Электромобиль

1. Введение

   Стремительный рост автомобильного транспорта неизбежно  отразился  на  экологии  нашей  планеты. 90% загрязнений – это  доля, вносимая автотранспортом в  загрязнение атмосферы.

   В последнее  время в мире широко практикуют и  внедряют в повседневную жизнь новые, экологически чистые  виды топлива, методы получения  энергии и создания экомобилей. И одним из вида экотранспорта является электромобиль. Ведь он использует неистощяемый ресурс и абсолютно экологически чистый. Электродвигатель во многих параметрах превосходит двигатель внутреннего сгорания:

• Отсутствие вредных выхлопов в месте нахождения электромобиля.
• Высокая экологичность ввиду отсутствия применения нефтяных топлив, антифризов, трансмиссионных и моторных масел, а также фильтров для этих жидкостей.
• Простота техобслуживания, большой межсервисный пробег.
• Низкая пожаро- и взрывоопасность при аварии.
• Простота конструкции (простота электродвигателя и трансмиссии, отсутствие необходимости в переключении передач) и управления, высокая надёжность и долговечность экипажной части (до 20—25 лет) в сравнении с обычным автомобилем.
• Возможность подзарядки от бытовой электрической сети (розетки), но такой способ в 5—10 раз дольше, чем от специального высоковольтного зарядного устройства.

   Экология  планеты ухудшается день ото дня, и хочется верить в то, что электромобили придут на смену современным видам транспорта, и только тогда мы сможем смело сказать: «одним загрязнителем окружающей среды стало меньше». 

2. История развития электромобиля.

   Электромобиль появился раньше, чем двигатель внутреннего сгорания. Первый электромобиль в виде тележки с электромотором был создан в 1841 году. Первый двухместный электромобиль русского инженера-изобретателя Ипполита Романова образца 1899 года изменял скорость движения в девяти градациях — от 1,6 км в час до максимальной в 37,4 км в час. В первой четверти XX века широкое распространение получили электромобили и автомобили с паровой машиной. В 1900 году примерно половина автомобилей в США была на паровом ходу, в 1910-х в Нью-Йорке в такси работало до 70 тысяч электромобилей. Значительное распространение в начале века получили и грузовые электромобили, а также электрические омнибусы (электробусы).

   Изначально  запас хода и скорость у электрических  и бензиновых экипажей были примерно одинаковыми. Главным минусом электромобилей была сложная система подзарядки. Поскольку тогда ещё не существовало усовершенствованных преобразователей переменного тока в постоянный, зарядка осуществлялась крайне сложным способом. Для подзарядки использовался электромотор, работавший от переменного тока. Он вращал вал генератора, к которому были подсоединены батареи электромобиля. В 1906 году был изобретён сравнительно простой в эксплуатации выпрямитель тока, но это существенно проблему подзарядки не решило.

   Электромобиль La Jamais Contente 1 мая 1899 года установил рекорд скорости на суше. Он первым в мире преодолел скорость 100 км/ч и достиг скорости 105,882 км/ч. Известный американский конструктор электромобилей Уолтер Бейкер получил скорость 130 км/ч. А электромобиль фирмы «Борланд Электрик» проехал от Чикаго до Милуоки (167 км) на одной зарядке. На следующий день (после перезарядки) электромобиль вернулся в Чикаго своим ходом. Средняя скорость составила 55 км/ч.

   Энциклопедия  Брокгауза Ф. А. и Ефрона И. А. описывает электромобили следующим образом: Самым многообещающим типом автомобиля в будущем можно считать электрический, но пока он ещё недостаточно усовершенствован. Электрические двигатели не дают ни шума, ни копоти, они, бесспорно, удобнее и совершеннее всех других, но он должен вести свой источник энергии: аккумуляторную батарею, которая пока ещё слишком тяжела и непрочна. Поэтому невозможно возить с собою запас энергии на длинный путь, а вновь заряжать аккумуляторы и заменять истощённые другими возможно лишь при езде в городах или от одной специально устроенной станции до другой. Существуют уже более лёгкие аккумуляторы Эдисона, но они ещё не получили распространения, так как, вероятно, ещё недостаточно усовершенствованы своим изобретателем. Электрические были пущены в обращение Jeantaud и многими другими с самого начала автомобилизма: на конкурсе 1904 г. в Париже были даже, по-видимому, парадоксальные. Жанто и Крижера: газолиново-электрические, действовавшие недурно. В нём газолиновый мотор приводил в движение динамо-машину, которая давала ток для электрического двигателя; оказалось, что такая электрическая трансмиссия поглощает процентов на 20 меньше энергии, чем обыкновенная механическая и удобна для регулирования скорости. 

   Возрождение интереса к электромобилям произошло в 1960-е годы из-за экологических проблем автотранспорта, а в 1970-е годы и из-за резкого роста стоимости топлива в результате энергетических кризисов.

