Аннотация: Этапы развития электромобилей и их конструкции
История электромобилей.
Этапы развития электромобилей и их конструкции
Анализ работ по созданию электромобилей за рубежом и в нашей стране, начиная с момента их зарождения и включая сегодняшний день, показывает, что можно условно выделить шесть периодов их развития:
первый — зарождения (1837—1895 гг.);
второй — интенсивного развития и конкуренции (1896 — 1930 гг.);
третий — локального использования (1931—1960 гг.);
четвертый — широкого проведения опытно-конструкторских работ и выпуска большого числа опытных образцов и малых серий опытных электромобилей (1961 —1982 гг.);
пятый — определенный спад работ, вызванный резким изменением конъюнктуры на нефтяном рынке и неудачами в эксплуатации опытных партий из-за недостатков источников тока (после 1982 г.).
Шестой - период возрождения электромобилей, в основном связанный с появлением новых видов аккумуляторов.
Электрический двигатель появился в 1841 году им оснастили тележку. Еще раньше, в 1828 году, венгр Аньос Джедлик использовал электромотор для крошечного, похожего на скейтборд, автомобиля.
image
Строить электромобили начали с начала XIX века. И точно никто не может назвать имя первенца. По одной из версий им был Аньос Джедлик, сделавший в 1828 году маленький автомобиль, даже скорее скейтборд, с электромотором. Однако широкую известность подобные разработки получили в конце XIX-начале XX века.
La Jamais Contente — электромобиль 1899 года выпуска.
Одним из самых первых успешных электрокаров считается модель La Jamais Contente, построенная бельгийцем Камилем Женатци. На ней в 1899 году был установлен рекорд скорости — 105 км/ч.
Камиль Женатзи ведёт электрический автомобиль собственной разработки недалеко от Парижа, Франция. Он стал первым человеком, который превысил заветный рубеж скорости 100 километров в час (62 мили в час) на автомобиле, 1899.
Электромобили на тот момент имели массу преимуществ перед машинами, работающими с ДВС, собственно как и сейчас. Они были тише, проще и дешевле в изготовлении и эксплуатации, электромобили были практически бесшумными и, разумеется, экологически чистыми.
Однако были и явные недостатки — большой вес батарей и небольшой максимальный пробег, они сказались на судьбе подобных машин. Автомобили с традиционными моторами очень быстро совершенствовались, а толчка в интенсивном развитии электрокаров тогда не было. Те же проблемы есть у производителей электрических машин и сейчас. И компании продолжают искать оптимальное решение, чтобы электрокары могли преодолевать большие расстояния, не боялись мороза и быстро подзаряжались.
1880-1920-е годы: Первые электрические автомобили 21 июля 2015 г. «Электромобили — это вещь. В них нет жужжащих и скрежещущих передач с их многочисленными рычагами, в которых можно запутаться, нет опасного и зловонного бензина и никакого шума».
Томас Эдисон позирует возле своего первого электромобиля,
Edison Baker, и одной из его батарей.
Томас Эдисон. Электрические автомобили отнюдь не современное изобретение. Ведь они появились практически одновременно с транспортными средствами, оборудованными двигателями внутреннего сгорания. 1880-1920-е годы: Первые электромобили были настолько просты в использовании, что считались женскими 1895 год.
Впервые созданные в 1880 году, электромобили приобрели популярность в последующие десятилетия и из-за удобства эксплуатации, и за то, что были менее зловонными и шумными, нежели их бензиновые аналоги.
Электромобили начала XX века: история
Новое — это хорошо забытое старое. История столетней давности, главными действующими лицами которой являются Томас Алва Эдисон, мистер Электричество, и Генри Форд, мистер Автомобиль, — наглядное тому подтверждение.
Картина 1912 года: дама заряжает свой фешенебельный электромобиль Columbia Victoria Mark 68.
В начале прошлого века электромобили привлекали многих женщин простотой в управлении и обслуживании.
Вы будете удивлены, но в начале ХХ века, когда о бензоколонках еще никто не слышал, а бензин продавался в аптеках, во всех крупнейших городах Америки уже существовали местные сети зарядных станций для электротранспорта. Например, в Детройте компания Anderson Carriage эксплуатировала три двухэтажные станции, каждая из которых могла принять одновременно более сотни машин. За $35 в месяц клиенты могли получить роскошный сервис: персонал отгонял электромобиль на ночь под крышу одной из станций, где его мыли, полировали, проверяли исправность подвески, меняли истощенную батарею на заряженную и в назначенное время возвращали владельцу. Кроме того, в Anderson Carriage каждый желающий мог купить или взять в аренду гаражное зарядное устройство.
Электромобиль с двумя 50-киловаттными моторами и сотней двухвольтовых аккумуляторных ячеек стал первым дорожным транспортным средством, развившим 100 км/ч.Бельгийский автогонщик Камиль Женаци установил этот рекорд 29 апреля 1899 в окрестностях Парижа.
