Электромобиль

Электрическое транспортное средство ( EV ) представляет собой транспортное средство , которое использует один или более электрические двигатели или тяговые двигатели для приведения в движение. Электромобиль может питаться через коллекторную систему электричеством от внешних источников или может быть автономным с батареей , солнечными панелями , топливными элементами или электрическим генератором для преобразования топлива в электричество. ^{[1] К} электромобилям относятся автомобильные и железнодорожные транспортные средства, надводные и подводные суда, электрические летательные аппараты и электрические космические аппараты , но не ограничиваются ими .

Электромобили по всему миру (сверху слева) : Электрический грузовик ( класс 8 , Tesla Semi ) Роклин, Калифорния Maglev поезд в Тэджон , Южная Корея Электрический троллейбус в Сан-Паулу, Бразилия Электрический трамвай в Вене, Австрия электромобиль , Nissan Leaf BYD K9 , аккумуляторный электробус с бортовой батареей LiFePO 4 Электровоз в Shatabdi Экспресс в Индии (см галерею нескольких единиц) Электрический, на солнечных батареях самолет , Solar Impulse 2 успешно облетел весь земной шар. Электросамокат испанского производства Torrot Muvi. Электронный велосипед в Манхэттене, Нью - Йорк

Впервые электромобили появились в середине 19 века, когда электричество было одним из предпочтительных методов приведения в движение транспортных средств, обеспечивая уровень комфорта и простоты эксплуатации, недостижимый для бензиновых автомобилей того времени. Современные двигатели внутреннего сгорания были доминирующим методом приведения в движение автомобилей в течение почти 100 лет, но электроэнергия оставалась обычным явлением для других типов транспортных средств, таких как поезда и небольшие транспортные средства всех типов.

Обычно термин EV используется для обозначения электромобиля. В 21 веке электромобили пережили возрождение благодаря технологическому развитию и повышенному вниманию к возобновляемым источникам энергии и потенциальному снижению воздействия транспорта на изменение климата и другие экологические проблемы . Project Drawdown описывает электромобили как одно из 100 лучших современных решений для борьбы с изменением климата . ^[2]

Государственные стимулы для увеличения внедрения были впервые введены в конце 2000-х годов, в том числе в Соединенных Штатах и Европейском союзе , что привело к росту рынка автомобилей в 2010-х годах. ^{[3] [4]} Ожидается, что рост общественного интереса и осведомленности, а также структурные стимулы, такие как те, которые встроены в экологическое восстановление после пандемии COVID-19, значительно увеличат рынок электромобилей. До COVID 2019 ^{[ когда? ]} анализ прогнозировал, что доля электромобилей в мире увеличится с 2% в 2016 году до 22% в 2030 году. ^[5] Большая часть этого роста рынка ожидается на таких рынках, как Северная Америка и Европа; Обзор литературы за 2020 год показал, что рост использования электромобилей, особенно электромобилей, в настоящее время экономически маловероятен в развивающихся странах. ^[6]

Электродвигатель появился в 1827 году, когда венгерский священник Аньош Едлик построил первый примитивный, но жизнеспособный электродвигатель, снабженный статором, ротором и коммутатором; в следующем году он использовал его для питания крохотной машины. ^[7] В 1835 году профессор Сибрандус Стратинг из Университета Гронингена , Нидерланды , построил небольшой электромобиль, а между 1832 и 1839 годами (точный год неизвестен) Роберт Андерсон из Шотландии изобрел первый примитивный электромобиль. питание от неперезаряжаемых первичных элементов . ^[8] Американский кузнец и изобретатель Томас Дэвенпорт построил игрушечный электровоз, приводимый в движение примитивным электродвигателем, в 1835 году. В 1838 году шотландец по имени Роберт Дэвидсон построил электровоз, который развивал скорость четыре мили в час (6 км / ч). час). В Англии в 1840 г. был выдан патент на использование рельсов в качестве проводников электрического тока, а аналогичные американские патенты были выданы Лилли и Колтен в 1847 г. ^[9]

Первые серийные электромобили появились в Америке в начале 1900-х годов. В 1902 году автомобильная компания « Студебеккер » вошла в автомобильный бизнес с электромобилями, хотя в 1904 году она также вышла на рынок бензиновых автомобилей. Однако с появлением дешевых сборочных автомобилей Ford популярность электромобилей значительно упала. ^[10]

Из-за ограничений аккумуляторных батарей в то время электромобили не пользовались большой популярностью; однако электропоезда приобрели огромную популярность из-за их экономичности и достижимой скорости. К 20 веку электрический рельсовый транспорт стал обычным явлением благодаря успехам в разработке электровозов . Со временем их коммерческое использование общего назначения сократилось до специализированных ролей, таких как грузовые платформы , вилочные погрузчики , машины скорой помощи, ^[11] тягачи и транспортные средства для доставки в города, такие как культовый британский молочный плавучий завод ; на протяжении большей части 20-го века Великобритания была крупнейшим в мире пользователем электромобилей. ^[12]

Электрифицированные поезда использовались для перевозки угля, поскольку двигатели не использовали драгоценный кислород в шахтах. Отсутствие в Швейцарии природных ископаемых ресурсов вынудило их быстро электрифицировать железнодорожную сеть . Одна из самых первых аккумуляторных батарей  - никель-железная  - была выбрана Эдисоном для использования в электромобилях.

