Аккумуляторный электромобиль - Battery electric vehicle

Nissan Leaf (слева) и Tesla Model S (справа) были в мире все время топ-продажи все-электрических автомобилей в 2018 году.
Зарядка Peugeot e208 на мощной зарядной станции

Батареи электрического транспортное средство ( Б ), чистое электрическое транспортное средство , только-электрическое транспортное средство или все электрическое транспортное средство представляет собой тип электрического транспортного средства (EV) , которые исключительно использует химическую энергию , сохраненную в аккумуляторных батареях пакетов , без вторичного источника приведения в движении (например , водород , топливный элемент, двигатель внутреннего сгорания и т. д.). BEV используют электродвигатели и контроллеры двигателей вместо двигателей внутреннего сгорания (ДВС) для приведения в движение. Они получают всю энергию от аккумуляторных батарей и, следовательно, не имеют двигателя внутреннего сгорания, топливных элементов или топливных баков . BEV включают, помимо прочего, мотоциклы, велосипеды, скутеры, скейтборды, железнодорожные цистерны, гидроциклы, вилочные погрузчики, автобусы, грузовики и автомобили.

В 2016 году во всем мире ежедневно использовалось 210 миллионов электрических велосипедов. Совокупные глобальные продажи легковых электромобилей, предназначенных для работы на шоссе, в сентябре 2016 года превысили отметку в миллион единиц. По состоянию на октябрь 2020 года самым продаваемым в мире полностью электрическим автомобилем в истории является Tesla Model 3 , примерно с 645 000 продаж. , за которым следует Nissan Leaf с более чем 500000 продаж по состоянию на сентябрь 2020 года.

История

В 1884 году Томас Паркер  построил в Вулверхэмптоне практичный серийный электромобиль, используя специально разработанные перезаряжаемые батареи большой емкости. Впервые представленные в 1889 году молочные машины с аккумуляторными батареями расширились в 1931 году и к 1967 году дали Великобритании самый большой парк электромобилей в мире.

Терминология

В гибридных электромобилях используются как электродвигатели, так и двигатели внутреннего сгорания, и они не считаются полностью электрическими транспортными средствами.

Гибридный электромобиль, батареи которого можно заряжать извне, называются подключаемыми гибридными электромобилями (PHEV) и работают как BEV в режиме разряда . PHEVs с серии трансмиссии также называют диапазон-продлил электрических транспортных средств (REEVs), такие как Шевроле Вольт и Fisker Karma .

Электромобили с подзарядкой от электросети (PEV) - это подкатегория электромобилей, которая включает электромобили с аккумулятором (BEV) и гибридные автомобили с подзарядкой от сети (PHEV),

Преобразование электромобилей в гибридные электромобили и обычные автомобили с двигателем внутреннего сгорания (также известные как автомобили полного сгорания) относятся к одной из двух категорий.

В Китае электромобили с подзарядкой от электросети вместе с гибридными электромобилями называются автомобилями на новой энергии (NEV). Однако в Соединенных Штатах соседние электромобили (NEV) - это электромобили, работающие на аккумуляторных батареях, которые по закону ограничены дорогами с указанными ограничениями скорости не выше 45 миль в час (72 км / ч), обычно рассчитаны на максимальную скорость 30 миль в час (48 км / ч) и иметь максимальную загруженную массу 3000 фунтов (1400 кг).

Транспортные средства по типу

Концепция аккумуляторных электромобилей заключается в использовании заряженных аккумуляторов на борту транспортных средств для приведения в движение. Электромобили с аккумуляторными батареями становятся все более и более привлекательными с ростом цен на нефть и развитием новых аккумуляторных технологий ( литий-ионных ), которые имеют более высокую мощность и удельную энергию (т. Е. Большее возможное ускорение и больший запас хода при меньшем количестве аккумуляторов). По сравнению с батареями более старых типов, такими как свинцово-кислотные. Литий-ионные батареи, например, теперь имеют плотность энергии 0,9–2,63 МДж / л, тогда как свинцово-кислотные батареи имеют плотность энергии 0,36 МДж / л (то есть в 2,5–7,3 раза выше). Однако еще предстоит пройти долгий путь, если сравнивать его с топливом на основе нефти и биотопливом (бензин с удельной энергией от 34,2 МДж / л от -38x до 12,92x выше, и этанол с энергией 24 МДж / л -26x в 9,12 раза выше-).

BEV включают автомобили , легкие грузовики и электромобили .

