|
01 Января 1970 05:00
автомобили с топливными элементами
РЕШАЮЩИЙ РАУНД: ЭЛЕКТРОНЫ ПРОТИВ УГЛЕВОДОРОДОВ
Прогресс в конструировании электромобилей наконец-то стал виден и «невооруженным глазом».
Михаил ГЗОВСКИЙ, Алексей ВОРОБЬЕВ-ОБУХОВ
«Электрических» машин на дорогах общего пользования с каждым годом все больше, а сообщения о новых разработках в этой области не сходят со страниц журналов и газет. Неужели электрокар способен-таки составить достойную конкуренцию бензиновым и дизельным авто? Или применение высоких технологий — лишь хитрый рекламный трюк, призванный доказать превосходство над конкурентами?
До недавнего времени развитие электромобилей сдерживалось низкими параметрами источников тока. Многие годы в этом качестве служила традиционная свинцово-кислотная батарея. Помимо других серьезных недостатков, она ограничивает пробег машины до подзарядки примерно 150 километрами. Конечно, со временем батарею удалось облегчить и заменить кислоту в жидком виде на менее опасный гель. И все же сенсаций здесь ждать не приходится: плотность «упаковки» энергии и мощность кислотных батарей почти достигли теоретического предела. Заменив свинец никелем, удалось создать целую гамму новых аккумуляторов: никель-кадмиевых, никель-водородных и никель-цинковых. Им присущи долговечность, нечувствительность к морозам, возможность быстрой подзарядки. Цена, правда, кусается, да и воду в некоторые типы батарей все же приходится периодически доливать.
Наиболее перспективны на сегодняшний день никель-металлогидридные системы — у них максимальные удельные показатели, да и саморазряд приемлемый: 50% емкости за месяц. С тех пор, как никель-металлогидридные батареи впервые применили в автомобилестроении, прошло шесть лет. За это время экспериментальные электромобили накрутили по дорогам миллионы километров, доказав свою пригодность к эксплуатации при температурах от -25 до +50°С.
К очевидным плюсам никель-металлогидридных систем, в первую очередь, можно отнести увеличенный почти вдвое по сравнению со свинцовой кислотной батареей пробег до следующей подзарядки — до 250 километров. А в 1996 году был зафиксирован и рекорд: автомобиль «Солектрия-Санрайз», приводимый в движение только электромотором на никель-металлогидридных батареях, преодолел на «одном дыхании» более 600 км! Еще одно неоспоримое достоинство — быстрота подзарядки: всего за 10 минут такую батарею можно «заправить» на 80% емкости! В ходе испытаний выяснилось, что никель-металлогидридные системы выдерживают более 80 тысяч циклов зарядки-разрядки, что сопоставимо с пробегом 160 тыс. км.
Все это покупателю с удовольствием расскажут, например, в автосалонах фирмы «Тойота» в США и тут же предложат прокатиться на новеньком вседорожнике «RAV-4EV». Под полом его спрятаны 24 никель-металлогидридные батареи, питающие электромотор мощностью 67 л. с. Этого хватает для достаточно резвого разгона (0—100 км/ч — 18 с), а максимальную скорость пришлось ограничить 125 км/ч. Понравилось — «RAV-4EV» можно тут же купить за 42 000 долларов. Что-то не устраивает? Не стоит огорчаться — ведь выбор электромобилей «Тойотой» не ограничивается. Тут и «Хонда-EV Плюс», и «Форд-Рейнджер EV», и «Ниссан-Алтима EV» — список можно продолжать. Европейцам пришлись по душе «Пежо-106 Электрик» и «Ситроен-АХ Электрик», а импонировать модной молодежи призван микромобиль «Бомбардье NV», за который просят едва ли не меньше, чем за некоторые ВАЗы. И хотя эти модели никогда не будут выпускать в таких же количествах, как и бензиновые версии, их значение нельзя недооценивать. Ведь электромобили дали жизнь новому, чрезвычайно перспективному направлению — так называемым гибридным машинам.