Электромобили были одними из самых первых автомобилей, и до того, как преобладали легкие и мощные двигатели внутреннего сгорания , электромобили в начале 1900-х годов удерживали множество рекордов наземной скорости и расстояния. Их производили Baker Electric , Columbia Electric , Detroit Electric и другие, и в какой-то момент истории они продавали больше автомобилей с бензиновым двигателем. В 1900 году 28 процентов автомобилей на дорогах США были электрическими. Электромобили были настолько популярны, что даже президент Вудро Вильсон и его агенты секретной службы совершили поездку по Вашингтону, округ Колумбия, на своем автомобиле Milburn Electrics, который проехал 60–70 миль (100–110 км) за одну зарядку. ^[13]

Ряд событий способствовал падению популярности электромобилей. ^{[14] Для} улучшения дорожной инфраструктуры требовался больший запас хода, чем у электромобилей, а открытие больших запасов нефти в Техасе, Оклахоме и Калифорнии привело к широкой доступности доступного бензина / бензина, что сделало автомобили с двигателем внутреннего сгорания дешевле для работают на большие расстояния. ^[15] Кроме того , внутреннее сгорание автомобили , работающие становились всем-проще в эксплуатацию благодаря изобретению электрического стартера посредством Charles Kettering в 1912, ^[16] , которая устраняется необходимость ручного кривошипа для запуска бензинового двигателя, и шум , излучаемый от ICE автомобили стали более терпимыми благодаря использованию глушителя , который Хирам Перси Максим изобрел в 1897 году. Поскольку дороги вне городских районов улучшались, диапазон электромобилей не мог конкурировать с ICE. Наконец, начало массового производства автомобилей с бензиновым двигателем Генри Фордом в 1913 году значительно снизило стоимость бензиновых автомобилей по сравнению с электромобилями. ^[17]

В 1930-х годах компания National City Lines , которая была партнерством General Motors , Firestone и Standard Oil of California, приобрела множество электрических трамвайных сетей по всей стране, чтобы демонтировать их и заменить автобусами GM. Товарищество было признано виновным в сговоре с целью монополизации продажи оборудования и материалов для своих дочерних компаний, но было оправдано в сговоре с целью монополизации предоставления транспортных услуг.

Экспериментирование

Появление технологии металл-оксид-полупроводник (МОП) привело к развитию современных электромобилей. ^[18] МОП - транзистор (МОП - полевой транзистор, или МОП - транзистор), изобретенный Mohamed М. Atalla и Давон Канг в Bell Labs в 1959 году, ^{[19] [20]} привело к разработке силового полевого МОП - транзистора с помощью Hitachi в 1969 году , ^[21] и однокристальный микропроцессор от Федерико Фаггина , Марсиана Хоффа , Масатоши Шима и Стэнли Мазора из Intel в 1971 году. ^[22] Мощный полевой МОП-транзистор и микроконтроллер , тип однокристального микропроцессора, привели к значительным достижениям в технология электромобилей. Преобразователи мощности на полевых МОП-транзисторах позволили работать на гораздо более высоких частотах переключения, упростили управление, снизили потери мощности и значительно снизили цены, в то время как однокристальные микроконтроллеры могли управлять всеми аспектами управления приводом и обладали емкостью для управления батареями. Технология биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT) сделала возможным использование синхронного трехфазного двигателя переменного тока путем создания синтетического трехфазного переменного тока, например, от тягового аккумуляторного блока постоянного тока. Этот метод был разработан Hughes и GM и использовался в их US Electricar в 1995 году, но все еще использовались тяжелые (26 отсчетов 12 В) свинцово-кислотные батареи, соединенные последовательно. Позже GM разработала электрический пикап, а затем EV1. Этот двигатель и контроллер сохранились и использовались в переоборудованных автомобилях компанией AC Propulsion, где они представили литиевую батарею, которую позже увидел и принял Илон Маск. ^[18] Еще одна важная технология , которая позволила современным шоссе с поддержкой электромобили является литий-ионный аккумулятор , ^[23] изобретен Джоном Гудинафа , Рашид Язами и Акира Yoshino в 1980 - е годы, ^[24] , который был ответственен за развитие электрических транспортных средств способен на дальние путешествия. ^[23]

В январе 1990 года президент General Motors представил свой концепт двухместного электромобиля "Impact" на автосалоне в Лос-Анджелесе. В сентябре того же года Калифорнийский совет по воздушным ресурсам санкционировал продажу электромобилей крупными автопроизводителями поэтапно, начиная с 1998 года. С 1996 по 1998 год GM произвела 1117 электромобилей EV1 , 800 из которых были предоставлены в аренду на три года. ^[25]

Chrysler, Ford, GM, Honda и Toyota также выпустили ограниченное количество электромобилей для калифорнийских водителей. В 2003 году, по истечении срока аренды GM EV1, GM прекратила их действие. Прекращение действия по-разному объясняется:

• успешный оспаривание автомобильной промышленностью федеральным судом требований Калифорнии о транспортных средствах с нулевым уровнем выбросов ,
• федеральное постановление, требующее от GM производить и обслуживать запасные части для нескольких тысяч электромобилей EV1 и
• успех кампании в СМИ нефтяной и автомобильной промышленности по снижению общественного признания электромобилей.

Фильм, снятый на эту тему в 2005–2006 годах, назывался « Кто убил электромобиль?». и выпущен в кинотеатрах Sony Pictures Classics в 2006 году. В фильме исследуются роли производителей автомобилей , нефтяной промышленности , правительства США , аккумуляторов, водородных транспортных средств и широкой публики, а также каждая из их ролей в ограничении развертывания и внедрения этой технологии. .

Ford выпустил на рынок несколько своих грузовых автомобилей Ford Ecostar . Honda, Nissan и Toyota также конфисковали и уничтожили большую часть своих электромобилей, которые, как и GM EV1, были доступны только на условиях закрытой аренды. После публичных протестов Toyota продала 200 электромобилей RAV ; позже они были проданы по цене, превышающей их первоначальную цену в сорок тысяч долларов. Позже канадская компания BMW продала несколько электромобилей Mini, когда их испытания в Канаде закончились.

Производство Citroën Berlingo Electrique было остановлено в сентябре 2005 года.

Реинтродукция

Мировой парк электромобилей неуклонно рос на протяжении 2010-х годов. ^[26]

В течение последних нескольких десятилетий воздействие на окружающую среду транспортной инфраструктуры на нефтяной основе, наряду со страхом перед пиком добычи нефти , привело к возобновлению интереса к инфраструктуре электротранспорта. ^[27] Электромобили отличаются от транспортных средств, работающих на ископаемом топливе , тем, что потребляемая ими электроэнергия может быть произведена из широкого спектра источников, включая ископаемое топливо, ядерную энергию и возобновляемые источники, такие как приливная энергия , солнечная энергия , гидроэнергия и энергия ветра. или любое их сочетание. Углеродный след и другие выбросы электрических транспортных средств варьируются в зависимости от топлива и технологий , используемым для выработки электроэнергии . ^{[28] [29]} Затем электричество может храниться на борту транспортного средства с помощью аккумулятора, маховика или суперконденсаторов . Транспортные средства, использующие двигатели, работающие по принципу сгорания, обычно могут получать энергию только из одного или нескольких источников, обычно из невозобновляемых ископаемых видов топлива. Ключевым преимуществом гибридных или подключаемых к электросети электромобилей является рекуперативное торможение , которое восстанавливает кинетическую энергию, обычно теряемую во время фрикционного торможения в виде тепла, когда электричество восстанавливается в бортовой батарее.