Железнодорожный

Аккумуляторный электрический разветвитель EV-E301 на линии Карасуяма , Япония

Аккумуляторные электропоезда в форме BEMU (аккумуляторные электрические многоканальные агрегаты) коммерчески эксплуатируются в Японии . Заряжаются они через пантографы либо при движении по электрифицированным железнодорожным линиям, либо во время остановок на специально оборудованных вокзалах. Они используют аккумуляторную батарею для приведения в движение при движении по железнодорожным линиям, которые не электрифицированы, и успешно заменили дизельные моторные агрегаты на некоторых таких линиях.

Другие страны также тестировали или заказывали такие автомобили.

Электрический автобус

BYD K9A в Гуанчжоу

Чаттануга, штат Теннесси, управляет девятью электрическими автобусами с нулевым тарифом , которые эксплуатируются с 1992 года и перевезли 11,3 миллиона пассажиров и преодолели расстояние в 3 100 000 километров (1 900 000 миль), они были произведены на месте компанией Advanced Vehicle Systems. Два из этих автобусов использовались на летних Олимпийских играх 1996 года в Атланте.

Начиная с лета 2000 года в аэропорту Гонконга начал эксплуатироваться электрический автобус Mitsubishi Rosa на 16 пассажиров , а осенью 2000 года в Нью-Йорке начались испытания школьного автобуса с батарейным питанием на 66 пассажиров , полностью электрической версии автобуса. Blue Bird TC / 2000 . Аналогичный автобус эксплуатировался в долине Напа, Калифорния, в течение 14 месяцев, закончившихся в апреле 2004 года.

На Олимпийских играх 2008 года в Пекине использовался парк из 50 электрических автобусов, которые с включенным кондиционером имеют запас хода 130 км (81 милю). Они используют литий-ионные батареи и потребляют около 1 кВт⋅ч / милю (0,62 кВт⋅ч / км; 2,2 МДж / км). Автобусы были разработаны Пекинским технологическим институтом и построены компанией Jinghua Coach. Батареи заменяются полностью заряженными на станции подзарядки, чтобы автобусы работали круглосуточно.

Во Франции феномен электрических автобусов находится в стадии развития, но некоторые автобусы уже работают во многих городах. PVI, компания среднего размера, расположенная в районе Парижа, является одним из лидеров рынка со своим брендом Gepebus (предлагает Oreos 2X и Oreos 4X ).

В Соединенных Штатах первый электрический автобус с быстрой зарядкой эксплуатируется в Помоне, Калифорния, с сентября 2010 года в районе Футхилл Транзит . Proterra EcoRide BE35 использует литий-титанат батарею и способен к быстрому заряду менее чем за 10 минут.

В 2012 году на долю тяжелых грузовиков и автобусов пришлось 7% выбросов в результате глобального потепления в Калифорнии.

В 2014 году первая серийная модель полностью электрического школьного автобуса была доставлена ​​в объединенный школьный округ Кингс-Каньон в Калифорнийской долине Сан-Хоакин . Автобус был одним из четырех заказанных округом. Этот школьный автобус с электрическим питанием и 4-мя никелево-натриевыми батареями является первым современным школьным автобусом с электрическим приводом, одобренным для перевозки студентов любым штатом.

В 2016 году, включая легкие автомобили большой грузоподъемности, в Калифорнии было около 1,5 миллиона автомобилей большой грузоподъемности.

Первый полностью электрический школьный автобус в штате Калифорния, остановившийся у здания Капитолия Калифорнии в Сакраменто.

Та же самая технология используется для движения шаттлов в Маунтин-Вью. Эта технология была поддержана Комиссией по энергетике Калифорнии, а программа шаттлов поддерживается Google.

Грозовое небо

Thunder Sky (базируется в Гонконге) производит литий-ионные батареи, используемые в подводных лодках, и имеет три модели электрических автобусов: пассажирский EV-6700 с запасом хода 10/21 с дальностью полета 280 км (170 миль) при быстрой подзарядке за 20 минут, Городские автобусы EV-2009 и 43-местный шоссейный автобус EV-2008, который имеет запас хода 300 км (190 миль) при быстрой зарядке (от 20 минут до 80 процентов) и 350 км (220 миль) при полной зарядке ( 25 минут). Автобусы также будут производить в США и Финляндии.

Свободный Тиндо

Tindo - это полностью электрический автобус из Аделаиды, Австралия . Tindo (аборигенное слово для обозначения солнца) производится компанией Designline International в Новой Зеландии и получает электричество от солнечной фотоэлектрической системы на центральной автобусной станции Аделаиды . Поездки являются частью системы общественного транспорта Аделаиды с нулевой оплатой за проезд .