Остается загадкой тот факт, что великий экспериментатор Эдисон не попробовал (или не захотел?) применить на практике известную к тому времени технологию рекуперативного торможения. Ее адаптация к электрической силовой установке могла бы удлинить «короткий поводок» электромобиля на 20−30% даже с обычным свинцовым аккумулятором. Справедливости ради надо сказать, это непросто даже сегодня, в XXI веке. Тем не менее электрические тормоза все-таки были созданы. В 1905 году их воплотил в металле инженер-электрик из Денвера Оливер Фритшле.
Кроме того, независимо от Эдисона к 1908 году он построил собственную 100-мильную свинцовую батарею и с ее помощью совершил путешествие на электромобиле из провинциальной Небраски в Нью-Йорк. Даже в условиях дикой осенней распутицы машина Фритшле исправно пробегала по 160 км в сутки на одной зарядке. Первым научился оценивать остаточный километраж батареи тоже Фритшле. Он использовал для этого так называемый Milostat — калиброванный особым способом ареометр, настроенный для измерения плотности электролита.
Появление в США Появление в США сетей переменного тока вовсе не облегчило жизнь владельцев электромобилей. Для зарядки аккумуляторов приходилось использовать преобразователь — динамотор с реостатом для понижения вольтажа. Динамотор — это агрегат, объединяющий в себе электродвигатель и генератор. Неудивительно, что до 50% весьма недешевой электроэнергии в этом устройстве, нагревавшемся, как утюг, «улетало» в атмосферу в виде тепла. Впрочем, уже в 1900 году компания General Electric выбросила на прилавки эффективный бытовой динамотор, а еще через год — дешевый ртутный выпрямитель.
1906 год. Нью-Йорк, остров Манхэттен: выставочная колонна автомобилей с аккумуляторами Edison Electric Illuminating Company.
1912 год. Электромобиль Baker Electric с аккумулятором Томаса Эдисона завершил 1000-мильный автопробег.
Когда-то привычные для нас машины с коптящим двигателем внутреннего сгорания считались экзотикой. Например, в 1900 году в крупнейших мегаполисах Востока США Нью-Йорке, Чикаго и Бостоне они едва составляли шестую часть автопарка, проигрывая по численности паровым и электрическим конкурентам. Не говоря уже о гужевом транспорте, который доминировал на рынке вплоть до начала 1920-х.
Королями дорог в те времена были паровики. Мощные, экономичные, всеядные, они за счет ломового крутящего момента демонстрировали отличную динамику и имели простую систему управления. Но совладать с ними могли только крепкие мужчины, не боявшиеся черной работы. Перед поездкой владелец должен был залить в систему несколько ведер воды, раскочегарить бойлер до рабочей температуры и лишь после этого усаживаться за руль. Во время движения нужно было внимательно следить за давлением пара и вручную регулировать подачу моторного масла на поршни.
Первые электромобили проигрывали паровикам и бензиновым автомобилям в цене и скорости. Но их покупателей — преуспевающих юристов, врачей и эмансипированных женщин — это не пугало. Изысканная публика с толстыми чековыми книжками обращала внимание на другое.
Неоспоримыми преимуществами электрических экипажей были полная бесшумность, мгновенный запуск двигателя, элементарный алгоритм управления, исключающий переключения тугой кочерги коробки передач, и минимальное периодическое обслуживание при достаточном запасе хода в 40−60 км.
Причиной же относительной медлительности был слишком быстрый разряд свинцовых батарей в моменты пиковых нагрузок на мотор. Но если учесть, что на булыжных мостовых начала ХХ века лихачить было смерти подобно, этот минус считался несущественным.
Впрочем, при необходимости электрические лошадиные силы могли заткнуть за пояс кого угодно: на первых в истории США коммерческих автогонках, состоявшихся в 1896 году в Крэнстоне, электромобиль компании Riker не оставил пяти бензиновым соперникам ни единого шанса. Эта же машина с новым мотором в 1901 году установила первый в истории официальный рекорд скорости, пролетев милю за 63 секунды. Кроме того, электромобили были чертовски надежны — в них просто нечему было ломаться! Модели таких компаний, как Baker Electrics, Detroit Electrics и Rausch & Langs, годами не требовали ремонта силовой установки.
Компания Electric Storage Battery (ESB), производитель свинцовых аккумуляторов Exide, в Нью-Йорке имела собственный парк электротакси из нескольких десятков машин, а в Детройте 100 экипажей было в распоряжении Detroit Taxicab. Муниципальные службы эксплуатировали электрические кареты скорой помощи (в одной из них в свой последний путь отправился смертельно раненный президент Мак-Кинли), электрические пожарные машины и почтовые фургоны.