По состоянию на март 2018 г.^{[Обновить]}, в разных странах выпускается около 45 серийных полностью электрических автомобилей, пригодных для использования на шоссе . По состоянию на начало декабря 2015 года Leaf, с 200 000 проданными по всему миру автомобилями, был самым продаваемым полностью электрическим автомобилем в мире за все время, за ним следует Tesla Model S с глобальными поставками около 100 000 единиц. ^{[30] В} январе 2018 года мировые продажи Leaf достигли 300 000. ^[31]

По состоянию на май 2015 г.^{[Обновить]}с 2008 года по всему миру было продано более 500 000 полностью электрических легковых автомобилей и легких грузовых автомобилей, из которых в мире было продано около 850 000 легковых электромобилей . ^{[32] [33]} По состоянию на май 2015 г.^{[Обновить]}, Соединенные Штаты имеют самый большой в мире парк подключаемых к сети электромобилей с возможностью подключения к магистралям: с 2008 года в стране было продано около 335 000 электромобилей, разрешенных к использованию на шоссе, что составляет около 40% от общемировых запасов. ^{[34] [35]} Калифорния - крупнейший региональный рынок подключаемых автомобилей в стране: с декабря 2010 года по март 2015 года было продано почти 143 000 единиц, что составляет более 46% всех подключаемых автомобилей, проданных в США ^{[36] [ 37] [38] [39]} Совокупные глобальные продажи полностью электрических автомобилей и фургонов превысили отметку в 1 миллион единиц в сентябре 2016 года. ^[40]

Норвегия является страной с самым высоким уровнем проникновения на рынок на душу населения в мире: в 2013 году ^{приходилось} четыре подключаемых к электросети электромобиля на 1000 жителей. ^[41] В марте 2014 года Норвегия стала первой страной, где более 1 из каждых 100 легковых автомобилей на рынке Дорога подключается к электричеству. ^{[42] [43]} В 2016 году 29% всех продаж новых автомобилей в стране приходилось на аккумуляторные или подключаемые гибриды. ^[44] Норвегия также имела самую большую долю рынка электромобилей в мире от общего объема продаж новых автомобилей, 13,8% в 2014 году по сравнению с 5,6% в 2013 году. ^{[34] [45]} В июне 2016 года Андорра стала второй страной в мире. Этот список с 6% доли рынка, объединяющий электромобили и подключаемые гибриды ^[46], из-за сильной государственной политики, обеспечивающей множество преимуществ. ^[47] К концу 2016 года был продан стотысячный автомобиль с батарейным питанием в Норвегии. ^[44]

В апреле 2019 года китайская компания BYD Auto выпустила первый электрический двухшарнирный автобус BYD K12A. ^[48] Автобус будет тестироваться в TransMilenio , системе BRT в Боготе , Колумбия, в августе 2019 года. ^[49] По некоторым оценкам, к концу 2030 года продажи электромобилей могут составить почти треть продаж новых автомобилей. ^{[ 50]}

Есть много способов производства электроэнергии с разной стоимостью, эффективностью и экологической целесообразностью.

Подключение к генераторным установкам

• Прямое подключение к генерирующим станциям, как это часто бывает у электропоездов , трамваев , троллейбусов и троллейбусов (см. Также: воздушные линии , третий рельс и токоприемник )
• Онлайн-электромобиль собирает энергию с электрических разветвителей, проложенных под поверхностью дороги, за счет электромагнитной индукции.

Бортовые генераторы и гибридные электромобили

• Генерируются на борту с помощью дизельного двигателя: дизель- электровоз и дизель-электрический тягач (ДЭМУ).
• Генерируется на борту с использованием топливных элементов : автомобиль на топливных элементах
• Генерируется на борту с использованием атомной энергии : атомные подводные лодки и авианосцы.
• Возобновляемые источники, такие как солнечная энергия : солнечный автомобиль

Также возможно наличие гибридных электромобилей, которые получают электроэнергию из нескольких источников, таких как:

• Бортовая перезаряжаемая система хранения электроэнергии (RESS) и прямое постоянное подключение к наземным генерирующим станциям для подзарядки на шоссе с неограниченным радиусом действия шоссе ^[51]
• Бортовая аккумуляторная система хранения электроэнергии и топливный силовой источник (двигатель внутреннего сгорания): подключаемый гибрид

Для особенно больших электромобилей, таких как подводные лодки , химическая энергия дизель-электрического может быть заменена ядерным реактором . Ядерный реактор обычно вырабатывает тепло, которое приводит в действие паровую турбину , которая приводит в действие генератор, которое затем подается в двигательную установку. См. Ядерная морская двигательная установка .

Некоторые экспериментальные автомобили, такие как автомобили и несколько самолетов, используют солнечные батареи для производства электроэнергии.

Бортовая память

Эти системы питаются от внешнего генератора (почти всегда в неподвижном состоянии), а затем отключаются до того, как произойдет движение, а электричество сохраняется в транспортном средстве до тех пор, пока оно не понадобится.

• Полностью электрические транспортные средства (FEV). ^{[52] К} методам накопления энергии относятся:
  • Химическая энергия, хранящаяся в транспортном средстве в бортовых аккумуляторах: электромобиль с аккумуляторной батареей (BEV), как правило, с литий-ионным аккумулятором.
  • Накопитель кинетической энергии: маховики
  • Статическая энергия, накапливаемая в транспортном средстве, в бортовых электрических двухслойных конденсаторах.

