Будущее на батарейках

Современные гибриды – лишь промежуточный этап развития транспорта. Их сменят «чистые» электромобили, массовому производству которых пока мешают некоторые проблемы. Как они решаются?

Современные гибриды – лишь промежуточный этап развития транспорта. Их сменят «чистые» электромобили, массовому производству которых пока мешают некоторые проблемы. Как они решаются?

Разрабатывая электромобили завтрашнего дня, ведущие автопроизводители делают ставку не на переведенные «на батарейки» обычные серийные машины, а на специальные автомобили, где вся конструкция подчинена «электрической» идее. Вместе с тем, при проектировании инженеры – в данном случае BMW Group – не только реализовывают чисто «электрические» задачи, но и стремятся улучшать все потребительские характеристики транспортных средств, как это бывает с каждым новым поколением традиционных моделей с ДВС. Перспективный проект электромобиля гольф-класса в BMW Group назвали MСV (Megaсity Vehicle) – транспортное средство для мегаполисов. Его собирается запустить в продажу уже в 2013 году.

Пути решения проблем перспективных массовых электромобилей мы изучали в мюнхенском учебном центре BMW Group.

Компоновка

Компоненты ходовой части и силовой агрегат крепятся к металлической раме.	В отличие от «переделок» из машин с ДВС, вся батарея MCV поместилась в базе под днищем.

Компоновка – один из ключевых вопросов для проектантов «чистого» электромобиля. Баварские конструкторы для MСV выбрали заднемоторную схему с задним приводом и установкой батарей под полом кузова. Размещенный в корме силовой агрегат не ограничивает салон по длине, облегчает задачу по созданию стойкого к фронтальным столкновениям кузова и, загружая ведущие колеса, содействует их высоким cцепным свойствам. Самому тяжелому компоненту электромобиля – аккумуляторной батарее (253 кг) – отведено пространство под днищем. Таким образом, появилась возможность, собрав все аккумуляторы в единый блок, максимально снизить центр тяжести машины. Кроме того, конструкторы «отобрали» у кузова его несущую функцию: у электромобиля есть алюминиевая рама с развитыми пространственными подрамниками в передней и задней частях. К ним крепятся обе независимые подвески и силовой агрегат.

Клееный кузов

Для производства карбоновых панелей применяются программируемые роботы.	Карбоновые детали состоят из нескольких слоев пересекающихся углеродных нитей, скрепленных смолой.
	Хрупкий карбон плохо поглощает энергию удара при ДТП – это сделают литые алюминиевые подрамники в носу и корме MCV.

Создатели MСV назвали свой кузов «жилым модулем». Он четырехдверный, четырехместный и полностью изготовлен из материала CFRP (Carbon fiber-reinforced polymer). Это полимерный композит на основе эпоксидной смолы и шести слоев перекрещивающихся под разными углами углеродных волокон. Иначе говоря, это тот самый карбон, из которого делают монококи болидов F1 и обвесы суперкаров. Такая конструкция на 30% легче алюминиевой и на 50% легче стальной, но обладает при этом более высокой прочностью. Из карбона изготовлены не только наружные панели кузова, но и все силовые элементы – короба-профили, заполненные энергопоглощающим ячеистым наполнителем из того же материала. Отдельные детали кузова – пороги, панели – скреплены сверхпрочным клеем. Аналогичный несущий кузов, сделанный из стали, весил бы вдвое больше. Материалы и техпроцесс производства CFRP, состоящий из двенадцати этапов, весьма и весьма недешевы, но BMW Group занимается выпуском кузовов сама, не передавая производство столь ответственных элементов в «дешевые» восточные страны.

Силовой агрегат

Ответственная часть силовой установки – блок, преобразующий постоянный ток батарей в необходимую двигателю «переменку».	Тяговый двигатель переменного тока – синхронный, с якорем на постоянных магнитах.
Вместо КП – одноступенчатый редуктор в блоке с главной передачей.

