достаточно большое количество научных образцов подобных двигателей на водороде. Но КПД этого метода ниже, чем у топливных элементов.

Еще не ясно, какой из этих двух вариантов водородных двигателей окажется наиболее экономически и технически перспективных, на основе топливных элементов или двигатель внутреннего сгорания на водороде, но время покажет, исследования в данной области не прекращаются.

В случае Toyota Mirai энергия образуется за счет реакции между кислородом из воздуха и водородом, хранящимся в резервуарах, расположенных под днищем машины. Автомобиль не выбрасывает в атмосферу вредных веществ: вместо традиционного «выхлопа» новинка выпускает в окружающее пространство простой пар.

technologyВласти Японии планируют оказывать государственную поддержку индустрии водородных автомобилей. В соответствии с программой японского правительства, к 2030 году суммарный объем выручки производителей машин на топливных элементах составит около 1 трлн иен (это порядка 400 000 000 000 рублей по нынешнему курсу). При этом автомобили с этим видом двигателя будут становиться все доступнее: к 2015 году средняя цена водородных моделей составит около 2 000 000 йен (около 800 000 рублей).


PSA Peugeot Citroen представляет уникальные технологии экономии топлива

На ежегодной выставке TI Innovation Day в Париже концерн PSA Peugeot Citroen продемонстрировал новые энергосберегающие технологии, которые в ближайшее время будут внедряться в серийные автомобили обеих марок. Давайте рассмотрим их поближе.

PSA-Eco-Hybrid-Air

 

PSA-Eco-Hybrid-Air

Некоторые крупные автопроизводители уже оценили преимущество гибкой модульной платформы (VW MQB и Nissan CMF), на базе которой можно создавать самые разные автомобили – от спортивных купе до кроссоверов. Новое шасси от PSA Peugeot Citroen тоже модульное: передняя часть остается для всех моделей неизменной, а задняя конструируется с помощью специальных модулей, определяющих размер колесной базы, тип подвески, а также позволяющих установку дополнительных силовых систем (гибрид).

В соответствии с новыми тенденциями новая платформа выполнена из высокопрочных и легких материалов. Благодаря этому платформа EMP2 стала легче на 70 кг по сравнению с предшественницей, что, конечно же, положительным образом скажется на экономичности. Первыми ласточками, построенными на новой базе, станут обновленные Peugeot 308 и Citroen C4 Picasso, выпуск которых намечен на конец текущего года.

PSA-Eco-Hybrid-Air

В 1996 году был представлен модифицированный Citroen AX, который для движения мог использовать как бензин, так и сжатый воздух. Однако Citroen не имел отношения к этой разработке, ею занимались инженеры французской компании MDI (Motor Development Internation). И вот сегодня PSA Peugeot Citroen представляет свое видение гибрида с пневматическим мотором.

PSA-Eco-Hybrid-Air

Технология Hybrid Air разработана совместно с немецкой компанией Bosch. Данная система объединяет в себе бензиновый мотор, автоматическую КПП с гидравлическим насосом и двигателем, работающим на сжатом воздухе. Все элементы трансмиссии инженеры уместили в моторном отсеке, а баллон с воздухом находится под передними сидениями.

PSA-Eco-Hybrid-Air

Hybrid Air предполагает три режима езды: классический (только ДВС), комбинированный (ДВС + пневмодвигатель) и экологичный (только пневмодвигатель). Режимы выбираются автоматически, исходя из условий движения. На скорости до 70 км/ч энергия сжатого воздуха используется большую часть времени, и в этом случае расход топлива (по сравнению с бензиновым аналогом той же мощности) снижается на 45%. Самое интересное, что баллон со сжатым воздухом заполняется каждый раз, когда водитель нажимает на тормоз (рекуперация в действии).

Модели с технологией Hybrid Air должны появиться в 2016 году, а главными рынками для них французы видят Китай и Россию!

PSA-Eco-Hybrid-Air

Eco Hybrid – это новое поколение микро-гибридной технологии e-HDi. В таких гибридах только один двигатель главный, второй выступает помощником. В Eco Hybrid главным является ДВС (причем неважно, дизельный или бензиновый), а помощником выступает 10-киловаттный электродвигатель, работающий на литий-ионных батарейках (48V). Электропривод используется на скоростях до 20 км/ч, а также обеспечивает дополнительную энергию при ускорении. Экономия от Eco Hybrid (по сравнению с предыдущим поколением) может составить 15%, при этом выбросы CO2 в атмосферу снизятся на 15 г/км.

Использование микро-гибридных технологий является наиболее удачным решением на сегодняшний день. Маломощный электромотор используется в момент, когда потребление топлива достигает своего пика. Экономия без тяжелого и дорого комплекта аккумуляторов – то, что нужно сегодняшнему автолюбителю.


