Обзор состояния и перспективы развития существующих решений в области конвертации транспортных средств в электромобили

Полный текст

Ситуация с ростом цен на углеводородное топливо, ужесточение норм по выбросам токсичных веществ и другие сопутствующие проблемы являются стимулирующими факто- рами для увеличения спроса и объемов производства экономичных и экологически чистых транспортных средств - автомобилей с комбинированными энергетическими установками и электромобилей. Имеющиеся на сегодняшний день в распоряжении автопроизводителей электротехни- ческие компоненты с их номинальными характеристиками позволяют создавать полноцен- ные электромобили, способные конкурировать в своем классе с автомобилями с ДВС, что нам сегодня и демонстрируют крупные компании-лидеры производства электромобилей и автомобилей с комбинированными энергетическими установками. Многие мировые авто- производители создают новые линейки электромобилей и гибридов на базе серийно выпус- каемых автомобилей с ДВС. И этому есть логическое объяснение. Все конструкции серийно выпускаемых автомобилей уже прошли полный цикл своей жизни (от проектирования до утилизации). Расчет кузова, подвески, аэродинамика, тестирование безопасности, компонов- ка и комплектация салона - все это уже имеется и прошло испытания в реальных условиях эксплуатации. Кроме того, линии производства заводов настроены и функционируют на из- готовление необходимых компонентов. Все это становится одним из главных аргументов в выборе базы для создания будущего электро- или гибридного автомобиля, что позволяет су- щественно снизить себестоимость выпускаемых транспортных средств [1]. Тем не менее все ещё высокая стоимость электромобилей остается главной причиной отказа от их приобретения. В связи с этим не прекращаются поиски новых способов и воз- можностей перейти на экологически чистый электрический вид транспорта, и одним из ва- риантов такой возможности является конвертация имеющегося автомобиля с ДВС в элек- тромобиль. Конвертация автомобиля в электромобиль - это процесс перехода от использования в качестве тягового источника энергии двигатель внутреннего сгорания к электродвигателю с максимальным сохранением имеющейся конструкции автомобиля и адаптацией всех систем к работе от электрической энергии. Фактически конвертация означает удаление из автомоби- ля двигателя внутреннего сгорания со всеми его системами и замещение их электродвигате- лем с набором аккумуляторных батарей. Преимущества конвертации в электромобиль, неоспоримо, те же, что и при использо- вании электромобиля «с конвейера». Отсутствие вредных выбросов, низкая стоимость одно- го километра пробега (а с развитием альтернативных источников энергии стоимость заряда вообще стремится к нулю), минимальные затраты на техническое обслуживание и практиче- ски вечный ресурс электродвигателя делают конвертацию заманчивым и перспективным направлением. Современный мировой рынок уже имеет немало примеров конвертации имеющихся ав- томобилей на базе ДВС в полноценный электромобиль. В основном данное направление находит интерес у электриков-любителей, желающих самостоятельно преобразовать свой автомобиль на работу от электрической энергии, и небольших компаний, которые занимают- ся конвертацией и поставкой оборудования для электромобилей [2]. Особенно широко развито данное направление в США и Европе, где имеется макси- мальное число транспортных средств на альтернативной энергии. В этих странах уже суще- ствуют и успешно функционируют компании, которые занимаются реализацией конвертиро- ванных автомобилей. Среди них можно выделить: Greenshed Conversions Wilderness Electric Vehicles EV FINDER EV Tradin Post STAR Electric Cars Обычный автомобиль с ДВС может быть преобразован в гибридный автомобиль (HEV), plug-in гибридный электромобиль (PHEV) или в полноценный электромобиль (EV). Так же HEV может быть преобразован в PHEV или EV. Последние варианты часто возмож- ны благодаря доступному оригинальному оборудованию от производителя. В США серти- фицированные установщики могут надежно и экономически обоснованно конвертировать как легковые, так и грузовые автомобили, с целью работы только на электрической тяги либо для повышения эффективности использования обычных конструкций транспортных средств. HEV преобразования могут быть привлекательным вариантом для людей, стремящихся повысить эффективность использования топлива и снизить уровень выбросов в атмосферу. Некоторые компании выполняют преобразования на уже приобретенных автомобилях, в