Аккумуляторы, электрические двухслойные конденсаторы и маховик накопителя энергии являются формами перезаряжаемых бортовых систем накопления электроэнергии. Избегая промежуточной механической стадии, эффективность преобразования энергии может быть улучшена по сравнению с гибридами, избегая ненужных преобразований энергии. Кроме того, преобразование электрохимических батарей легко изменить, что позволяет хранить электроэнергию в химической форме. ^{[ необходима цитата ]}

В большинстве электромобилей используются литий-ионные батареи (Li-Ion или LIB). Литий-ионные батареи имеют более высокую плотность энергии , более длительный срок службы и более высокую удельную мощность, чем большинство других практичных батарей. К осложняющим факторам относятся безопасность, долговечность, термический пробой и стоимость . Литий-ионные батареи следует использовать в безопасных диапазонах температур и напряжений, чтобы они работали безопасно и эффективно. ^[53]

Увеличение срока службы батареи снижает эффективные затраты. Один из методов состоит в том, чтобы одновременно управлять подмножеством ячеек батареи и переключать эти подмножества. ^[54]

В прошлом никель-металлогидридные аккумуляторные батареи использовались в некоторых электромобилях, например, произведенных General Motors. ^[55] Эти типы батарей считаются устаревшими из-за их склонности к саморазряду при нагревании. ^[56] Кроме того, у Chevron был патент на этот тип батарей, что создало проблему для их широкого распространения. ^[57] Эти факторы в сочетании с их высокой стоимостью привели к тому, что литий-ионные батареи стали преобладающими батареями для электромобилей. ^[58]

Цены на литий-ионные аккумуляторы постоянно снижаются, что способствует удешевлению электромобилей. ^[59]

Мощность электродвигателя транспортного средства, как и других транспортных средств, измеряется в киловаттах (кВт). 100 кВт примерно равны 134 лошадиным силам , но электродвигатели могут обеспечивать максимальный крутящий момент в широком диапазоне оборотов. Это означает, что характеристики транспортного средства с электродвигателем мощностью 100 кВт превышают характеристики транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания мощностью 100 кВт, который может обеспечивать максимальный крутящий момент только в ограниченном диапазоне оборотов двигателя.

Энергия теряется в процессе преобразования электрической энергии в механическую. Приблизительно 90% энергии от аккумулятора преобразуется в механическую энергию, потери в двигателе и трансмиссии. ^[60]

Обычно электричество постоянного тока (DC) подается в инвертор постоянного / переменного тока, где оно преобразуется в электричество переменного тока (AC), и это электричество переменного тока подключается к трехфазному двигателю переменного тока.

Для электропоездов, вилочных погрузчиков и некоторых электромобилей часто используются двигатели постоянного тока. В некоторых случаях используются универсальные двигатели , а затем могут применяться переменный или постоянный ток. В последних серийных автомобилях были реализованы различные типы двигателей; например, асинхронные двигатели в автомобилях Tesla Motor и машины с постоянными магнитами в Nissan Leaf и Chevrolet Bolt. ^[61]

Как правило, можно оборудовать любой вид транспортного средства электроприводом.

Наземная техника

Чисто электрические автомобили

Электромобиль или полностью электромобиль приводится в движение исключительно с помощью электродвигателей. Электричество может поступать от батареи ( электромобиль с аккумулятором ), солнечной панели ( транспортное средство на солнечных батареях ) или топливного элемента ( транспортное средство на топливных элементах ).

Гибридные электромобили

Гибридное электрическое транспортное средство сочетает в себе обычный силовой агрегат ( как правило, двигатель внутреннего сгорания ) с электрическим двигателем. По состоянию на апрель 2016 г.^{[Обновить]}, более 11 миллионов гибридных электромобилей было продано по всему миру с момента их появления в 1997 году. Япония является лидером рынка с более чем 5 миллионами проданных гибридов, за ней следуют Соединенные Штаты с совокупными продажами более 4 миллионов единиц с 1999 года и Европа с примерно С 2000 года поставлено 1,5 миллиона гибридов. ^[62] Япония занимает первое место на рынке гибридов в мире. К 2013 году на долю гибридного рынка приходилось более 30% проданных новых стандартных легковых автомобилей и около 20% продаж новых легковых автомобилей, включая автомобили kei . ^[63] Норвегия занимает второе место с долей рынка гибридных автомобилей в 6,9% продаж новых автомобилей в 2014 году, за ней следуют Нидерланды с 3,7%. ^[64]

Глобальные продажи гибридных автомобилей осуществляются компанией Toyota Motor : по состоянию на апрель 2016 года было продано более 9 миллионов гибридов Lexus и Toyota.^{[Обновить]}, ^[65], за которой следует Honda Motor Co., Ltd. с совокупными глобальными продажами более 1,35 миллиона гибридов по состоянию на июнь 2014 г.^{[Обновить]}, ^{[66] [67] [68]} Ford Motor Corporation с более чем 424 000 гибридов, проданных в США до июня 2015 года, ^{[69] [70] [71] [72] [73]} и Hyundai Group с совокупными глобальными продажами 200000 гибридов по состоянию на март 2014 г.^{[Обновить]}, включая гибридные модели Hyundai Motor Company и Kia Motors . ^[74] По состоянию на апрель 2016 г.^{[Обновить]}, мировые продажи гибридных автомобилей возглавляются лифтбэком Toyota Prius с совокупным объемом продаж более 3,7 миллиона единиц. До апреля 2016 года с заводской табличкой Prius было продано более 5,7 миллиона гибридов ^[75].

Электромобиль с подзарядкой от сети

Подключаемый к электросети электромобиль (PEV) - это любой автомобиль, который можно заряжать от любого внешнего источника электричества, такого как настенные розетки , а электричество, хранящееся в аккумуляторных батареях, приводит в движение или способствует движению колес. ПЭВ является подкатегорией электрических транспортных средств , который включает в себя батареи электрических транспортных средств (BEVs), гибридных транспортных средств, (PHEVs) и преобразования электрических транспортных средств в гибридных электрических транспортных средств и обычных двигателей внутреннего сгорания транспортных средств. ^{[77] [78] [79]}

В сентябре 2016 года совокупные мировые продажи легковых электромобилей, предназначенных для работы на автомагистралях, превысили 1 миллион единиц. ^{[40] [80]} К концу года совокупные глобальные продажи электромобилей и минивэнов превысили два миллиона. 2016 года, из которых 38% были проданы в 2016 году ^[81], а в ноябре 2017 года составило три миллиона ^[82].