Передовой аккумулятор Envia увеличит массовый спрос на электромобили

Представители стартап-компании, которые занимаются разработкой технологии создания аккумуляторных батарей, сообщили о прорыве в своих исследованиях. По словам инженеров, новая технология вскоре поможет создавать электромобили с радиусом работы более 500 километров и стоимостью от 25000 — 30000$.

envia new battery

Сегодня в ходе конференции ARPA-E компания Envia Systems при поддержке венчурных инвестиционных компаний, General Motors и Министерства энергетики США планирует объявить о создании литий-ионного аккумулятора, который имеет плотность энергии 400 ватт-часов на килограмм. По словам директора Envia, Атула Кападиа, сегодняшний релиз может стать переломным моментом в производстве электромобилей.

Секретный ингредиент

Плотность энергии — количество энергии на единицу объёма. Этот показатель определяет количество энергии, которая может храниться в аккумуляторе и использоваться электромотором автомобиля с данным размером батареи. Чем больше плотность энергии аккумуляторной батареи, тем меньший ее объем и вес требуется для работы одного и того же авто. Для электромобилей высокая плотность энергии батареи особенно важна, потому что подобные транспортные средства должны быть настолько легкими, насколько это в принципе возможно (любой лишний вес попросту ускоряет разрядку батареи); важны и батареи, которые имеют наименьший размер, и, соответственно, для их производства требуется меньше материалов, что в свою очередь снижает стоимость.

Кападиа заявил, что нынешние литиево-ионные батареи имеют показатель плотности энергии на уровне 100 — 150 ватт-часов на килограмм, в то время как у аккумулятора Envia с примерно таким же весом этот показатель в 2,5 раза выше. Чтобы построить электромобиль с 500-километровым радиусом действия и стандартным литиево-ионным аккумулятором, потребуется потратить около 40000$ на создание одной лишь батареи.

Представители Envia говорят, что при создании аккумулятора с плотностью энергии на уровне 400 ватт-часов на килограмм расходы составят 125$ за кВт*ч. Генеральный директор Tesla Элон Маск заявил недавно, что он ожидает снижение себестоимости аккумулятора ниже 200$ за кВт*ч в ближайшие годы. При создании современных электромобилей, таких как Volt, как сообщается, расходы составляют от 500 — 600$ за кВт*ч, в случае Nissan LEAF кВт*ч обходится в 375$. 

Компания Envia была основана в 2007 году в Пало-Альто, США. Она начал свою деятельность с разработки технологий для производства недорогих катодов. Аккумуляторная батарея состоит из анода с одной стороны и катода с другой, а также электролита между ними. В случае литий-ионного аккумулятора ионы лития движутся от анода к катоду через электролит, инициируя химические реакции, в ходе которых высвобождаются электроны. После разработки специалистами Envia технологии создания катодов, они начали работать над кремний-углеродным анодом, а затем объединили обе инновации вместе с высоковольтным электролитом.

Кападиа говорит, что инновации очень важны, так как многие ученые считают, что литий-ионный аккумулятор имеет определенные ограничения, связанные с эффективностью и дешевизной. Он заявил, что «слухи о кончине ионно-литиевых батарей сильно преувеличены». Топ-менеджер также отметил, что времена древних технологий, применяемых для производства аккумуляторных батарей, проходят. 

Установка новых аккумуляторов в автомобили

На конференции ARPA-E, организатором которой выступает новое агентство Соединённых Штатов, созданное по образцу DARPA в целях финансирования научных исследований и разработок перспективных энергетических технологий, Envia объявит о достижении плотности энергии на уровне в 400 ватт-часов на килограмм в тестовых образцах своих аккумуляторов. Но продукт компании все еще находится в стадии прототипа. Возможно, на доработку и коммерциализацию аккумулятора Envia уйдет около трех лет. Компания планирует расширить партнерские отношения с автопроизводителями. Ее руководство не исключает лицензирование технологии или создание совместных предприятий. Кападиа заявил, что подконтрольная ему компания планирует избежать привлечения большого объема стороннего капитала и сама заниматься производством продукции.

General Motors является одним из крупнейших инвесторов Envia. Концерн вложил 7000000 в активы компании около года назад. Представители GM заявили, что Envia обеспечит аккумуляторами будущие поколения электромобиля Volt. Другими инвесторами Envia являются японский гигант Asahi Kasei, Pangaea Ventures и Redpoint Ventures. Компания Envia также получил грант от ARPA-E в размере 4 000 000$.


Экономичная система «Старт-Стоп»

Система старт-стоп экономит топливо, снижает шум и вредные выбросы в атмосферу благодаря сокращению времени работы двигателя на холостом ходу. Практика эксплуатации автомобиля показывает, что в режиме холостого хода двигатель работает до 30 % времени. Этому способствует движение с частыми остановками на светофорах и в пробках — атрибутах крупного города.

Ещё совсем недавно технология старт-стоп воспринималась исключительно как элемент гибридных автомобилей. Сегодня ситуация существенно изменилась, так как большинство ведущих автопроизводителей пополнило свой модельный ряд автомобилями, оснащёнными подобной системой. Функция старт-стоп, как считают эксперты, к 2015 году появится на половине производимых легковых автомобилей.

Принцип работы системы старт-стоп очень прост: при остановке автомобиля двигатель выключается, а при нажатии на педаль сцепления (если установлена механическая коробка передач) или отпускании педали тормоза (если установлена автоматическая коробка передач) двигатель быстро запускается.