то время как другие могут устанавливать гибридные системы лишь в новые автомобили перед выходом в продажу. Если гибридная система будет устанавливаться на существующее транспортное средство, то данный автомобиль должен иметь достаточную полезную грузо- подъемность, чтобы обеспечить возможность установки тяжелого гибридного оборудования. Некоторые компании предлагают готовые системы для преобразования в HEV, например: XL Hybrids Crosspoint Kinetics HEVs могут быть преобразованы в PHEVs, добавлением дополнительных модулей ак- кумуляторных батарей и установкой стационарного бортового зарядного устройства. Неко- торые преобразованные таким образом автомобили могут достичь расхода до 2,5 л/км, пока заряд дополнительной аккумуляторной батареи не будет исчерпан [3]. Американские компании, предлагающие системы преобразования в PHEV: Odyne Systems, LLC Enginer Boulder Hybrid Conversions ECHO Automotive В США все преобразованные или конвертированные автомобили должны соответство- вать требованиям, утвержденным агентствами США: Агентством по охране окружающей среды (National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA)), Национальным управлением дорожного движения (state agencies like the California Air Resources Board (CARB)) и Кали- форнийским управлением воздушными ресурсами (California Air Resources Board (CARB)). Рисунок 1. Комплект для конвертации автомобиля в электромобиль Универсальный На сегодняшний день в свободную продажу так же предлагаются готовые комплекты для конвертации автомобиля (рисунок 1), данные комплекты подразделяются на универсаль- ные - подходят практически на любой автомобиль, но требуют ряда доработок и адаптации под конкретную модель, и комплекты для определённой модели автомобиля. Как правило, в такие комплекты входят следующие компоненты: электродвигатель; контроллер; электропроводка высокого напряжения; датчики оборотов двигателя и температуры; адаптерная пластина для соединения электродвигателя с валом коробки передач; датчик положения дроссельной заслонки (педали газа); зарядное устройство; схема подключения CAD и Инструкции по установке. Данные комплекты для конвертации представляют собой полный набор необходимых элементов привода, системы управления и контроля электродвигателя. Модули аккумуля- торных батарей, как правило, поставляются отдельно, их количество, а следовательно, и пробег на одном заряде варьируются от типа автомобиля-донора и часто зависят от возмож- ности разместить необходимое количество батарей на борту автомобиля. Кроме того, выби- рая модули АКБ, ориентируются на их тип, качественные характеристики и стоимость. Выводы Конвертация автомобиля с ДВС в полноценный электромобиль при кажущейся просто- те является сложной и трудоёмкой задачей. В связи с тем что мы лишаем базовый автомо- биль двигателя внутреннего сгорания, те системы, которые брали привод и работали благо- даря постоянному вращению коленчатого вала двигателя, не могут дальше полноценно функционировать. Такими системами являются гидравлический усилитель руля, тормозная система, обогрев салона, система кондиционирования (компрессор). Помимо этого, все при- боры освещения и панель приборов штатного автомобиля рассчитаны на напряжение пита- ния в 12 В, а монтируемые системы электропривода работают на напряжении от 72 В и вы- ше, достигая в современных электромобилях порой 400 В. Все эти вопросы требуют тща- тельной проработки и решения исходя из конкретной модели автомобиля. В зарубежной практике по конвертации автомобилей имеется не малый опыт. В США в свободной продаже имеются печатные книги и справочники с практически пошаговой ин- струкцией по конвертации и подбору необходимого оборудования. Описывается процесс подбора автомобиля-донора, на какие аспекты необходимо обратить особое внимание, при- ведены примеры удачных конвертаций и характеристики полученных электромобилей [4]. В некоторых зарубежных источниках приведен краткий обзор компаний и компонентов для преобразования [5, 6]. К сожалению, в России данная информация практически отсутствует, а весь опыт по конвертации в нашей стране сводится к опыту инженеров-любителей, чьи ре- зультаты не подтверждены научно-технической базой.

Об авторах

Д. В Дергачев

Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)

Email: dergachevdmitriy@yandex.ru
8 (499) 155-03-79

В. И Марсов

Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)

д.т.н.

Б. К Оспанбеков

Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)

Список литературы

Дополнительные файлы