Движущей силой автомобиля выступает трехфазный электромотор переменного тока. Его точные характеристики пока не сообщаются, но на малосерийных образцах – предшественниках MСV – баварцы сегодня устанавливают моторы мощностью 125–150 кВт и крутящим моментом 220–250 Нм. Внешне двигатель компактен – диаметр его литого цилиндрического корпуса вместе с рубашкой жидкостного охлаждения составляет 35–45 см. Прямо на корпусе закреплен преобразователь, превращающий постоянный ток батарей в «переменку», необходимую для питания мотора. Интересно, что из-за постоянных магнитов, наличия большого количества меди и электротехнического железа в обмотках мотор достаточно тяжелый – его масса соизмерима с массой ДВС при аналогичных характеристиках. Авторы проекта утверждают, что не забыли о баварских корнях новинки и постарались сделать машину максимально динамичной. Подтверждение тому – впечатляющие скоростные характеристики «движка». Например, он развивает свой максимум крутящего момента в 220 Нм в широком диапазоне: от 0 до 6–8 тыс. об/мин. В связи со специфической тяговой характеристикой электромотора коробка передач ему не нужна. КП заменяет одноступенчатый редуктор в одном блоке с главной передачей и дифференциалом, закрепленным непосредственно на корпусе мотора. Конструкторы пока не называют максимальную скорость, которую может развивать электромобиль MCV, однако подчеркивают при этом, что подобные машины не предназначены для постоянной работы в спортивном режиме.

Самое важное – батарея

Время заряда батареи зависит от типа зарядного устройства. Дольше всего заряжать машину от обычной бытовой розетки – до 10 часов.	Аккумуляторная батарея состоит из девяноста шести 3,7-вольтных литий-ионных ячеек, собранных в единый блок.

Важнейший компонент электромобиля создавался компанией SB LiMotive Co Ltd, основанной Bosch и Sаmsung. Батарея собрана из 96 литий-ионных аккумуляторов-ячеек номинальным напряжением 3,7 В каждая. Их объединили в блоки по 12 штук, которые, в свою очередь, сгруппированы в 8 модулей. Суммарное напряжение лежит в пределах 250–400 В (оно зависит от степени разряженности батареи). Для воспополнения израсходованной энергии требуется 4-5 часов. Для сегодняшних образцов – прототипов электромобилей предусмотрены и ускоренные режимы «заправки», восстанавливающие батарею менее чем за 2,5 часа. Но, чтобы запитать такую зарядную станцию от сети с привычным напряжением 220/230 вольт, понадобится специальный кабельный ввод в домовладение или гараж, ведь потребление тока составит 50 ампер. Есть и щадящий «бытовой» вариант, рассчитанный на 10 часов подзарядки. В таком случае потребление тока будет меньше, чем у стиральной машины-«автомата». Батарея греется при работе, поэтому ее оснастили принудительным воздушным охлаждением. Емкости полностью заряженной АКБ пока хватает максимум на 160–180 км пробега, но этот показатель во многом зависит от стиля езды – количества активных разгонов. Несколько увеличить пробег помогает режим рекуперации, активирующийся, когда водитель тормозит двигателем. После полного отпускания педали акселератора машина катится свободно лишь 3 секунды, а потом начинает резко замедляться – это вступает в действие система рекуперации энергии.

Безопасность

Тесты показали: пассивная безопасность MCV будет не хуже, чем у современных автомобилей с ДВС.	На блоке батарей установлен автоматический размыкатель. Для ручного отключения АКБ есть «рубильник» в багажнике.

Привычные для современного автопрома средства борьбы за безопасность конструкторы дополняли мерами по защите от повреждения высоковольтной части электрооборудования. Ведь при обрыве или иных неполадках в проводке под напряжением в несколько сотен вольт неизбежно возникнут искрение или дуга, которые могут стать причиной пожара. Размещение АКБ в полу, под защитой лонжеронов рамы, бережет ее от разрушения в случае серьезного ДТП. На корпусе АКБ устроен размыкатель, который автоматически отключает силовые кабели от контактов батареи при каком-либо происшествии.

Несколько образцов MСV поучаствовали в краш-тестах по европейским и американским методикам, где проверялась не только безопасность пассажиров, но и сохранность электрооборудования при столкновениях. Так, при фронтальном и тыловом столкновениях часть энергии удара поглощают выступающие за габариты «жилого модуля» алюминиевые части рамы. На пассивную безопасность при фронтальном ударе работает отсутствие впереди силового агрегата. Боковой удар, в том числе о столб, «держат» карбоновые пороги, заполненные энергопоглощающим ячеистым материалом.

Этапы развития

На сегодняшний день BMW Group выпустила товарную серию из 500 электрических Mini E, которые эксплуатируются потребителями в США (Калифорния), Великобритании (Лондон) и Германии (Берлин, Мюнхен). В качестве следующего промежуточного звена к cерийному выпуску «стопроцентного» электромобиля MCV послужит построенный на базе BMW 1 Series ActiveE Efficient Dynamics. Однако он не будет выпускаться скольнибудь значительным тиражом.

Киев – Мюнхен – Киев

Игорь Широкун
Фото автора и BMW