Конструкция системы старт-стоп должна включать в себя следующие элементы:

  • устройство многократного запуска двигателя;
  • систему управления.

Функцию многократного запуска двигателя можно реализовать с помощью:

  • усиленного стартёра;
  • реверсивного генератора (стартёра-генератора);
  • впрыска топлива в цилиндры и воспламенения смеси;
  • гидростартёра.

Система старт-стоп с усиленным генератором

Самым простым и надёжным решением с технической точки зрения является система «Start&Stop» фирмы «Bosch». Благодаря данной системе имя «старт-стоп» стало нарицательным для всех систем подобного рода. Система «Start&Stop» устанавливается на автомобили «VW» «BMW», «Audi» и др., обеспечивая снижение расход топлива легковым автомобилем и его выброс CO2 на 4% в «Новом европейском цикле движения» (New European Driving Cycle — NEDC) и до 8 % в городском цикле.

В основе системы «Start&Stop» лежит усиленный стартёр, который имеет увеличенный срок службы (рассчитан на большое количество пусков двигателя). Стартёр также оборудован специальным малошумным механизмом привода, который гарантирует быстрый, надежный и многократный запуск двигателя.

Система «Start&Stop» выполняет функции остановки и запуска двигателя, контроля уровня заряда аккумуляторной батареи. Система не имеет собственного электронного блока управления, а использует возможности блока управления двигателя, где установлено соответствующее программное обеспечение.

Благодаря тому, что составляющие системы «Start&Stop» по габаритам не больше, чем обычные компоненты, система фирмы «Bosch» может быть без труда интегрирована практически в любое транспортное средство. Однако некоторые узлы и системы потребовали дополнительной адаптации для работы в режиме старт-стоп. Они перечислены в таблице ниже (рассмотрен вариант системы с усиленным генератором на примере системы старт-стоп входящий в пакет «BlueMotion» автомобилей концерна «Volkswagen»).

Узлы и системы адаптированные для работы в режиме старт-стоп «VW BlueMotion»

Узел/система Выполненные меры адаптации
Блоки управления (в общем) Расширение программных кодов блоков управления на один информационный бит для системы старт-стоп (касается блоков управления, влияющих на систему старт-стоп или зависящих от неё)
Генератор Подключён через локальную сеть LIN к диагностическому интерфейсу шин данных
АКБ АКБ со стекловолоконным наполнителем для увеличения числа циклов
Стартёр Повышена износостойкость
Бортовая сеть Специальный датчик на минусовом полюсе для контроля за состоянием АКБ со стекловолоконным наполнителем. Новая электропроводка к АКБ. Блок управления для контроля за состоянием АКБ через шину LIN подключён к диагностическому интерфейсу шин данных.
МКП Датчик распознавания передачи (датчик с аналоговым выходом либо датчик с выходным сигналом с широтно-импульсной модуляцией)

Устройство системы стар-стоп с усиленным генератором «VW BlueMotion»

Ниже представлена схема устройства системы старт-стоп с усиленным генератором «VW BlueMotion». Устройство систем других производителей отличается несущественно.

start-stop

Схема системы старт-стоп «VW BlueMotion»
Условные обозначения элементов системы на примере механической КП:
A АКБ J623 Блок управления двигателя
C Генератор J791 Блок управления парковочного ассистента
С1 Регулятор напряжения 1 Электромеханический усилитель рулевого управления
B Стартер 2 Сигнал скорости, датчик пути
F Выключатель стоп-сигналов 3 Системы управления двигателя (например, система зажигания, питания, смесеобразования, система рециркуляции ОГ, наддува вторичного воздуха, очистки ОГ и т. д.)
F36 Выключатель педали сцепления 4 Распознавание ремня безопасности
F416 Клавиша включения системы cтарт-стоп 5 Отопление, вентиляция, климатическая установка
G62 Датчик температуры охлаждающей жидкости 6 Клемма 50R
G79 Датчик положения педали акселератора 7 Клемма 30
G701 Датчик нейтрального положения КП (только для МКП) 8 Магнитола, радионавигационная система
J104 Блок управления ABS Провода шины CAN Провода шины CAN
J255 Блок управления Climatronic Провода шины LIN Провода шины LIN
J285 Блок управления комбинации приборов Положительный провод Положительный провод
J367 Блок управления для контроля аккумуляторной батареи с датчиком АКБ Отрицательный провод Отрицательный провод
J393 Центральный блок управления систем комфорта Сигнал датчика, входной сигнал Сигнал датчика, входной сигнал
J500 Блок управления усилителя рулевого управления Исполнительный элемент, выходной сигнал Исполнительный элемент, выходной сигнал
J519 Блок управления бортовой сети Шина CAN-привод Шина CAN-привод
J532 Стабилизатор напряжения Шина CAN-комфорт Шина CAN-комфорт
J533 Диагностический интерфейс шин данных Шина CAN Infotainment Шина CAN Infotainment

Работа системы «Start&Stop» происходит следующим образом. При остановке машины перед светофором или в пробке система, на основании сигнала датчика частоты вращения коленчатого вала, выключает двигатель. Питание потребителей электрического тока (кондиционера, аудиосистемы и др.) производится от аккумуляторной батареи. При нажатии педали сцепления (отпускании педали тормоза на автомобиле с автоматической коробкой передач) система активирует стартер и запускает двигатель. Такой цикл остановки и запуска двигателя повторяется необходимое число раз.