Всего же в 1899 году в Штатах насчитывалось 12 производителей электромобилей с суммарным объемом продаж свыше 1400 единиц в год. Причем на рынке были представлены даже гибридные модели — их выпускала компания Woods Electric из Чикаго. На скоростях до 25 км/ч они приводились в движение электромотором, а свыше этого — бензиновым двигателем.
Два в одном
Гибриды — еще одна популярная сегодня схема «питания» автомобилей. Это тандем ДВС и электромотора. Но и гибриды — изобретения не XXI и даже не XX века. Такие автомобили появились в то же время, когда получили развитие машины с традиционными моторами, да и электрокары уже были хорошо известны.
Первым автомобилем с гибридным приводом считается Lohner-Porsche, созданный Фердинандом Порше совместно с австрийской фирмой Hofwagenfabrik Ludwig Lohner & Co. в 1900 году.
Lohner-Porsche — первый гибридный автомобиль. 1901 год.
Правда, изначально это был электромобиль, но Порше решил модернизировать собственную конструкцию. Он установил посередине шасси два бензиновых силовых агрегата. Они служили приводом для двух электрогенераторов. Полученный ток сначала подавался на двигатели в колесах, от которых избыточная мощность поступала в аккумуляторные батареи.
В 1888 году в США был представлен трехколесный автомобиль. Десять свинцово-кислотных аккумуляторов производства Electrical Accumulator Company весили около сорока килограммов. Максимальная скорость конструкции составляла восемь миль в час. Мощность двигателя — 0,5 лошадиной силы. Это был, скорее, трехколесный электровелосипед.
Свинцовый аккумулятор изобрел в 1859—1860 годах Гастон Планте, в 1878 его конструкцию улучшил Камилл Фор. Сегодня эти аккумуляторы используются в автомобильном или мототранспорте в качестве стартёрных батарей.
Томас Перкер был ответственным за электрификацию лондонской подземки. И он же спроектировал и построил этот электромобиль в 1884 году. Кроме того, он сам разработал аккумулятор для своего транспортного средства.
Гибридные автомобили придумали не вчера и не позавчера. В 1916 году Клинтон Эдгар Вудс начал производство автомобиля Woods Dual Power Model 44 Coupe с электродвигателем и двигателем внутреннего сгорания — сразу двумя.
Электромобиль с батареей Эдисона
Все знают, что новое – это хорошо забытое старое. Нынешний электромобильный бум всего лишь повторение того, что происходило в начале прошлого века. Например, 19 декабря 1904 года «Мистер Электричество» Томас Эдисон запатентовал свой электромобиль.
Патент за номером 750102.
Электромобиль с батареей Эдисона Эдисон, история, электромобиль
Принцип работы подзаряжаемого электромобиля был незамысловат: Эдисон, история, электромобиль
Справедливости ради нужно сказать, что это был не первый электромобиль Эдисона. Первенца он построил еще в 1895, считая, что
«Электричество – это вещь. В электромобиле нет тяжелых рычагов, оно безопасно, не зловонно, как бензин и от него нет никакого шума». Просто новый проект предусматривал установку парового двигателя, который мог бы подзаряжать батареи.
Подзарядить свой электромобиль от зарядной станции Эдисона могла даже женщина:
Подзарядить свой электромобиль от зарядной станции Эдисона могла даже женщина: Эдисон, история, электромобиль
Подзарядка и батареи стали коньком Эдисона. Его компания Edison Electric Illuminating Company разработала и стала выпускать «домашние» зарядные станции для электромобилей, которые пользовались большим спросом. Но проект закрылся.
В электромобиле Эдисона действительно не было никаких тяжелых рычагов:
Эдисон не мог смириться с идеями Тесла о переменном токе. Поэтому его аппаратура работала только в тех частях Америки, где использовалась сеть постоянного тока, а там, где работала сеть конкурента Джорджа Вестигауза они были бесполезны.
Решение было простым – мощная батарея. И Эдисон разработал ее. Именно в 1904 году появилась железоникелевая батарея, которую и собирался заряжать изобретатель от парового двигателя.
Железоникилевая батарея, которая должна была перевернуть мир:
Но все закончилось. Батарея проходила в пробеге, организованном Эдисоном в 1909 году, 160 км без подзарядки и служила дольше, чем распространенные тогда свинцовые батарей Exide. И это была победа, если учесть, что в 1900 году 28% всего транспорта в Америке было электрическим.
1600 километровый пробег доказал правоту Эдисона. Его новая батарея легко проходила 160 км без подзарядки:
Весь остальной, кстати, был совсем не бензиновым. А гужевым, в первую очередь, и паровым. И будущее казалось электрически безоблачным. Но тут упали цены на бензин, а главным конкурентом «Мистера Электричество» стал «Мистер Автомобиль» со своим конвейером.