Гибридная схема — это сочетание двигателя, работающего на привычном топливе (бензине или газе, но чаще на солярке), и электромотора. Типичный представитель именно этой группы — «Тойота-Приус» (ЗР, 1998, № 1) — один из самых успешных с коммерческой точки зрения примеров. В прошлом году этой модели отдали предпочтение более 10 тысяч покупателей, а такое, согласитесь, уже кое-что значит.
Впрочем, исследования ведутся по нескольким сценариям, каждый из которых по-своему интересен и перспективен. Вполне вероятно, что батареи все же уступят место иному, более практичному источнику энергии. В числе основных претендентов на титул «главного конкурента двигателям внутреннего сгорания» сегодня называют автомобили с топливными элементами.
Топливный элемент впервые увидел свет в 1839 году, когда английский физик Уильям Грув получил ток в результате электрохимической реакции водорода с кислородом. Тему стали интенсивно разрабатывать в 60-е и 70-е годы нашего столетия, когда двигатели с топливными элементами впервые применили в космической промышленности. Одним из пионеров внедрения этой технологии в автомобилестроение считается фирма «Мерседес-Бенц» (ныне «Даймлер-Крайслер»). В 1994 году на базе фургона ею был построен прототип автомобиля с топливными элементами «Некар-1», а спустя еще два года такой силовой установкой оснастили пассажирский автомобиль V-класса. Следующей ступенью стала премьера «Некара-3», использующего в качестве топлива метанол. Отличительная особенность этой модели — отсутствие батарей для хранения энергии. Процесс в системе происходит напрямую — при нажатии на педаль акселератора около 90% максимальной мощности доступно уже спустя менее двух секунд. Как следствие — достойная разгонная динамика машины, вполне сопоставимая с обычными дизельными или бензиновыми моделями. Что касается топлива, то применение метанола не требует каких-либо особых мер безопасности, а процесс заправки автомобиля мало чем отличается от заполнения бака бензином. Кстати, топливный бак «Некар-3» вмещает 38 л топлива, на котором машина способна преодолеть 400 км. Этот, казалось бы, уже неплохой результат побил «Некар-4» — следующий и наверняка не последний прототип на пути к массовой продукции.
Помимо концерна «Даймлер-Крайслер», исследования и разработку автомобилей с топливными элементами ведут многие фирмы — «Форд» и «Вольво», «Ниссан» и «Рено», «Мазда»… И хотя предстоит еще решить массу проблем на пути к серийному выпуску таких машин, по прогнозам «Даймлер-Крайслер», одна только эта компания сможет наладить выпуск от 40 до 100 тысяч штук автомобилей на топливных элементах уже в ближайшие 4—5 лет.
Суждено ли этому прогнозу сбыться? Если нет, то каким же будет автомобиль середины ХХI века? Это зависит не только от развития технологий, но и от многих других факторов, в том числе политических. Ведь многие из уже принятых мер для улучшения окружающей среды воспринимались когда-то в штыки, поскольку требовали крупных финансовых затрат. Например, в США стимулировать автоиндустрию к активному поиску новых решений призван закон, предписывающий каждой фирме к 2003 году иметь в своей программе хотя бы одну модель электромобиля. Иначе — запрет на торговлю. Меры, конечно, жесткие, но разве «зеленое» будущее того не стоит?
топливный бак с водородом
силовая электроника
электродвигатель
топливные элементы
Расположение агрегатов «Форда-Р2000» с топливными элементами..
отрицательный вывод
предохранительный клапан
положительный вывод
токосъемные шины
положительный электрод
отрицательный электрод
корпус
сепаратор
Устройство никель-металлогидридного элемента.
«Некар-3» готовится к тесту. Вместо багажа — силовая установка.
Опытный образец «Опеля-Зафира» с топливными элементами.
|
|
|