Беспокойство многих водителей связано с тем, что используя систему стар-стоп они останутся с разряженной батареей (например, в сильный мороз). Однако эти опасения безосновательны, так как, если величина заряда аккумуляторной батареи опускается ниже заданной величины, то система на основании сигнала соответствующего датчика выключается. Включение функции старт-стоп происходит только после того, как аккумуляторная батарея будет заряжена. Также функцию «Start&Stop» можно принудительно отключить специальной кнопкой на приборной панели.

Система старт-стоп с реверсивным генератором

Система «STARS» («Starter Alternator Reversible System»), выпускаемая фирмой «Valeo», в своей работе использует реверсивный генератор. Система устанавливается на автомобилях «Citroen», «Mercedes» и позволяет снизить расход топлива до 10 %.


Реверсивный генератор
Электрическая машина переменного тока, которая в зависимости от условий может выполнять функции, как генератора, так и стартёра.

Работу реверсивного генератора обеспечивает специальный приводной ремень и обратимый натяжитель, позволяющий передавать усилие в двух направлениях. Реверсивный генератор бесшумно работает и имеет меньшее время запуска (0,4 секунды в сравнении с 0,8 секунды для обычного стартёра).

Start-revers-2

Управление системой «STARS» осуществляется с помощью отдельного электронного блока управления, который взаимодействует с блоком управления двигателем. Состав входных датчиков аналогичен другим системам старт-стоп.

revers-3

Система старт-стоп с впрыском топлива

Компания «Mazda» разработала систему «SISS» («Smart Idle Stop System»), которая является альтернативой других систем старт-стоп. В данной системе для многократного запуска двигателя используется впрыск топлива в цилиндры и воспламенение топливно-воздушной смеси. Система устанавливается на бензиновые двигатели, оборудованные непосредственным впрыском топлива.

start-stop-4

Для работы данной системы поршни должны остановиться в строго определённом положении, чтобы в каждом цилиндре был необходимый объём воздуха для оптимального запуска двигателя в дальнейшем. «Smart Idle Stop System» контролирует положение поршней во время выключения мотора. «SISS» выполняет нумерацию цилиндров, и с началом движения (при отпускании педали тормоза) в цилиндры впрыскивается топливо и воспламеняется топливно-воздушная смесь, т. е. происходит запуск двигателя. При запуске двигателя в дополнение энергии сгорания топлива используется энергия стартера, который включается на непродолжительное время.

Для автомобилей с АКПП процесс запуска занимает 0,35 секунды, что почти вдвое быстрее обычных систем. Кроме того, «Mazda SISS» гарантирует быстрый старт мотора в каждом отдельном случае. Водитель не должен почувствовать задержки, когда захочет двинуться с места.

Экономия топлива при применении данной системы достигает 9 %. Система старт-стоп «SISS» работает только с автоматической трансмиссией.

Гидравлическая альтернатива

Для сегмента тяжелого коммерческого транспорта, на долю которого приходится порядка 30 % вредных выбросов, предназначена разработка компании «Poclain Hydraulics» — гидравлическая система «CleanStart». Главным компонентом «CleanStart» является лёгкий и компактный гидромотор-стартёр, который можно установить непосредственно на коленчатом валу и тем самым свести к минимуму механические потери. Свойства, присущие гидростатическому приводу (момент в данном случае достигает 800 Н∙м), позволяют запускать тяжёлые двигатели объёмом до 16 литров практически мгновенно (время пуска составляет 0,4 секунды) без шума и вибрации. Поэтому данная разработка особенно заинтересовала производители автобусов, силовой агрегат которых можно выключать не только в ожидании разрешающего сигнала светофора, но и во время посадки и высадки пассажиров на остановке. Здесь система старт-стоп даёт ещё больше преимуществ, чем в сегменте легкового транспорта.

Контур системы «CleanStart» помимо гидромотора мощностью 15 кВт включает ещё несколько элементов: насос (может использоваться существующий гидронасос, питающий различные виды вспомогательного оборудования), управляющий клапан, гидравлический аккумулятор и бак. Пока работает насос, электромагнитный клапан направляет часть потока рабочей жидкости в гидроаккумулятор, где масло через разделительную мембрану сжимает газообразный азот. Запасённая таким образом энергия без потерь на различные преобразования сохраняется для последующего старта. Разрядом управляет пропорциональный клапан, причем мощности хватает не на один, а на несколько пусков, общий же ресурс системы составляет порядка 4 млн. циклов. Важно и то, что гидроаккумулятор позволяет производить быстрые циклы заряда и разряда, не требует обслуживания и по сравнению с химическими источниками энергии имеет более высокую удельную мощность. Но если говорить о системе «CleanStart» в целом, то она всё же уступает своим конкурентам по массогабаритным характеристикам — снаряжённая масса транспортного средства при оснащении гидростартёром увеличивается примерно на 40 кг, однако для автобуса или грузовика это не слишком большое увеличение массы.

