Файл: Электромобиль.docx

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технологической политики и образования

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Иркутский государственный аграрный университет им. А.А. Ежевского»

Реферат по дисциплине: «Приемники и потребители электрической энергии систем электроснабжения»

тема : «Электромобиль»


Выполнил: студент 2-го курса, заочной формы обучения

(с применением дистанционных образовательных технологий)

направления 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника (электроснабжение)

Хорьков Артем Иванович

E-mail: energiy.1983@mail.ru

Тел. 89016629549

Шифр 135266

Иркутск 2022

Содержание

Введение

Электромобиль – совершенно новое устройство для передвижения, топливом которого является электричество.

Электромобиль — автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от аккумуляторов или топливных элементов и проч., а не двигателем внутреннего сгорания. Электромобиль следует отличать от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и электрической передачей и от троллейбусов. Подвидами электромобиля считаются электрокар (грузовое транспортное средство для движения на закрытых территориях, подъемно-транспортная машина) и электробус (автобус с аккумулятором).

Электромобиль появился раньше, чем двигатель внутреннего сгорания. Первый электромобиль в виде тележки с электромотором был создан в 1841 году. Первый двухместный электромобиль И. Романова образца 1899 г. изменял скорость движения в девяти градациях - от 1,6 км в час до максимальной в 37,4 км в час. В первой четверти XX века широкое распространение получили электромобили и автомобили с паровой машиной. В 1900 году примерно половина автомобилей в США была на паровом ходу, в 1910-х в Нью-Йорке в такси работало до 70 тысяч электромобилей. Значительное распространение в начале века получили и грузовые электромобили, а также электрические омнибусы (электробусы).

---

Изначально запас хода и скорость у электрических и бензиновых экипажей были примерно одинаковыми. Главным минусом электромобилей была сложная система подзарядки. Поскольку тогда еще не существовало усовершенствованных преобразователей переменного тока в постоянный, зарядка осуществлялась крайне сложным способом. Для подзарядки использовался электромотор, работавший от переменного тока. Он вращал вал генератора, к которому были подсоединены батареи электромобиля. В 1906г. был изобретен сравнительно простой в эксплуатации выпрямитель тока, но это существенно проблему подзарядки не решило.

Электромобиль La Jamais Contente 29 апреля либо 1 мая 1899 года установил рекорд скорости на суше. Он первым в мире преодолел скорость 100 км/ч и достиг скорости 105,882 км/ч. Известный американский конструктор электромобилей Уолтер Бейкер получил скорость 130 км/ч. А электромобиль фирмы "Борланд Электрик" проехал от Чикаго до Милуоки (167 км) на одной зарядке. На следующий день, после перезарядки, электромобиль вернулся в Чикаго своим ходом. Средняя скорость составила 55 км/ч.



Русунок 1 – Томас Эдисон у электромобиля Detroit Electric

Возрождение интереса к электромобилям произошло в 1960-е годы из-за экологических проблем автотранспорта, а в 1970-е годы и из-за резкого роста стоимости топлива в результате энергетических кризисов.

1. Концепции развития электромобилей в России и в мире

Электромобиль главным образом обладает огромными преимуществами перед автомобилями с ДВС и гибридными автомобилями. Однако их внедрение в Российскую среду озадачивается в связи с тем, что электроподстанции не в состоянии заряжать нынешние электромобили. Тем не менее, ведущие мировые лидеры по производству автомобилей (такие, как BMW, Audi и Marussia) хотят решить эту проблему и заняться внедрением энергосберегающих двигателей, которые могут быть не только в автомобилях их производства, но и также в автомобилях старых образцов.

Тем не менее, инженеры утверждают, что довести до совершенства не получится, так как автомобили Российского производства не могут быть ими оснащены по огромному числу признаков и несоответствующих характеристик. Эти заботы возьмёт на себя ВАЗ и Marussia, у которой производство электромобилей является приоритетом с самого основания холдинга, как указанно в источнике [1].

Таким образом, утверждать сейчас о продвижении в РФ этой разработки не стоит, так как данный проект будет реализован ближе к 2025 году. Он повлечёт за собой крах бензиновой промышленности и принесёт колоссальный успех производителям электрических приборов и выработки электроэнергии. Несомненно, такой вид деятельности является очень прогрессивным и менее затратным с экономической стороны. Но там, где есть свои плюсы – всегда присутствуют минусы.

---

 

1.1 Преимущества и недостатки электромобилей в сравнении с сегодняшними популярными двигателями

 

В данном разделе рассматриваются сходства и различия автомобилей с двигателями ДВС (двигателями внутреннего сгорания) и гибридных автомобилей между электромобилями. Также будут приведены главные достоинства электромобилей, которые покажут их эффективность и полезность, а также отрицательные качества

1.2 Двигатели внутреннего  сгорания

По сравнению с двигателями внутреннего сгорания (здесь стоит учесть, что ДВС могут питаться не только углеродосодержащим топливом, но и водородом) электромобили обладают следующими преимуществами и недостатками.