По состоянию на январь 2018 г.^{[Обновить]}, самый продаваемый в мире электромобиль с подзарядкой от сети - Nissan Leaf, с мировыми продажами более 300 000 единиц. ^[31] По состоянию на июнь 2016 г.^{[Обновить]}за ним последовала полностью электрическая Tesla Model S, продано около 129 400 единиц по всему миру, подключаемый гибрид Chevrolet Volt , который вместе со своим братом Opel / Vauxhall Ampera объединил глобальные продажи около 117 300 единиц, Mitsubishi Outlander P -HEV - около 107 400 единиц, и Prius Plug-in Hybrid - более 75 400 единиц. ^[83]

Электромобиль с увеличенным запасом хода

Электромобиль с увеличенным запасом хода (REEV) - это транспортное средство, приводимое в действие электродвигателем и подключаемым аккумулятором. Вспомогательный двигатель внутреннего сгорания используется только для зарядки аккумуляторной батареи, но не в качестве основного источника энергии. ^[84]

Дорожные и внедорожные электромобили

На дороге электрических транспортные средства включают в себя электрические машины, электрические троллейбусы, электрические автобусы , батареи электрических автобусов , электрические грузовые автомобили , электрические велосипеды , электрические мотоциклы и скутера , персональные транспортеры , соседские электромобили , тележки для гольфа , молоко поплавков и вилочные . Внедорожники включают электрифицированные вездеходы и тракторы .

Рельсовые электромобили

Фиксированный характер железнодорожной линии позволяет относительно легко запитать электромобили через постоянные воздушные линии или электрифицированные третьи рельсы , устраняя необходимость в тяжелых бортовых аккумуляторах. Электровозы , электровозы , электрические трамваи (также называемые трамваями или тележками), электрические легкорельсовые системы и скоростной электрический транспорт - все это сегодня широко используется, особенно в Европе и Азии.

Поскольку в электропоездах нет необходимости перевозить тяжелый двигатель внутреннего сгорания или большие батареи, они могут иметь очень хорошее соотношение мощности к весу . Это позволяет высокоскоростным поездам, таким как французские двухэтажные TGV, работать со скоростью 320 км / ч (200 миль в час) или выше, а электровозам - иметь гораздо более высокую выходную мощность, чем у тепловозов . Кроме того, они имеют более высокую кратковременную импульсную мощность для быстрого ускорения, а использование рекуперативных тормозов может вернуть мощность торможения в электрическую сеть, а не тратить ее впустую.

Поезда на маглеве также почти всегда являются электромобилями. ^[86]

Существуют также аккумуляторные электропоезда, курсирующие на неэлектрифицированных железнодорожных линиях.

Космические вездеходы

Пилотируемые и беспилотные аппараты использовались для исследования Луны и других планет Солнечной системы . На последних трех миссиях программы Аполлон в 1971 и 1972 годах, астронавты поехали серебро-оксид батареи Приведено Лунные передвижные средства расстояния до 35,7 км (22,2 миль) на поверхности Луны. ^[87] Беспилотные марсоходы на солнечных батареях исследовали Луну и Марс . ^{[88] [89]}

Бортовые электромобили

С момента зарождения авиации электрическая энергия для самолетов стала предметом многочисленных экспериментов. В настоящее время летающие электрические самолеты включают пилотируемые и беспилотные летательные аппараты.

Электромобили Seaborne

Электрические лодки были популярны на рубеже 20-го века. Интерес к тихому и потенциально возобновляемому морскому транспорту неуклонно растет с конца 20-го века, поскольку солнечные батареи дали моторным лодкам бесконечный выбор парусных лодок . Электродвигатели могут использоваться и также использовались в парусных лодках вместо традиционных дизельных двигателей. ^[90] Электрические паромы ходят регулярно. ^[91] Подводные лодки используют батареи (заряжаемые дизельными или бензиновыми двигателями на поверхности), ядерную энергию, топливные элементы ^[92] или двигатели Стирлинга для работы гребных винтов с приводом от электродвигателя.

Космический корабль с электрическим приводом

Электроэнергия давно используется в космических кораблях . ^{[93] [94]} Источниками энергии, используемыми для космических кораблей, являются батареи, солнечные батареи и ядерная энергия. Современные методы приведения космического корабля в движение электричеством включают в себя дуговую ракету , электростатический ионный двигатель малой тяги , двигатель на эффекте Холла и электрическую тягу с полевой эмиссией . Был предложен ряд других методов с разной степенью осуществимости. ^{[ указать ]}

Большинство крупных систем электротранспорта питаются от стационарных источников электроэнергии, которые напрямую связаны с транспортными средствами посредством проводов. Электрическая тяга позволяет использовать рекуперативное торможение , при котором двигатели используются в качестве тормозов и становятся генераторами, которые обычно преобразуют движение поезда в электрическую энергию, которая затем возвращается в линии. Эта система особенно выгодна при работе в горах, поскольку спускающиеся машины могут производить большую часть энергии, необходимой для поднимающихся. Эта регенеративная система жизнеспособна только в том случае, если система достаточно велика для использования энергии, вырабатываемой спускающимися транспортными средствами.

В вышеперечисленных системах движение обеспечивается вращающимся электродвигателем. Однако можно «раскрутить» двигатель, чтобы он двигался прямо по специальной согласованной гусенице. Эти линейные двигатели используются в поездах на магнитной подвеске, которые плавают над рельсами, опираясь на магнитную левитацию . Это обеспечивает практически полное отсутствие сопротивления качению транспортного средства и отсутствие механического износа поезда или пути. В дополнение к необходимой высокопроизводительной системе управления, переключение и поворот путей становится затруднительным с линейными двигателями, которые на сегодняшний день ограничивают свои операции высокоскоростными двухточечными услугами.

• В июле 2019 года Бьёрн Ниланд установил новый рекорд расстояния на Tesla Model 3. Он проехал 2781 км (1728 миль) за 24 часа. ^[95]
• В марте 2020 года швейцарский комик Мишель фон Телль установил новый мировой рекорд в автоспорте с E-Harley LiveWire. За 24 часа он проехал 1723 км (1071 миль) в стандартных условиях с одним водителем. Рекорд был объявлен во всем мире. ^{[96] [97] [98]}

Составные части

Тип аккумулятора , тип тягового двигателя и конструкция контроллера двигателя различаются в зависимости от размера, мощности и предлагаемого применения, которое может быть таким маленьким, как моторизованная тележка для покупок или инвалидное кресло , через педелеки , электрические мотоциклы и скутеры, электромобили. , промышленные вилочные погрузчики и многие гибридные автомобили.