По данным разработчика, у автобуса, оснащённого системой «CleanStart», в условиях городского цикла (12 остановок продолжительностью 15 секунд на дистанции 7 км) расход топлива сокращается более чем на 10 %. Учитывая, что оборудование может монтироваться не только на новые, но и на находящиеся в эксплуатации транспортные средства, эту систему можно считать серьёзным резервом для улучшения экологии.

Интеллектуальная система старт-стоп с рекуперацией

Следующий шаг в развитии систем старт-стоп — это использование рекуперации энергии при торможении.

Конструкцию аналогичную системе «Bosch» имеет система «ISG» («Idle Stop&Go») от «Kia Motors», однако есть и важное отличие в управлении автомобильным генератором: при высокой нагрузке на двигатель для снижения потребления топлива генератор отключается, при торможении генератор включается и производится подзарядка аккумуляторной батареи — происходит рекуперация энергии. Если заряд аккумуляторной батареи опускается ниже 75 % от номинального, то система «ISG» автоматически отключается. При использовании кондиционера также происходит выключение системы. Такую систему можно назвать интеллектуальной.

Вероятно, в ближайшее время конкуренты «ISG» также станут системами с рекуперацией.

Эксплуатация системы старт-стоп

Если двигатель автомобиля ещё не прогрет, или на улице очень низкая температура, тогда система старт-стоп работать не будет. Также она выключится при очень большом расходе энергии (например, при использовании кондиционера), недостаточном уровне зарядки и после многократных выжиманиях педали тормоза. В России продолжительная зима, во время которой система полностью не оправдает себя, однако летом, осенью и весной она позволит сэкономить немного топлива.

Как повлияет система старт-стоп на износ аккумулятора или стартёра? Никак, потому что автомобили оснащаются усиленными агрегатами. Например, места опоры стартёра, которые подвергаются очень большим нагрузкам, имеют большой запас прочности, поэтому не должны ломаться во время всего периода эксплуатации.


Комплексные решения от Panasonic для создания электромобилей

Посещая бесчисленные стенды крупнейшей в мире выставки потребительской электроники CES 2013, проходящей в Лас-Вегасе, мы заглянем и в павильон компании Panasonic, посвященный решениям японского гиганта для автомобилей (прежде всего, конечно, электромобилей).

dsc02475
 
dsc02501

В настоящее время стратегия Panasonic по развитию бизнеса в партнёрстве с лидирующими автопроизводителями вроде General Motors и Tesla Motors сфокусирована на двух основных областях. Первое направление — превращение опыта компании в области домашней электроники для создания перспективных решений для электромобилей.

dsc02461
 
dsc02475

Технологии систем управления электропитанием дома используются в качестве основы для создания высокоинтегрированных надёжных систем электроснабжения автомобилей, определяющих токи утечек и поддерживающих беспроводную зарядку.

dsc02465

Опыт создания систем кондиционирования для дома используется японским производителем в разработке продвинутых систем климат-контроля для автомобилей, осуществляющей вентиляцию, подогрев воздуха и кондиционирование.

dsc02487

Наконец, немалый опыт создания аккумуляторных батарей для компьютеров и сетевых накопителей применяется компанией для разработки литий-ионных модулей и целых систем, обеспечивающих энергией электромобили.

dsc02471

Второе основное направление деятельности — использование богатого опыта в области создания различных мультимедийных решений для домашних пользователей в разработке функциональных автомобильных информационно-развлекательных систем, имеющих подключение к Интернету.

dsc02479
 
dsc02481

Батареи — лишь один, пусть и главный, аспект предложений Panasonic для электромобилей. Компания разработала также модуль управления электроснабжением, который существенно улучшает эффективность использования аккумуляторов, систему управления температурой в салоне, которая заметно снижает большой расход энергии, требуемый для кондиционирования воздуха в электромобилях. В результате электрокары становятся более реальной перспективой для широкого применения.

dsc02483

Panasonic отмечает, что она может предоставить партнёрам всесторонние решения для создания электромобилей с увеличенными показателями дальности езды: батареи, средства управления энергией и теплом и, конечно, мультимедийную электронику.

dsc02488
 
dsc02495

Одним из примеров мультимедийных решений для автомобилей является информационно-развлекательная система MyLink, созданная компанией в партнёрстве с General Motors. Она предоставляет расширенные аудио-визуальные, коммуникационные и навигационные функции, удовлетворяющие нуждам владельца авто. Поддерживается даже установка и покупка приложений.

dsc02492
 
dsc02499

 Ассоциации «CHAdeMO»

CHAdeMO
Ассоциация CHAdeMO была основана в 2010 году Токийской энергетической компанией (TEPCO), автоконцернами Nissan, Mitsubishi и Subaru, позже к ним присоединилась и Toyota.

