Прототипы современных электромобилей начали конструировать еще до
изобретения двигателя внутреннего сгорания (ДВС) – основы современного
автомобиля. Всего лишь через несколько лет после открытия Майклом
Фарадеем в 1831 году явления электромагнитной индукции появились
электродвигатели, пригодные для использования в электромобилях. А одно
из первых электродвижущих транспортных средств было создано шотландцем
Робертом Дэвидсоном в 1838 году в Англии.
В конце XIX и начале XX века электромобиль был одним из основных
средств передвижения, успешно конкурируя вначале с каретами (повозками)
на паровой тяге и далее с первыми бензиновыми автомобилями. Именно на
электромобиле впервые в мире был преодолен рубеж скорости 100 км/ч. В
1899 году электромобиль La Jamais Contente во французском городе Ашер (близ Парижа) достиг невиданной тогда скорости – 105,882 км/ч.
В те времена количество электромобилей в разы превосходило автопарк
чадящих собратьев. Только в нью-йоркском такси в 1910-х годах работало
до 70 тыс. электромобилей. Значительное распространение имели грузовые
электромобили и электроавтобусы (омнибусы). Разработкой электромобилей
занимались такие известные инженеры и изобретатели как Томас Эдисон,
Никола Тесла.
Надо сказать, что электромобиль в начале прошлого века идеально
вписывался в размеренную городскую жизнь. Пользовались им, в основном,
состоятельные и интеллигентные люди. Для них в то время скорость и
дальность пробега были не так существенны, как удобство и простота
обслуживания, комфортность поездки. А электромобиль был чистым, удобным
и престижным транспортом – в отличие от пропахших бензином и маслом,
дымных и шумных бензиновых экипажей, которые были уделом энтузиастов
типа автомеханика Адама Козлевича из всем известного фильма "Золотой
теленок" по бессмертному произведению Ильфа и Петрова.
В России наибольших успехов в конструировании электротранспорта
добился Ипполит Владимирович Романов. Петербургский изобретатель
спроектировал две модели электромобилей (двухместная и четырехместная
коляски), а также 17-местный и 24-местный омнибусы. Предполагалось
использовать их на первых омнибусных маршрутах Санкт-Петербурга. Однако
из-за бюрократических препонов и сопротивления владельцев повозок на
конной тяге, организовать транспортные перевозки с использованием
омнибусов Романова не удалось.
Дальнейшее совершенствование ДВС позволило устранить основные
недостатки в надежности работы и удобстве эксплуатации автомобилей, а в
последующем добиться существенного комфорта для водителя. Со временем
автомобили с ДВС дешевели и такие их преимущества как скорость и
дальность поездки, а также наличие недорогого и весьма удобного
бензинового топлива привели к постепенному исчезновению электромобилей.
Наследники первых электромобилей остались лишь в сферах
специфического применения, где недопустимы выхлопные газы и шум от ДВС.
Хотя формально и не принято относить к электромобилям электротранспорт,
используемый в закрытых складских терминалах, вокзалах, выставочных
комплексах, зонах отдыха и развлечений. Заметное возрождение интереса к
электромобилям произошло в прошлом веке, в 60-е годы из-за появления
экологических проблем, а в 70-е годы еще и из-за резкого роста
стоимости топлива в результате энергетического кризиса.
Как работает электромобиль?
Общий принцип конструирования электромобилей – использование
электрического двигателя (одного или нескольких) для преобразования
электрической энергии в механическую. Существует два основных типа
электродвигателей. Одни работают на переменном токе, другие с
использованием непосредственно получаемого от аккумуляторов постоянного
тока. Двигатели переменного тока в сравнении с использующими
постоянный, имеют более простую и надежную конструкцию, лучше подходят
для использования в электромобилях, но требуют дополнительных
преобразователей для получения переменного тока.
Оба типа двигателей в сравнении с ДВС имеют гораздо более простую,
надежную, компактную и ремонтопригодную конструкцию. Не говоря уже о
более высоком коэффициенте полезного действия и минимальном влиянии на
окружающую среду. В традиционных электромобилях для передачи на колеса
крутящего момента используется обычная автомобильная конструкция. В
перспективных проектах электромобилей применяют более специфические
системы. Одна из них с использованием т.н. мотор-колеса. При
этом колесо и электродвигатель составляют единую конструкцию, а
индивидуальное управление колесами улучшает управляемость, но имеет и
некоторые недостатки. Так, повышенная масса такого колеса требует более
надежных амортизаторов.