Источники энергии

Электромобили намного более эффективны, чем автомобили, работающие на ископаемом топливе, и имеют мало прямых выбросов. В то же время они полагаются на электрическую энергию, которая обычно вырабатывается комбинацией заводов, работающих на неископаемом топливе, и заводов, работающих на ископаемом топливе. Следовательно, электромобили можно сделать меньше загрязняющих окружающую среду, изменив источник электричества. В некоторых районах люди могут попросить коммунальные предприятия предоставить им электроэнергию из возобновляемых источников.

Эффективность транспортных средств, работающих на ископаемом топливе, и стандарты загрязнения могут пройти годы, чтобы просочиться через автомобильный парк страны. Новые стандарты эффективности и загрязнения зависят от покупки новых транспортных средств, часто по мере того, как существующие транспортные средства, уже находящиеся на дорогах, достигают конца срока службы. Лишь несколько стран устанавливают пенсионный возраст для старых автомобилей, например, Япония или Сингапур , вынуждая периодически обновлять все транспортные средства, уже находящиеся на дороге.

Аккумуляторы

Аккумуляторная батарея электромобиля (EVB) в дополнение к специальным системам тяговых аккумуляторов, используемым для промышленных (или прогулочных) транспортных средств, представляет собой батареи, используемые для питания силовой установки электромобиля (BEV). Эти батареи обычно являются вторичными (перезаряжаемыми) батареями и обычно представляют собой литий-ионные батареи. Тяговые батареи, специально разработанные с высокой емкостью в ампер-часах, используются в вилочных погрузчиках, электрических тележках для гольфа, скрубберах для верховой езды, электрических мотоциклах, электромобилях, грузовиках, фургонах и других электромобилях.

Эффективность

Электромобили преобразуют более 59–62% энергии сети в колеса. Обычные автомобили с бензиновым двигателем перерабатывают лишь около 17–21%. ^[99]

Электромагнитное излучение

Утверждается, что электромагнитное излучение от высокоэффективных электродвигателей связано с некоторыми человеческими недугами, но такие утверждения в значительной степени необоснованны, за исключением чрезвычайно высоких воздействий. ^[100] Электродвигатели могут быть экранированы металлической клеткой Фарадея , но это снижает эффективность за счет увеличения веса транспортного средства, хотя нельзя утверждать, что все электромагнитное излучение может быть ограничено.

Зарядка

Емкость сети

Если бы значительная часть частных транспортных средств была преобразована в электрическую сеть, это увеличило бы спрос на производство и передачу электроэнергии и, как следствие, выбросы. ^[101] Однако общее потребление энергии и выбросы уменьшатся из-за более высокой эффективности электромобилей в течение всего цикла. Было подсчитано, что в США уже имеется почти достаточное количество существующих электростанций и инфраструктуры передачи, предполагая, что большая часть зарядки будет происходить в течение ночи с использованием наиболее эффективных источников базовой нагрузки в непиковый период. ^[102]

В Великобритании, однако, в то время как система высоковольтной передачи электроэнергии Национальной сети в настоящее время может удовлетворить спрос в один миллион электромобилей, Стив Холлидей (генеральный директор National Grid PLC) сказал, что «проникновение все больше и больше становится реальной проблемой. Местные распределительные сети в таких городах, как Лондон, могут изо всех сил пытаться сбалансировать свои сети, если водители решат подключать все свои автомобили одновременно ».

Зарядные станции

Электромобили обычно заряжаются от обычных розеток или специальных зарядных станций, процесс, который обычно занимает несколько часов, но может выполняться за ночь и часто дает заряд, достаточный для нормального повседневного использования.

Однако с повсеместным внедрением сетей электромобилей в крупных городах Великобритании и Европы пользователи электромобилей могут подключать свои автомобили на работе и оставлять их заряжаться в течение дня, расширяя возможный диапазон поездок и устраняя опасения по поводу дальности поездки .

Система подзарядки, исключающая необходимость в кабеле, - это Curb Connect, запатентованная в 2012 году ^[103] доктором Гордоном Дауэром. В этой системе электрические контакты устанавливаются на бордюрах, таких как угловые парковочные места на городских улицах. Когда автомобиль, имеющий соответствующее разрешение, припаркован так, что его передняя часть нависает над бордюром, на контакты бордюра подается напряжение, и происходит зарядка.

Еще одно предлагаемое решение для ежедневной подзарядки - это стандартизированная система индукционной зарядки , такая как Plugless Power от Evatran . Преимущества - удобство парковки над зарядной станцией, а также минимальная инфраструктура для прокладки кабелей и подключения. ^{[104] [105] [106]} Qualcomm тестирует такую ​​систему в Лондоне в начале 2012 года. ^{[107] [108]}

Еще одно предлагаемое решение для обычно менее частых поездок на большие расстояния - это «быстрая зарядка», например линия Aerovironment PosiCharge (до 250 кВт) и линия Norvik MinitCharge (до 300 кВт). Ecotality является производителем зарядных станций и сотрудничает с Nissan в нескольких установках. Замена аккумулятора также предлагается в качестве альтернативы, хотя ни у одного производителя оборудования, включая Nissan / Renault, нет планов по производству автомобилей. Обмен требует стандартизации платформ, моделей и производителей. Для замены также требуется, чтобы в системе было во много раз больше аккумуляторных блоков.

Согласно исследованию Министерства энергетики, проведенному в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории , 84% существующих транспортных средств можно переключить на подключаемые гибриды, не требуя какой-либо новой сетевой инфраструктуры. ^{[109] : 1} С точки зрения транспорта, чистым результатом будет 27% -ное общее сокращение выбросов парниковых газов углекислого газа , метана и закиси азота , 31% -ное общее сокращение оксидов азота , небольшое снижение закиси азота. выбросы, увеличение выбросов твердых частиц , такие же выбросы диоксида серы , а также практически полное устранение выбросов монооксида углерода и летучих органических соединений (уменьшение количества оксида углерода на 98% и уменьшение количества летучих органических соединений на 93%). ^{[109] : 13} Выбросы будут перемещены с улиц, где они имеют «серьезные последствия для здоровья человека». ^{[109] : 4}

Замена батареи

Вместо подзарядки электромобилей от розетки, аккумуляторы можно было заменить механически на специальных станциях за несколько минут ( замена аккумуляторов ).