CHAdeMO — это стандарт быстрой зарядки батареи постоянным током через специальный разъем. Аббревиатура CHAdeMO расшифровывается как «charge de move» с английским эквивалентом «charge for moving» в русском переводе «зарядись для движения».

 Информация о стандарте CHAdeMO

CHAdeMOCHAdeMO = CHArge de MOve = charge for moving = O cha demo ikaga desuka = Let’s have a tea while charging = давайте выпьем, чаю пока машина заряжается

Международный стандарт быстрой зарядки электромобилей постоянным током, изначально был разработан ассоциацией CHAdeMO, основанной TEPCO, Fuji Heavy Industries, Nissan, Mitsubishi, Toyota.

CHAdeMO Зарядка электромобилей: до 80% емкости батареи постоянным током 125А, напряжением до 600В, мощностью 50 кВтВремя зарядки в зависимости от модели электромобиля и степени разряда батареи: 10-20 минут.


Немного из истории электромобиля

Первый электромобиль увидел свет в 1841 году, и почти на полвека опередил автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Пионерами электромобилестроения считают двух англичан Роберта Дэвидсона и Роберта Андерсона, а также американца Томаса Девенпорта. Стоит отметить, что первые электромобили, вышедшие из мастерских основоположников электротяги, представляли собой весьма ненадёжные, громоздкие агрегаты, которые двигались с небольшой скоростью. Собственно, быстрее было дойти пешком до пункта назначения, чем доехать на электромобиле. Тогда мало кто догадывался, что буквально через полвека электромобили станут очень популярным средством передвижения, правда, ненадолго.

Но до будущего триумфа электромобиля нужно было ещё дожить, не опустить руки, продолжать искать новые способы улучшения динамических характеристик электротранспорта.
Время шло, конструкция электромобилей приобретала все более совершенные характеристики, что, конечно же, сказалось на популярности данного вида транспорта. Спрос на электроколяски рос с каждым годом, стали появляться достаточно крупные компании, серийно выпускающие электромобили.
Конец 19 и начало 20 века – это эра элетромобилестроения. Именно в эти годы автомобили на электротяге заполонили европейский (Англия) и американский рынок транспортных средств. Только в США в начале прошлого века выпускалось более 10 000 моделей электромобилей в год.

Стоит отметить, что неуклюжие прототипы электрокаров середины 19 века превратились в довольно-таки удобные и скоростные повозки-кареты на электротяге. В 1985 году электромобиль достиг максимальной скорости передвижения – 63.15 км\ч, а уже через четыре года, в 1899 году, электрокар взял рубеж в 100 км\ч. Такая скорость в начале прошлого века была настоящей фантастикой. Началось покорение скоростных пределов во французском городке Ашер, где жил конструктор Камиль Женатци. Именно он создал электромобиль La Jamais Contente  напоминающий внешним видом торпеду, которая устанавливалась на своеобразные шасси. Этот болид, управляемый самим инженером, достиг феноменальной по тем временам скорости – 105.88 км\ч.
За океаном, в США, известный американский инженер-конструктор электрокаров Уолтер Бейкер соорудил электромобиль, который мог передвигаться на скорости 130 км\ч.
Заметный след в истории электромобиля оставил ещё один американский инженер-конструктор Эндрю Лоуренс Райкер, который в начале 20 века организовал собственную компанию по выпуску городских моделей электротранспорта.
Всё же, как ни старались активисты электромобильного производства, но 20-годы прошлого века принесли с собой упадок и постепенное затмение славы электромобилей. Всё дело в том, что конкурент на ДВС во многом превосходил электрокары того времени. Не помогло даже безпрецедентное путешествие на электромобиле фирмы «Борланд Электрик» от Чикаго до Милуоки на одной зарядке аккумуляторной батареи. Собственно, электромобиль преодолел 167 километров со скоростью 55 км\ч.

Эра электрокаров клонилась к закату, ей на смену приходили дешёвые, с превосходными характеристиками автомобили на ДВС. Тогда мало кто помышлял о загрязнениях окружающей среды, смоге в городах и прочих прелестях выхлопных газов. Технический прогресс только-только набирал полную мощь…
Правда, электромобили не исчезли совсем с производства. В период с 1930 – 1960 года в СССР, Англии, США и других развитых странах велись разработки новых электромобилей для военных и социальных нужд.
Очередной всплеск интереса широкой общественности к электромобилям возник в начале 70-х годов прошлого столетия, когда весь мир осознал угрозу загрязнения выхлопными газами окружающей среды. Именно в это время стал появляться городской электротранспорт, начались разработки по увеличению емкости тяговой аккумуляторной батареи, вышли первые пробные модели легковых электромобилей гражданского пользования.
Следующим этапом возрождения электромобилестроения можно считать энергетический кризис 1970-х годов, когда цены на классическое топливо для автомобилей стало очень дорогим. В это время интерес к машинам с ДВС значительно снизился, и многие компании вынуждены были начать разработки моделей на альтернативных источниках энергии.