Основным источником энергии по-прежнему являются аккумуляторные
батареи. И хотя эти электрохимические источники тока за полтора века
претерпели значительные усовершенствования, запасаемой в них
электроэнергии для растущих потребностей все равно не хватает. Наряду с
дальнейшим совершенствованием конструкции аккумуляторов, применением в
них новых материалов и технологий, требуется разработка новых
накопителей электроэнергии и автономных преобразователей топлива в
электрический ток.
В качестве накопителей предполагают использовать усовершенствованные ионисторы
– конденсаторы очень большой емкости. В отличие от аккумуляторов, они
могут заряжаться почти мгновенно и не боятся сверхтоков, возникающих
при разгоне. Но пока ионисторы не имеют достаточно высокой емкости и
могут использоваться лишь для подпитки аккумуляторов при разгоне.
Топливные элементы позволяют вырабатывать необходимое количество
электроэнергии непосредственно на борту автомобиля и в движении.
Источниками топлива могут служить водород и кислород. Единственными
недостатками уже существующих топливных элементов пока являются
недостаточная эффективность при серьезной стоимости.
Рассматривая возможные альтернативы существующим источникам
электроэнергии нельзя не упомянуть о личности работавшего в США
легендарного ученого Николы Тесла. Именно им в начале прошлого
века были предложены прототипы всех существующих сегодня систем
выработки и распределения электроэнергии. А некоторые из
демонстрировавшихся им разработки и сегодня не имеют серьезных
объяснений (по крайней мере публичных) и выглядят подчас легендами.
Ученого в свое время даже обвиняли в колдовстве.
Известен такой факт, в 1931 г. в течение недели Тесла демонстрировал
удивительный электромобиль на основе обычной автомашины, но с
электромотором переменного тока вместо бензинового двигателя. Газеты
того времени вовсю трубили об удивительном испытании, проходившем в г.
Буффало и финансировавшемся миллионером изобретателем Джорджем
Вестингхаусом.
Эта машина развивала скорость до 150 км/ч, и самое обескураживающее,
не требовала подзарядки! Источником тока служил небольшой блок с двумя
торчащими из него стержнями. По некоторым предположениям, гениальный
ученый смог настроить свою систему электропитания в резонанс с
электромагнитным полем Земли.
Преимущества и недостатки электромобилей
Для работы электромобиля не требуются сложные системы подачи топлива
и смазки. Не нужны карбюраторы и инжекторы для смешивания и впрыска
топлива в строго заданные моменты работы ДВС. Нужно просто замкнуть
электрическую цепь и регулировать количество протекающего по ней тока.
Электромобили в сравнении с традиционными авто имеют более простую
конструкцию, более высокую надёжность и долговечность, а при массовом
выпуске должны будут иметь и меньшую стоимость.
Основные преимущества электромобилей:
- экологическая чистота и отсутствие выбросов выхлопных газов;
- высокий ресурс работы и надежность электродвигателя;
- высокий КПД электродвигателей (до 90-95%);
- незначительный уровень шума.
Главные недостатки электромобилей, сдерживающие их повсеместное внедрение:
- малый пробег из-за ограниченного запаса энергии на борту электромобиля;
- низкая удельная энергоемкость аккумуляторов и большой вес батареи;
- ограниченный срок службы и высокая стоимость аккумуляторов;
- требуется создание инфраструктуры для зарядки электромобилей.
Другой, менее значимой, но все же проблемой можно считать
невозможность обеспечивать с помощью существующих аккумуляторных систем
достаточно скоростной режим и серьезные ускорения при движении на
скоростной трассе. При резких стартах аккумуляторы теряют много
энергии. Для увеличения пробега и маневренности электромобиля
необходимо разрабатывать специальные стартовые системы, например, на
конденсаторах или с использованием вращающихся маховиков (как
механических аккумуляторов), а также применение систем рекуперации энергии.
Конструкция электромобиля замечательна тем, что при торможении
позволяет возвращать часть энергии, теряемой в процессе трения
тормозных колодок обычного автомобиля. Такой процесс обратного
преобразования механической энергии в электрическую называют
рекуперацией.
Существенным для холодных стран является и тот факт, что для
обогрева салона приходится тратить часть энергии аккумуляторов.
Впрочем, в жарких странах ее иногда придется тратить на охлаждение.
Правда, прилагаются усилия для решения этой проблемы с использованием
источников энергии на основе солнечных фотоэлементов.
| 