Батареи с наибольшей плотностью энергии, такие как металл-воздушные топливные элементы, обычно не могут быть перезаряжены чисто электрическим способом. Вместо этого необходим какой-то металлургический процесс, например плавка алюминия и тому подобное.

Силиконово-воздушные, алюминиево-воздушные и другие металл-воздушные топливные элементы выглядят многообещающими кандидатами на замену батарей. ^{[110] [111] [ ненадежный источник ]}

Любой источник энергии, возобновляемый или невозобновляемый, может быть использован для переделки использованных металлических топливных элементов с относительно высокой эффективностью. Потребуются инвестиции в инфраструктуру. Стоимость таких батарей может быть проблемой, хотя они могут быть сделаны со сменными анодами и электролитом. ^{[ оригинальное исследование? ]}

Замена шасси

Вместо замены батарей можно заменить все шасси (включая батареи, электродвигатель и колеса) модульного электромобиля .

Такая система была запатентована в 2000 году доктором Гордоном Дауэром, и компания Ridek Corporation в Пойнт-Робертс, штат Вашингтон, построила три лицензированных прототипа. ^{[ необходим сторонний источник ] [112]} Дауэр предположил, что физическое лицо может владеть только кузовом (или, возможно, несколькими кузовами другого стиля) для своего автомобиля и арендовать шасси у пула, тем самым снижая амортизационные расходы, связанные с транспортным средством. владение.

Динамическая зарядка

Динамическая зарядка позволяет электромобилям заряжаться во время движения по дорогам или шоссе. Швеция тестирует четыре различных технологии динамической зарядки. Они есть:

Другие технологии в разработке

В настоящее время ведутся работы над обычными электрическими двухслойными конденсаторами для достижения плотности энергии литий-ионных батарей, обеспечивающих практически неограниченный срок службы и отсутствие проблем с окружающей средой. Электрические двухслойные конденсаторы с высоким содержанием K, такие как EESU EEStor , могут в несколько раз повысить плотность энергии ионов лития, если их можно будет производить. Литий-серные батареи предлагают 250 Втч / кг . ^[115] Натрий-ионные батареи обещают 400 Втч / кг с минимальным расширением / сжатием во время зарядки / разрядки и очень большой площадью поверхности. ^[116] Исследователи из одного из украинских государственных университетов утверждают, что они изготовили образцы псевдоконденсатора на основе процесса интеркаляции литий-ионных аккумуляторов с удельной энергией 318 Втч / кг , что, по-видимому, является улучшением как минимум в два раза по сравнению с типичными литий-ионными батареи. ^[117]

Безопасность

Организация Объединенных Наций в Женеве ( ЕЭК ООН ) приняла первый международный регламент (Правило 100) по безопасности как полностью электрических, так и гибридных электромобилей с целью обеспечения того, чтобы автомобили с высоковольтной электрической силовой передачей, например гибридными и полностью электрическими, электромобили, так же безопасны, как и автомобили с двигателем внутреннего сгорания. ЕС и Япония уже указали, что они намерены включить новые правила ЕЭК ООН в свои соответствующие правила, касающиеся технических стандартов для транспортных средств. ^[118]

Растет беспокойство по поводу безопасности электромобилей, учитывая продемонстрированную тенденцию литий-ионных аккумуляторов - наиболее перспективных для использования электромобилей из-за высокой плотности энергии - к перегреву, что может привести к пожару или взрыву, особенно при повреждении в результате аварии. . США Национальная администрация безопасности дорожного движения открыли дефекте исследование Chevrolet Volt 25 ноября 2011 года на фоне опасений по поводу риска батареи пожаров в аварии. В то время автомобильная консалтинговая компания CNW Marketing Research сообщила о снижении общественного интереса к Volt, сославшись на то, что пожары повлияли на общественное восприятие. ^[119] Общественный резонанс вынудил GM повысить безопасность аккумуляторной системы в декабре, и 20 января 2012 года НАБДД завершило расследование, обнаружив, что вопрос решен удовлетворительно, при этом «тенденция к отсутствию заметных дефектов» осталась. Агентство также объявило, что разработало временное руководство для повышения осведомленности и определения соответствующих мер безопасности в отношении электромобилей для сообщества аварийного реагирования, сотрудников правоохранительных органов, операторов эвакуаторов, складских помещений и отдельных лиц. ^{[120] [121]}

Преимущества и недостатки электромобилей

Относящийся к окружающей среде

Электромобили не выделяют загрязнителей воздуха из выхлопных труб; однако электромобили заряжаются электричеством, которое генерируется средствами, оказывающими воздействие на здоровье и окружающую среду, и выбросы в атмосферу, связанные с производством электромобиля, могут быть больше, чем при производстве обычного транспортного средства. ^{[122] [123]}

В целом, выбросы в атмосферу от производства и эксплуатации электромобиля могут быть меньше или больше, чем выбросы при производстве и эксплуатации обычного автомобиля, в зависимости от структуры региональных электросетей, времени зарядки электромобилей, режима движения, климата и набора выбросов в атмосферу. находится на рассмотрении, и сравниваются конкретные конструкции электрических и обычных транспортных средств. ^{[124] [125] [126] [127] [128] [129]}

В зависимости от объема и допущений данного исследования авторы могут утверждать, что электромобили экологически лучше обычных транспортных средств, что они вызывают большее загрязнение или что ответ зависит от множества факторов. В целом, в регионах с низким уровнем выбросов в электросети электромобили могут снизить затраты на здоровье и окружающую среду, связанные с выбросами в атмосферу; однако, поскольку торговля электроэнергией осуществляется в разных регионах, а совокупность производителей в электросети сложным образом реагирует на сигналы спроса и рынка, может быть трудно однозначно определить предельные выбросы, генерируемые электростанциями, когда электромобиль заряжается. ^{[130] [125] [126] [128]}