В настоящее время, когда характеристики электромобилей становятся все более совершенными, а чадящие ДВС вызывают неподдельное отвращение, правительства ведущих стран совместно с крупнейшими автоконцернами планируют начать серийный выпуск электромобилей городского типа. Да-да, современные электрокары ни в чем не уступают классическим автомобилям, но во многом их превосходят. Тенденция к «озеленению» своего модельного ряда присуща многим автоконцернам. Возможно, в скором будущем развеется смог над городами!

Преимущества и недостатки электромобилей

Преимущества электромобилей по сравнению с автотранспортом на ДВС следующие:

+ Экологическая безопасность и чистота. Само отсутствие выхлопной трубы подводит к тому, что электромобиль живёт в гармонии с природой;
+ Можно сколь угодно долго находиться в пробках (реалии мегаполисов) и при этом не тратить энергию;
+ Высокий уровень безопасности и надёжности электромобиля;
+ Отсутствие шума двигателя;
Электрические тяговые двигатели имеют КПД 90-95% (КПД ДВС – 22-25%);
+ Возможность накопления энергии, подзарядки аккумуляторных батарей во время торможения и езды накатом;
+ Простота в конструкции, ремонте, техническом обслуживании;
+ Высокая плавность хода, бесступенчатое изменение скорости;

Стоит упомянуть и о недостатках, которые в начале прошлого века поставили крест на серийном производстве электромобилей. В наше время они тоже актуальны, но возможностей их решения гораздо больше.

— Недостаточная дальность хода на одном заряде аккумуляторной батареи. Собственно, это один из самых главных недостатков электромобиля. Однако в настоящее время разработаны инновационные аккумуляторные батареи, способные долго сохранять заряд. Например, литий –ионные аккумуляторы и другие модификации. Дальность хода многих электромобилей современного производства составляет от 180 до 260 километров, что для городских передвижений вполне достаточно.
— Инфраструктура зарядных станций. Конечно, чтобы запустить массовое производство электромобилей необходимо построить большое количество зарядных станций, которые могли бы производить подзарядку аккумуляторных батарей электрокаров за считанные минуты (50 кВт).
— Большая стоимость киловатта энергии аккумуляторной батареи электромобиля. Электрокары с достойными характеристиками стоят пока недёшево, поэтому многим автолюбителям просто недоступны в финансовом плане. Возможно, серийный выпуск исправит это положение.

Принцип работы электромобиля

Принцип работы электрического двигателя автомобиля во многом схож с работой тех же электромоторов вентиляторов и т.д. Суть работы любого электромотора в том, что подвижная часть двигателя (ротор) совершает вращательные движения вокруг неподвижной части (стартер) под воздействием магнитного поля, которое создается электричеством. Ротор приводит в движение ось, на которой размещены колеса автомобиля. На моторный вал устанавливается редуктор и дифференциал, чтобы адаптировать скорость вращения ротора к радиусу колёс автомобиля.
Электромобиль не имеет коробки передач, так как переход из неподвижного состояния к движению осуществляется плавным повышением скорости. Когда автомобиль не совершает движения, то мотор не потребляет энергию, что для городских магистралей очень кстати. Электромобиль заряжается дома или на станции, причём пользователь платить только по установленным тарифам за электроэнергию.
Центральным агрегатом, сердцем всего электромобиля является аккумуляторная батарея. Чем дольше она сможет поддерживать заряд, использую свою емкость, тем дольше автомобиль будет ездить без подзарядки. Именно над увеличением емкости и уменьшением размеров и веса аккумуляторной батареи ведутся основные разработки в электромобилестроении.
Разработчики идут на некоторые хитрости, чтобы увеличить дальность хода электрокаров. Например, оснащают электромобиль дополнительный двигателем ДВС небольшого объема, который работает как генератор, подзаряжая аккумуляторную батарею во время движения. С таким вот бензиновым генератором электромобиль может преодолевать расстояние до 300-360 километров.

Производители электромобилей и планы на будущее

Производством электромобилей в настоящее время занимаются не только крупные концерны, такие как Ford, Honda, SEAT, Kia и прочие известные компании. Выпускают электромобили, очень даже неплохого качества, также и более мелкие компании. Среди них: Tesla Motors, Phoenix Motorcars.

Массовая экспансия электромобилей в гражданский транспорт планируется в 2012 – 2015 году. Именно в этот период производственные мощности заводов должные выйти на серийный уровень, а необходимая инфраструктура для электромобилей достигнуть приемлемого уровня.

Пока что, несмотря на все преимущества электромобилей для городского передвижения, человечество продолжает принимать бензиновый наркотик. Однако цены на нефть и производимые из неё виды топлива неуклонно растут, а новые технологии всё смелее заявляют о себе. Это означает, что в скором будущем автотранспортный комплекс избавиться от нефтяных пятен.


Smart Grid 2 — где закачивается обычная сеть и начинается интеллектуальная

Однозначный ответ на этот вопрос вряд ли сможет дать даже очень подкованный специалист. У Smart Grid нет установившегося единого определения и большинство специалистов толкуют его по-своему, преследуя каждый свои цели.

