Несмотря на то, что в ближайшие 20 лет ДВС будут оставаться основными силовыми агрегатами для машин, через некоторое время их начнут теснить электромобили и гибриды с новым поколением аккумуляторов.
Несмотря на то, что в ближайшие 20 лет ДВС будут оставаться основными силовыми агрегатами для машин, через некоторое время их начнут теснить электромобили и гибриды с новым поколением аккумуляторов.
Массовое производство электромобилей и гибридов сдерживается отсутствием аккумуляторов, которые соответствовали бы необходимым требованиям. Поэтому многие ведущие производители автомобилей и комплектующих объединились с профессионалами в области аккумуляторных батарей, создав совместные предприятия по разработке и производству высокоэффективных АКБ. Какие же проблемы решают тысячи специалистов?
 |
Центральное подпольное расположение аккумуляторов улушает развесовку по осям и снижает центр тяжести, что повышает устойчивость и управляемость электромобиля. |
Выбор типа АКБ
Используемые в нынешних электромобилях и гибридах никель-металлгидридные аккумуляторы (Ni-MH), по мнению специалистов, исчерпали свой потенциал. Их преемником после многократных усовершенствований становятся литий-ионные батареи (Li-Ion). У них большая энергоемкость, отсутствует «эффект памяти», высокое номинальное напряжение. Кроме того, они выдерживают больше циклов разряд-зарядов, (то есть дольше служат) и меньше склонны к саморазряду.
Несмотря на то, что преимущество литий-ионной технологии батарей уже доказано на примере мобильных телефонов, ноутбуков и цифровых фотоаппаратов, для транспорта этот источник электричества пока несовершенен. Так, электромобилю массой 1 т на 200 километров пробега необходима батарея емкостью около 35 киловатт-часов (кВт-ч). Сегодня за такой аккумулятор придется выложить 17000 евро – соответственно, электромобиль получается очень дорогими. Кроме того, водители хотят иметь запас хода больше 200 км, поэтому такая емкость батареи их не удовлетворит. Для этого нужно увеличить количество элементов питания или же повысить их удельную мощность.
Серийное производство литий-ионных батарей для гибридов SB LiMotive планирует начать в 2011 г., а для электромобилей – в 2012 г.
Стоимость АКБ планируют снижать за счет организации производства в крупных масштабах, а также увеличения объемов поставок сырья и удешевления производства химкомпонентов. Новоиспеченный производитель литий-ионных батарей SB LiMotive – совместное предприятие компаний Bosch и Samsung SDI к 2015 году планирует получить аккумулятор стоимостью около 12000 евро.
Решается и задача увеличения ресурса литий-ионных аккумуляторов для его выравнивания со сроком эксплуатации самого транспортного средства. Это означает, что ресурс батареи должен достигать 12 лет, а общий пробег машины – 250 тыс. км.
Каждому – свое
В ходе создания электромобилей и гибридов оказалось, что они предъявляют различные требования к энергоемкости и удельной мощности батарей. Для первого нужна высокая емкость, так как для большого запаса хода необходимо сохранить в аккумуляторе много энергии. А гибридам важнее удельная мощность, поскольку электричество необходимо накапливать, хранить и выделять в короткие промежутки времени. Сегодня батареи для гибридов имеют удельную мощность 3 кВт на килограмм и около 85 Вт-ч на килограмм удельной емкости. А вот АКБ для электромобилей, напротив, выдают 110 Вт-ч на килограмм. Цель химиков и технологов – к 2012 году обеспечить мощность для гибридов свыше 4 кВт/кг, а удельную емкость для электромобилей – более 150 Вт-ч/кг. То есть в течение трех лет эффективность батарей должна повысится на 30–40%.
Отличаются требования гибридов и электромобилей и по количеству циклов зарядки. Частые разрядки и зарядки АКБ гибрида обусловили потребность выдерживать более миллиона циклов. В то же время для электромобиля достаточно 2500– 3000 циклов зарядки.
Еще одна проблема – литий-ионные батареи эффективно работают только в пределах 15–45°С. При низких температурах снижается их емкость, а при повышенных – ресурс. Так как температуры в автомобиле колеблются от –30 до +60°С, инженеры работают над интеллектуальной системой управления, которая будет постоянно измерять и регулировать режим работы каждого элемента питания, изменяя силу тока, напряжение, температуру и уровень заряда, чем замедлит процесс старения и увеличит срок службы элементов питания и количество зарядов.
 |  |
В гибридных силовых установках аккумуляторы компактнее, поэтому разместить их гораздо проще. Они устанавливаются как в центральной части, так и в районе задней оси. | Улучшить показатели емкости и мощности в ближайшее время планируется оптимизацией химсостава элемента питания. |
Электрозаправки
Для полномасштабной электромобилизации и гибридизации на сегодняшний день недостаточно создать эффективные аккумуляторы – необходимо массовое производство электроподзарядочных станций. В США уже появились компании, специализирующиеся на создании и монтаже станций подзарядки электромобилей и гибридов. Например, компания Cisco к концу этого года планирует запустить около 1000 станций подзарядки с выходом на 110 В, а в следующем – в четыре раза больше. Их можно будет применять для подзарядки любых литий-ионнных АКБ – от установленных в ноутбуках до автомобильных. По прогнозам, на первых этапах работы электростанций стоимость электричества будет в 2 раза ниже, чем бензина в пересчете затрат на эксплуатацию.
Последняя сенсация
Компания Toyota объявила о совместной с японским университетом Tohoku разработке новой технологии, которая значительно повышает емкость литий-ионных батарей для электромобилей. Пока все технические детали держатся в тайне, но известно, что совершенствовать технологию собираются за счет использования энергии литий-кобальтовых кристаллов. Батареи нового поколения станут в разы меньше и компактнее. По мнению некоторых экспертов, Toyota может стать первой компанией, которая выведет на рынок электромобили с запасом хода 1000 миль (1600 км). В случае успеха проекта электромобили нового поколения появятся на рынке в середине следующего десятилетия.