Одним из ограничений экологического потенциала электромобилей является то, что простое переключение существующего частного автопарка с ДВС на электромобили не освободит дорожное пространство для активных поездок или общественного транспорта . ^[131] Электрические микромобильные транспортные средства, такие как электровелосипеды , могут способствовать декарбонизации транспортных систем, особенно за пределами городских районов, которые уже хорошо обслуживаются общественным транспортом . ^[132]

Социально-экономический

С момента своего первого коммерческого выпуска в 1991 году литий-ионные батареи стали важной технологией для создания транспортных систем с низким уровнем выбросов углерода. Электродвигатели считаются более экологичными, чем традиционно используемые двигатели внутреннего сгорания. Устойчивость процесса производства батарей не была полностью оценена ни с экономической, ни с социальной, ни с экологической точки зрения. ^[133]

Ресурсы считаются собственностью общества в целом. Однако бизнес-процессы добычи сырья на практике поднимают вопросы прозрачности и подотчетности управления добывающими ресурсами. В сложной цепочке поставок литиевой технологии есть различные заинтересованные стороны, представляющие корпоративные интересы, группы общественных интересов и политические элиты, которых беспокоят результаты производства и использования технологии. Одна из возможностей достижения сбалансированных процессов добычи - это установление общих согласованных стандартов управления технологиями во всем мире. ^[133]

Соответствие этим стандартам можно оценить с помощью Системы оценки устойчивости цепочек поставок (ASSC). Таким образом, качественная оценка состоит из изучения корпоративного управления и социальных и экологических обязательств. Индикаторами для количественной оценки являются системы менеджмента и стандарты, индикаторы соответствия, а также социальные и экологические индикаторы. ^[134]

Механический

Электродвигатели механически очень просты и часто достигают 90% эффективности преобразования энергии ^[135] во всем диапазоне скоростей и выходной мощности и могут точно контролироваться. Их также можно комбинировать с системами рекуперативного торможения , которые могут преобразовывать энергию движения обратно в накопленную электроэнергию. Это можно использовать для уменьшения износа тормозных систем (и, как следствие, образования пыли на тормозных колодках) и уменьшения общих затрат энергии на поездку. Регенеративное торможение особенно эффективно при трогании с места в городе.

В отличие от двигателей внутреннего сгорания, ими можно точно управлять и обеспечивать высокий крутящий момент от неподвижного к движущемуся, и им не требуется несколько передач для соответствия кривым мощности. Это устраняет необходимость в коробках передач и преобразователях крутящего момента .

Электромобили обеспечивают тихую и плавную работу и, следовательно, имеют меньше шума и вибрации, чем двигатели внутреннего сгорания. ^[136] Хотя это желательный атрибут, он также вызвал беспокойство по поводу того, что отсутствие обычных звуков приближающегося транспортного средства представляет опасность для слепых, пожилых и очень молодых пешеходов. Чтобы смягчить эту ситуацию, автопроизводители и отдельные компании разрабатывают системы, которые издают предупреждающие звуки, когда электромобили движутся медленно, вплоть до скорости, когда становятся слышны обычные шумы движения и вращения (дороги, подвески, электродвигателя и т. Д.). ^[137]

Электродвигатели не требуют кислорода, в отличие от двигателей внутреннего сгорания; это полезно для подводных лодок и космических вездеходов .

Энергетическая устойчивость

Электроэнергия может производиться из множества источников; следовательно, он дает максимальную степень энергетической устойчивости . ^[138]

Энергоэффективность

КПД электромобилей «от танка к колесам » примерно в три раза выше, чем у автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. ^[136] Энергия не потребляется, когда транспортное средство неподвижно, в отличие от двигателей внутреннего сгорания, которые потребляют топливо на холостом ходу. Однако, глядя на хорошо на колеса эффективности электромобили, их общий объем выбросов, а еще ниже, ближе к эффективному бензина или дизельного топлива в большинстве стран , где производство электроэнергии полагается на ископаемое топливо. ^{[139] [140] [141]}

Эффективность электромобиля между колесами связана не столько с самим автомобилем, сколько с методом производства электроэнергии. Конкретный электромобиль мгновенно стал бы вдвое эффективнее, если бы производство электроэнергии было переключено с ископаемого топлива на возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра, приливная энергия, солнечная энергия и ядерная энергия. Таким образом, когда цитируется «от колодца к колесам», речь идет уже не о транспортном средстве, а, скорее, обо всей инфраструктуре энергоснабжения - в случае ископаемого топлива это также должно включать энергию, потраченную на разведку, добычу, переработку и т. Д. и распространение.

Анализ жизненного цикла электромобилей показывает, что даже при питании от самой углеродоемкой электроэнергии в Европе они выбрасывают меньше парниковых газов, чем обычные дизельные автомобили. ^[142]

Стоимость пополнения

Стоимость эксплуатации электромобиля сильно варьируется в зависимости от местоположения. В некоторых частях мира электромобиль обходится дешевле в управлении, чем сопоставимый газовый автомобиль, если не учитывается более высокая начальная цена покупки. В США, в штатах, где действует многоуровневая шкала тарифов на электроэнергию, "топливо" «Сегодня электромобили обходятся владельцам значительно дороже, чем топливо для сопоставимых автомобилей с газовым двигателем. Исследование 2011 года, проведенное Университетом Пердью, показало, что в Калифорнии большинство пользователей уже ежемесячно достигают третьего ценового уровня на электроэнергию, и добавление электромобиля может подтолкнуть их к четвертому или пятому (самому высокому, самому дорогому) уровню, а это означает, что они будут платить более 0,45 доллара за кВтч за электроэнергию для подзарядки своего автомобиля. По этой цене, которая выше, чем средняя цена на электроэнергию в США, ездить на чистом электромобиле значительно дороже, чем на традиционном автомобиле, работающем на чистом газе. «Цель многоуровневой системы ценообразования - препятствовать потреблению. Она предназначена для того, чтобы заставить вас задуматься о выключении света и экономии электроэнергии. В Калифорнии непреднамеренным последствием является то, что гибридные автомобили с подзарядкой от сети не будут экономичными в рамках этой системы. ", - сказал Тайнер (автор), результаты которого были опубликованы в онлайн-версии журнала Energy Policy. ^[143]

Стабилизация сетки