   Преимущества  электромобиля:

• Электромобили отличаются низкой стоимостью эксплуатации. Ford Ranger потребляет 0,25 кВт·ч на один километр пути, Toyota RAV4 — 0,19 кВт·ч на километр.
• КПД тягового электродвигателя составляет 88 %—95 %.

   Существует  легенда, что низкий уровень шума электромобилей может создавать  проблемы — пешеходы, переходя дорогу, зачастую ориентируются на звук автомобиля. В некоторых странах даже предлагается искусственно повысить уровень шума электромобилей. Разумеется, резкий шум работающего мощного электродвигателя трудно с чем-то спутать, шум электроприводов троллейбуса (в основном воздушных компрессоров и вентиляторов в старых моделях), механических передач (дифференциал и карданная передача), электрокара, поезда метро широко известен, так что электромобилю необходимо обычное для транспорта шумоподавление. Да и шум современного автомобиля на небольшой скорости очень мал, в основном это шум трения колёс об асфальт, гравий или другое покрытие. Однако при использовании маломощных двигателей, как, например, в трамваях, шум действительно практически отсутствует и на некоторых выпускаемых электромобилях искусственно повышают уровень шума.

   Сравнение с ДВС — преимущества:

• Отсутствие вредных выхлопов в месте нахождения электромобиля.
• Высокая экологичность ввиду отсутствия применения нефтяных топлив, антифризов, трансмиссионных и моторных масел, а также фильтров для этих жидкостей.
• Простота техобслуживания, большой межсервисный пробег.
• Низкая пожаро- и взрывоопасность при аварии
• .Простота конструкции (простота электродвигателя и трансмиссии, отсутствие необходимости в переключении передач) и управления, высокая надёжность и долговечность экипажной части (до 20—25 лет) в сравнении с обычным автомобилем.
• Возможность подзарядки от бытовой электрической сети (розетки), но такой способ в 5—10 раз дольше, чем от специального высоковольтного зарядного устройства.
• Электромобиль — единственный вариант применения на легковом автотранспорте дешевой (по сравнению с бензином) энергии, вырабатываемой АЭС, ГЭС и электростанциями других типов.
• Массовое применение электромобилей смогло бы помочь в решении проблемы «энергетического пика» за счёт подзарядки аккумуляторов в ночное время.
• ТЭД имеют КПД до 90-95 % по сравнению с 22-42 % у ДВС.
• Меньший шум за счёт меньшего количества движимых частей и механических передач.
• Высокая плавность хода с широким интервалом изменения частоты вращения вала двигателя.
• Возможность подзарядки аккумуляторов во время рекуперативного торможения и при движении вниз по склонам (при переключении двигателя в режим генератора).
• Возможность подзарядки аккумуляторов от энергии солнца (как во время движения, так и во время простоя автомобиля).
• Возможность торможения самим электродвигателем (режим электромагнитного тормоза) без использования механических тормозов — отсутствие трения и соответственно износа тормозов.
• Простая возможность реализации полного привода и торможения путем применения схемы «мотор-колесо», что позволяет, помимо прочего, легко реализовать систему одновременного поворота всех четырех колес, вплоть до перпендикулярного положения.
• Также как и в автомобилях с ДВС, часть энергии (около 10 %) теряется в коробке передач и других элементах трансмиссии. Для решения этой проблемы в элекромобилях, компания Mitsubishi Motor разработала колесо с встроенным электродвигателем (мотор-колесо). Система получила название Mitsubishi In-wheel motor Electric Vehicle (MIEV). Аналогичное мотор-колесо разработала Toyota. Прототип автомобиля Toyota Fine-T может поворачивать колёса перпендикулярно оси автомобиля, что позволяет значительно упростить парковку. Возможно также решением данной проблемы будет отказ от коробки передач в пользу обычной цилиндрической передачи, как на локомотивах (КПД около 95 %) или простого карданного вала, как на троллейбусах.

   Сравнение с ДВС — недостатки:

• Аккумулятор электромобиля

   Аккумуляторы  за полтора века эволюции так и не достигли характеристик, позволяющих электромобилю на равных конкурировать с автомобилем по запасу хода и стоимости, несмотря на значительное усовершенствование конструкции. Имеющиеся высокоэнергоёмкие аккумуляторы либо слишком дороги из-за применения драгоценных или дорогостоящих металлов (серебро, литий), либо работают при слишком высоких температурах (рабочая температура натрий-серного аккумулятора — более 300 °С). Кроме того, такие аккумуляторы отличаются высоким саморазрядом. Одним из перспективных направлений стала разработка никель-металл-гидридных аккумуляторов с оптимальным соотношением энергоёмкости и себестоимости, однако из-за патентных ограничений на NiMH-аккумуляторы на электромобилях вынуждены применять свинцово-кислотные АКБ. Впрочем, энергоёмкость таких АКБ увеличилась за XX век в 4 раза (до 40—45 Вт·ч/кг) и они не требуют обслуживания в течение всего срока службы. Значительно повысить отдачу от аккумуляторов позволило применение электронных систем оперативного контроля за состоянием и зарядкой-разрядкой АКБ. Возможно выходом из этой ситуации будет применение топливных элементов, в частности дешевеющих PEM-элементов.