Преимущества:

• 
  отсутствие вредных выхлопов в месте нахождения автомобиля;
  
• 
  более высокая экологичность ввиду отсутствия необходимости применения нефтяного топлива, антифризов, моторных масел, а также фильтров для этих жидкостей;
  
• 
  простота техобслуживания, большой межсервисный пробег, дешевизна ТО и ТР;
  
• 
  низкая пожаро - и взрывоопасность при аварии;
  
• 
  простота конструкции (простота электродвигателя и трансмиссии; отсутствие необходимости в переключении передач ввиду высокой приспособляемости крутящего момента тягостного электродвигателя (ТЭД) к изменениям внешней нагрузки, низкой устойчивой частоты вращения вала электродвигателя, возможности его реверсирования) и управления, высокая надёжность и долговечность экипажной части (до 20—25 лет) в сравнении с обычным автомобилем;
  
• 
  ДВС является источником возникновения динамических нагрузок и крутильных колебаний в трансмиссии автомобиля и источником вибраций, передающихся несущей конструкции автомобиля;
  
• 
  возможность подзарядки от бытовой электрической сети (розетки), но такой способ в 5—10 раз дольше, чем от специального высоковольтного зарядного устройства;
  
• 
  автомобиль с электроприводом — единственный вариант применения на легковом автотранспорте дешёвой (по сравнению с нефтяным или водородным топливом) энергии;
  
• 
  массовое применение электромобилей смогло бы помочь в решении проблемы «энергетического пика» за счёт подзарядки аккумуляторов в ночное время;
  
• 
  ТЭД имеют КПД до 90-95 % по сравнению с 22-42 % у ДВС;
  
• 
  меньший шум за счёт меньшего количества движимых частей и механических передач;
  
• 
  высокая плавность хода с широким интервалом изменения частоты вращения вала двигателя;
  
• 
  возможность подзарядки аккумуляторов во время рекуперативного торможения;
  
• 
  возможность торможения самим электродвигателем (режим электромагнитного тормоза) без использования механических тормозов — отсутствие трения и, соответственно, износа тормозов;
  
• 
  простая возможность реализации полного привода и торможения путём применения схемы «мотор-колесо», что позволяет, помимо прочего, легко реализовать систему поворота всех четырёх колёс, вплоть до положения, перпендикулярного кузову электромобиля.
  

---

Недостатки:

• 
  аккумуляторы за полтора века эволюции так и не достигли плотности энергии и стоимости, сопоставимой с горючим топливом, однако и этого уже достаточно, чтобы почти на равных конкурировать с автомобилями на бензине. В ноябре 2005 года А123 System анонсировала новый высокомощный быстро заряжающийся элемент питания, основанный на исследованиях, лицензированных MIT. Первая партия элементов была выпущена в 1-м квартале 2006 года и использовалась для питания электроинструментов DeWalt и стартеров авиадвигателей. Идея нового аккумулятора заключается в активизации литиево-ионного обмена между электродами. С помощью наночастиц удалось развить обменную поверхность электродов и получить более интенсивный ионный поток. Чтобы исключить слишком сильное нагревание и возможный взрыв электродов, авторы разработки применили в катодах вместо лития/оксида кобальта литий/фосфат железа. Новые батареи отличаются не только большой ёмкостью, но и быстротой зарядки. Всего 30 минут требуется, чтобы зарядить их;
  
• 
  проблемой является производство и утилизация аккумуляторов, которые часто содержат ядовитые компоненты (например, свинец или литий) и кислоты;
  
• 
  часть энергии аккумуляторов тратится на охлаждение или обогрев салона автомобиля, а также питание прочих бортовых энергопотребителей (например, свет или воздушный компрессор). Но вряд ли это можно назвать существенным недостатком;
  
• 
  для массового применения электромобилей требуется создание соответствующей инфраструктуры для подзарядки аккумуляторов («автозарядные» станции). Однако когда-то и АЗС тоже не существовало;
  
• 
  при массовом использовании электромобилей в момент их зарядки от бытовой сети возрастают перегрузки электрических сетей «последней мили», что чревато снижением качества энергоснабжения и риском локальных аварий сети;
  
• 
  длительное время зарядки аккумуляторов по сравнению с заправкой топливом. Однако, в отличие от АЗС, месторасположения зарядных станций не имеют столь строгих ограничений и могут располагаться в более удобных местах, например, на парковках возле супермаркетов, и могут быть более распространены, чем автозаправочные станции;
  
• 
  малый пробег большинства электромобилей на одной зарядке. Литиевая батарея ёмкостью 24 кВт·ч позволяет электромобилю проехать около 160 км. Использование кондиционера, отопителя салона, загрузка электромобиля пассажирами или грузом, движение с частым разгоном/торможением и скоростью более 90-100 км/ч уменьшают пробег до 2-х раз (до 80 км). Однако "большинство" не означает "все". Электрический седан Tesla Model S имеет батарею ёмкостью 85 кВт/ч, которая позволяет ему преодолевать 480 километров на скорости 90 км/ч, что сопоставимо с пробегом большинства бензиновых машин;
  