Составить определение для интеллектуальных сетей можно из двух составляющих:

  • Цель создания интеллектуальных сетей
  • Технологии, которые понимаются под интеллектуальными сетями

Цель создания Smart Grid

Создание концепции Smart Grid за рубежом преследовало следующие ключевые задачи:

  • Повышение надежности электроснабжения и безотказности работы системы (следует напомнить, что начало развитию концепции Smart Grid в США положил ряд крупных системных аварий на территории страны);
  • Повышение энергетической эффективности;
  • Сохранение окружающей среды.

Технологическая база Smart Grid

Исходя из указанных целей, а также имея в виду обзоры и анализы развития концепции в мире, можно выделить следующие ключевые сегменты, на которых в значительной мере скажется развитие Smart Grid-технологий:

  • Учет энергоресурсов;
  • Автоматизация распределительных сетей;
  • Управление и мониторинг состояния электротехнического оборудования;
  • Автоматизация магистральных электрических сетей и узловых подстанций и регулирование перетоков;
  • Электрические сети и установки потребителей;
  • Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии.

Для указанных сегментов можно выделить следующие технологии, подразумевающиеся сегодня под термином Smart Grid для различных сегментов:

  • Системы автоматизированного учета и информационные системы потребителей;
  • Инфраструктура систем связи для энергообъектов;
  • Системы мониторинга состояния и управления электротехническим оборудованием;
  • Системы автоматизации для повышения надежности и безотказности электроснабжения;
  • Системы, обеспечивающие интеграцию источников электроэнергии малой мощности и накопителей, в том числе, электромобилей;
  • Системы управления данными;
  • Системы управления оперативными выездными бригадами.

 

Smart-Grid-2

Объединенные в единую платформу, эти технологии позволяют по-новому подходить к построению электрических сетей, переходя от жесткой структуры «генерация — сети — потребитель» к более гибкой, в которой каждый узел сети может являться активным элементом. При этом интеллектуальная сеть в автоматическом режиме производит переконфигурацию при изменении условий.

Источники энергии для электротранспорта

Электротранспорт, использует в качестве источника энергии электричество, в качестве привода — тяговый электродвигатель. Его основными преимуществами перед транспортом с двигателями внешнего или внутреннего сгорания являются более высокая производительность и экологичность!

Энергия, приводящая в движение транспортное средство, может быть получена из нескольких источников:

  • химическая энергия бортовых батарей и аккумуляторов (электромобиль, электробус);
  • совместно из бортового аккумулятора и топливной силовой установки (гибридный автомобиль);
  • вырабатываться на борту, используя двигатель внутреннего сгорания или дизель (тепловоз, карьерный самосвал и т.п.);
  • вырабатываться на борту, используя топливные элементы;
  • вырабатываться на борту, используя атомную энергию (атомная подводная лодка, авианосец);
  • источники свободной энергии, такие как маховики, ветер и Солнце (гиробус, электромобили на солнечных батареях);

Технология рекуперации энергии

Данная технология при торможении позволяет «уловить» кинетическую энергию и преобразовать ее в электричество для зарядки аккумулятора автомобиля.

Современные автомобили потребляют намного больше электроэнергии, чем их предшественники: в них используется намного больше электрических и электронных компонентов для удобства и безопасности водителя и пассажиров – от электронных систем управления двигателем до климат-контроля.

А в электромобилях электрическая энергия является основным видом топлива!

Рекуперативное торможение широко применяется на электровозах, электропоездах, современных трамваях и троллейбусах, где при торможении электродвигатели начинают работать как электрогенераторы, а вырабатываемая электроэнергия передаётся через контактную сеть либо другим электровозам, либо в общую энергосистему через тяговые подстанции.

Всю необходимую для автомобилей электрическую энергию, как правило, вырабатывает генератор переменного тока: благодаря ему крутящий момент двигателя в преобразуется в электричество. В традиционных системах такой генератор постоянно связан с двигателем приводным ремнем.

Но современные системы рекуперации энергии при торможении работают по-другому. В них генератор включается только в те моменты, когда водитель снимает ногу с педали газа или нажимает педаль тормоза. В итоге та кинетическая энергия, которая раньше при снижении скорости терялась впустую и просто рассеивалась в пространстве, эффективно используется. Избыток ее накапливается в аккумуляторной батарее.

Заряжая аккумулятор только при торможении, движении по инерции или замедлении хода, система рекуперации энергии заодно снижает расход топлива почти на 3%. А при разгоне автомобиля вся мощность двигателя тратится на движение, не отнимая часть ее для работы генератора. Впрочем, интеллектуальные системы автомобиля не упустят тот момент, когда уровень заряда аккумулятора становится слишком низким, и в этом случае может продолжить зарядку и во время ускорения, чтобы не дать батарее разрядиться полностью.

Аналогичный принцип используется на электромобилях, гибридных автомобилях где вырабатываемая при торможении электроэнергия используется для подзарядки аккумуляторов. Некоторые контроллеры двигателей электровелосипедов реализуют рекуперативное торможение.

Проводились также эксперименты по организации рекуперативного торможения других принципов на автомобилях; для хранения энергии использовались маховики, пневматические аккумуляторы, гидроаккумуляторы и другие устройства.

Обсуждение закрыто.