   Аккумуляторы  хорошо работают при движении электромобиля  на постоянных скоростях и при  плавных разгонах. При резких стартах  тяговые АКБ теряют много энергии. Для увеличения пробега электромобиля  необходимы специальные стартовые системы, например, на конденсаторах, а также применение систем рекуперации энергии (экономия до 25 %).

• Проблемой является производство и утилизация аккумуляторов, которые часто содержат ядовитые компоненты (например, свинец или литий) и кислоты.
• Часть энергии аккумуляторов тратится на охлаждение или обогрев салона автомобиля, а также питание прочих бортовых энергопотребителей (например, свет или воздушный компрессор). Предпринимаются усилия, чтобы решить эту проблему с использованием топливных элементов, ионисторов и фотоэлементов.
• Для массового применения электромобилей требуется создание соответствующей инфраструктуры для подзарядки аккумуляторов («автозарядные» станции).
• При массовом использовании электромобилей в момент их зарядки от бытовой сети возрастают перегрузки электрических сетей «последней мили», что чревато снижением качества энергоснабжения и риском локальных аварий сети.
• Длительное время зарядки аккумуляторов по сравнению с заправкой топливом.
• Малый пробег от одного заряда. Литиевая батарея ёмкостью 24 кВт·ч при средних условиях движения (60-90 км/ч, ближний свет фар (фары на светодиодах), без отопления салона, без кондиционера) позволяет электромобилю проехать около 160 км. Использование кондиционера, отопителя салона, движение с частым разгоном/торможением, движение со скоростью более 90-100 км/ч, загрузка электромобиля пассажирами или грузом уменьшают пробег от одного заряда до 2-х раз (до 80 км).
• Высокая стоимость литиевых батарей, или высокий вес достаточно ёмких свинцовых батарей. Литиевая батарея ёмкостью 24 кВт·ч стоит порядка 6000-9000 $ (даёт около 160 км пробега). Свинцовые батареи весом порядка 400 кг позволяют иметь пробег всего около 80 км, к тому же свинцовые батареи очень не любят глубокого разряда. Использование большего количества свинцовых батарей приводит к перегрузке электромобиля, а использование литиевых батарей большей ёмкости сильно удорожает электромобиль. Другие типы батарей в электромобилях практически не используются.

   Но  даже не смотря на эти недостатки, развитие электромобилей идет полным ходом. С каждым годом ученые делают электродвигатель все совершеннее.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Категория потребителя

   Учитывая  нынешнее состояние городских дорог, актуальность малогабаритного транспорта неуклонно растет.

   Предпочтения  покупателей при покупке автомобиля все более склоняются в сторону  маленьких и компактных автомобилей, и это не удивительно, ведь они  положительно имеют много позитивных сторон. Изначально, речь пойдет о скромности габаритов, что в условиях города и русской культуры вождения весьма привлекательно, потому что без проблем можно втиснуться и припарковаться там, где при наличии другого авто было бы просто не выполнимо.

   Так как  все мы помним о прописной истине, что авто не роскошь, а самое настоящее средство передвижения, в связи с этим многие люди могут себе позволить приобрести себе парочку машин для разных целей, то почему бы для городского перемещения не выбрать удобный и компактный автомобиль.

   Пробки  являются главной проблемой в  крупных городах и доставляют много неудобств, потому что дороги узкие, а количество машин на них растет с завидным постоянством. И вот тут, верным помощником автомобилисту станет его маленький друг, которому под силу протиснуться там, где авто марки внедорожник просто застрянет, и не сможет объехать препятствие по узенькому переулку. Тоже можно сказать и по поводу парковки возле дома, поликлиники или супермаркета.

   Экономия  на эксплуатационных мероприятиях, минимальные  расходы при эксплуатации, комфортность и, как неудивительно, безопасность – все это присуще малогабаритному электромобилю.

   Электромобиль не только удобен в эксплуатации, но и поможет снизить выброс вредных  веществ в атмосферу Земли. Так  что потребитель выбирает удобное  в пользовании и полезное экологии.

   Категория потребителя может быть очень обширной. Я выберу более узкий круг потребителя:

• Потребителем проектируемого объекта может быть как мужчина так и женщина.
• Так как внешнее цветовое решение и внешние данные будут зависеть от возраста и культурно-эстетических предпочтений потребителя, то возрастные рамки потребителя 26-35 лет. Также люди этой возрастной группы являются самостоятельными, то данный проектируемый объект среди них будет актуален.
• Категория потребителей нашего объекта не обязывает иметь какое-либо определенное образование, поэтому пользоваться объектом может человек как с базовым, средним так и высшим образование.
• Достаток потребителя должен быть средний, так как данный объект требует технического обслуживания.
• Профессия потребителя – группа интеллектуальных профессий.
• Культурно-эстетическое предпочтение потребителя с данной группой  профессий склонна к более брутальным формам.