• 
  высокая стоимость литиевых батарей, или высокий вес достаточно ёмких свинцовых батарей. Другие типы батарей в электромобилях практически не используются;
  
• 
  ухудшение характеристик батарей на холоде. Но то, что подразумевается под этим ухудшением, часто понимается не совсем верно. Считается, что на морозе быстрее садится аккумулятор. При этом часто приводят в пример 12-вольтовый автомобильный АКБ, который не в силах завести машину в -20. Вследствие чего выводят вердикт - сел. На самом деле всё несколько иначе - стартер требует токи, в несколько раз превышающие номинал АКБ (ёмкость свинцовой АКБ 0,72 кВтч; мощность стартера около 4 кВт), в мороз электролит густеет, и ему становится сложнее быстро отдавать заряд. Но ёмкость его как была 60 Ah, так и осталась, в чём легко убедиться, подключив к нему нагрузку поменьше. Электромобилю же для езды требуется мощность во много раз меньше номинала батареи (ёмкость аккумулятора Теслы 85 кВт/час, электромотору, в среднем, для движения требуется лишь 10 кВт) вследствие чего нагрузка на неё приходится более щадящая. Отрицательные температуры сказываются только на динамике разгона электромобилей, при которой мощность потребления может подскакивать до 200 кВт и выше. В этом случае батареи действительно испытывают затруднения с отдачей большой мощности;
  
• 
  деградация литиевых и других батарей с возрастом. В лучших моделях литиевых батарей через 5-8 лет остаётся менее 80 % ёмкости;
  
• 
  мощность, вырабатываемая всеми современными электростанциями, значительно меньше, чем мощность всех современных автомобилей. Вырабатываемой энергии не хватит на одновременную зарядку очень большого количества электромобилей. Однако следует учесть, что выработка бензина также требует электричества (до 5кВт*ч на литр), поэтому по мере уменьшения мирового потребления бензина, мощности электростанций будут перераспределяться в сторону энергообеспечения электромобилей;
  
• 
  для стран с холодным климатом, особенно России, очень остро стоит вопрос отопления салона. Для эффективного отопления салона машины средних размеров нужно около 2-3 кВт тепловой мощности, в то время как ёмкость батареи продающегося в России Mitsubishi i-MiEV составляет около 16 кВт/час, и включённая печь может существенно отразиться на его запасе хода. Однако существуют электромобили и с более ёмкими батареями, как в случае с Tesla Model S, включённой печки, которой хватит на 2 суток непрерывной работы.
  

---

1.3 Гибридные  автомобили

 

Преимущества:

• 
  общая простота конструкции и управления в сравнении с гибридными автомобилями;
  
• 
  меньшее количество механических элементов и деталей;
  
• 
  более высокая надёжность;
  
• 
  простота ремонта и обслуживания, а, как следствие, и более низкие затраты при эксплуатации;
  
• 
  меньшее загрязнение окружающей среды;
  
• 
  отсутствие необходимости в топливе. Однако, стоит заметить, что некоторые гибриды тоже могут обходиться без топлива (технология PHEV или Plug In Hybrid);
  
• 
  существенная экономия на 1 км пути в смешанном или загородном цикле;
  
• 
  более простая электроника, управляющая тяговой установкой, так как нет необходимости управлять отдельно разнородными двигателями;
  
• 
  в большинстве случаев более низкая стоимость;
  
• 
  отсутствие трансмиссии, в отличие от механических гибридов;
  
• 
  аккумуляторы электромобиля работают очень активно, а, следовательно, довольно сильно нагреваются. Аккумуляторы же гибрида работают в более щадящем режиме и мало греются. Следовательно, при низких температурах окружающей среды ёмкость аккумуляторов у гибридного автомобиля будет существенно снижаться. Однако некоторые гибридные автомобили (например, Toyota Prius 3) имеют общую гибридную систему охлаждения, нагревающую зимою тяговый аккумулятор от ДВС, а летом, соответственно, охлаждающую.
  

Недостатки:

• 
  большая масса аккумуляторов;
  
• 
  длительная зарядка аккумуляторов, однако, существуют способы «быстрой зарядки» до неполной ёмкости батареи;
  
• 
  в большинстве случаев низкие динамические показатели;
  
• 
  в некоторых гибридах вообще отсутствуют электрические аккумуляторные батареи;
  
• 
  наиболее крупные автомобилестроительные компании после 2000-х уделяют мало внимания электромобилям в пользу гибридов;
  
• 
  в некоторых моделях гибридных автомобилей возможна реализация тяги отдельно от ДВС и ТЭД (тяговый электродвигатель). То есть при выходе из строя одного из них возможно движение только на другом.
  

Данные перечисления были взяты из источника [2].

2. Перспективы  развития электромобилей в России

 

В данной главе рассматриваются несколько важных аспектов. Это поможет выявить потенциальный круг покупателей, которые будут заинтересованы  в первую очередь данным продуктом.

 

2.1 Технические проблемы  с приобретением и внедрением  электромобилей в России

 

Решение технических проблем, связанных с внедрением альтернативных источников энергии, привели к появлению автомобилей на электрической тяге. Ещё пару

---