Не сработало. Оставалось заправлять электромобиль в домашних условиях:
Батарея Edison Electric Illuminating Company была слишком дорога. Мало того, что она стоила почти в четыре раза дороже той же Exide. Говорили, что за ее цену можно было купить самый дешевый Ford T, а на сдачу еще и заправлять его почти полгода бензином.
Конец 19-го и начало 20-го века
В конце 19-го и начале 20-го века электромобили преобладали над бензиновыми автомобилями, так как могли обеспечить достаточный уровень комфорта и простоты эксплуатации, который не мог быть достигнут на бензиновых автомобилях того времени. На рубеже 20-го века численность электромобилей достигла 30 тысяч машин. В 1912 году по дорогам США ездило 38 843 электромобиля.
Достижения в двигателях внутреннего сгорания в первом десятилетии 20-го века уменьшили относительные преимущества электромобиля. Более широкий диапазон бензиновых автомобилей, и быстрое время их заправки сделали их более популярными.
В 1912 году Чарльз Кеттеринг (Charles Kettering) изобрел электрический стартер, благодаря которому стало проще заводить бензиновый двигатель, отпала необходимость заводить его вручную с помощью кривого стартера. Массовый выпуск Ford Model T на первой конвейерной линии, начатый в 1913 году Генри Фордом, окончательно добил рынок электромобилей, бензиновые автомобили стали стоить в два, в три раза дешевле электромобилей. Продажи электромобилей стали стремительно падать. В 1923 году одна из немногих оставшихся фирм по производству электромобилей — Milburn, была куплена фирмой General Motors.
Электромобили возвращаются
электромобиль General Motors EV1
General Motors EV1
В 1990-х годах в Калифорнии остро встал вопрос загазованности воздуха автомобилями. Калифорнийская фирма California Air Resources Board (CARB), являвшаяся «агентом правительства Калифорнии по чистому воздуху» начала требовать от автопроизводителей, производство двигателей с более низким уровнем выхлопных газов. В 1990 году был издан закон, получивший название Zero Emission Vehicle (ZEV) Mandate, согласно которому к 1998 году, 2% транспортных средств продаваемых в Калифорнии должны были иметь нулевой уровень выхлопа, а к 2003 году их доля должна была составить 10%. В 1994 году 12 других штатов США также принимают California’s ZEV Mandate. Автопроизводителям не нравится этот закон, и они настроены против него. В 2002 году GM и DaimlerChrysler подают в суд на CARB с целью отмены ZEV Mandate и выигрывают судебный процесс. Требование нулевого выброса выхлопа автомобилей заменяется требованием его более низкого уровня. В связи с требованием закона 1990-го года, автопрозводители начали выпуск электромобилей. Был выпущен целый ряд моделей, среди них были General Motors EV1 и S10EV,
Honda EV Plus,
Nissan Altra EV,
Toyota RAV4 EV.
По решению автопроизводителей электромобили можно было взять только в аренду, по истечении которой они должны были быть возвращены обратно. Всего, таким образом, было приобретено 5500 автомобилей. В 2002 году электромобили были отозваны с рынка, и как утверждается, большинство из них были уничтожены. Владельцы электромобилей протестовали и подавали в суд, но только Toyota приняла решение о продаже своих RAV4. Описание этих событий и их возможные причины рассматриваются в популярном фильме «Кто убил электромобиль?» (Who killed electric car?), снятом в 2002 году.
Революция электромобилей в 21 веке
электромобиль Tesla Model X
Tesla Model X
В 2003 году Илон Маск основал в Силиконовой долине компанию Tesla Motors, ориентированную на производство электромобилей и аккумуляторов, названную в честь всемирно известного физика Никола Теслы. Отношение к электромобилям в 21 веке постепенно меняется, из диковинных курьезов они превращаются в обычный повседневный транспорт. В 2006 году Tesla Motors на Международном авто-шоу в Сан-Франциско демонстрирует свою модель электромобиля Tesla Roadster, не уступающего по ходовым качествам — динамике разгона и максимальной скорости, обычным автомобилям. Отношение автокомпаний к элеткромобилям начинает меняться. В 2008 году Tesla Motors начинает серийный выпуск электромобиля Tesla Roadster.
В Tesla Roadster используются литий-ионные аккумуляторы, которых хватает на пробег без подзарядки до 300-400 км. Полная зарядка аккумуляторов составляет 3,5 часа. Tesla Roadster разгоняется до 100 км/ч менее чем за 4 секунды, а максимальная скорость принудительно ограничена 201,1 км/ч. Стоимость базовой модели — 109 000 долларов. За время выпуска Tesla Roadster с 2008 по 2012 было продано 2600 автомобилей. В 2009 году Tesla представляет седан Model S,
который занимает высшее место в рейтинге автомобилей, составляемом компанией Consumer Reports и ведущими автомобильными журналистами.