Первый транзитный автобус с быстрой зарядкой и аккумулятором

Proterra «s EcoRide BE35 транзитный автобус, называется Ecoliner по Foothill транзита в Западном Ковине, штат Калифорния, сверхпрочный, быстрая зарядка, батарея-электрический автобус. Система привода ProDrive Proterra использует двигатель UQM и рекуперативное торможение, которое улавливает 90 процентов доступной энергии и возвращает ее в систему хранения энергии TerraVolt, что, в свою очередь, увеличивает общее расстояние, которое может проехать автобус, на 31–35 процентов. Он может проехать 30–40 миль (48–64 км) без подзарядки, на 600 процентов более экономичен, чем обычный автобус, работающий на дизельном топливе или КПГ, и производит на 44 процента меньше углерода, чем КПГ. У автобусов Proterra было несколько проблем, в первую очередь в Филадельфии, где весь парк был выведен из эксплуатации.

Электрические грузовики

На протяжении большей части 20-го века большинство электромобилей в мире на аккумуляторных батареях представляли собой британские молоковозы . В 21 веке произошло массовое развитие электрических грузовиков BYD .

Электрические фургоны

В марте 2012 года компания Smith Electric Vehicles объявила о выпуске Newton Step-Van, полностью электрического автомобиля с нулевым уровнем выбросов, построенного на универсальной платформе Newton с кузовом для пешеходов, произведенным компанией Utilimaster из Индианы .

BYD поставляет DHL парк коммерческих автомобилей BYD T3 для распределения электроэнергии .

Сравнение EPA не -Номинальный диапазон для модельного года 2020 США электромобилей вплоть до января 2020 года.

Электромобили

Батарейках электрический автомобиль является автомобиль , который приводится в движение от электродвигателей .

Хотя электромобили часто обеспечивают хорошее ускорение и в целом приемлемую максимальную скорость, более низкая удельная энергия производственных батарей, доступная в 2015 году по сравнению с углеродным топливом, означает, что электромобили нуждаются в батареях, которые составляют довольно большую часть массы автомобиля, но все же часто дают относительно небольшой диапазон между зарядками. Зарядка также может занять значительное время. Для поездок на одном заряде аккумулятора, а не для длительных поездок, электромобили являются практичным средством передвижения, и их можно подзарядить за ночь.

Электромобили могут значительно снизить загрязнение города за счет нулевого выброса выхлопных газов . Экономия парниковых газов на автомобилях зависит от того, как вырабатывается электроэнергия.

Электромобили оказывают большое влияние на автомобильную промышленность, учитывая преимущества в загрязнении городов , меньшую зависимость от нефти и топлива, а также дефицит и ожидаемый рост цен на бензин. Мировые правительства выделяют миллиарды на финансирование разработки электромобилей и их компонентов.

Формула E - это международный чемпионат среди электромобилей среди одноместных автомобилей. Серия была задумана в 2012 году, а первый чемпионат стартовал в Пекине 13 сентября 2014 года. Серия санкционирована FIA. Алехандро Агаг - нынешний генеральный директор Formula E.

В чемпионате Формулы E в настоящее время соревнуются десять команд по два гонщика в каждой (после ухода команды Трулли временно участвуют только девять команд). Гонки обычно проходят на временных уличных трассах в центре города, длина которых составляет примерно от 2 до 3,4 км (от 1,2 до 2,1 мили). В настоящее время на трассе проходит только ePrix Мехико, модифицированная версия Autódromo Hermanos Rodríguez.

Электромобили для инвалидов, Ордалстанген, Норвегия
Электромобили для людей с ограниченными возможностями в Årdalstangen , Норвегия

Спецтехника

Транспортные средства специального назначения бывают самых разных типов, начиная от относительно обычных, таких как тележки для гольфа , таких вещей, как электрические тележки для гольфа , поплавки для молока , вездеходы , электромобили для соседей и широкий спектр других устройств. Некоторые производители специализируются на рабочих машинах с электроприводом «на заводе».

Индийский электросамокат Ather 450 находится в производстве.

Электромотоциклы, скутеры и рикши

Трехколесные транспортные средства включают в себя электрические рикши , активный вариант рикше цикла . Широкомасштабное внедрение двухколесных электрических транспортных средств может снизить уровень шума на дорогах и снизить загруженность дорог, но может потребовать адаптации существующей городской инфраструктуры и правил техники безопасности.

Компания Ather Energy из Индии в 2018 году выпустила свой электрический скутер Ather 450 с приводом от двигателя BLDC и литий-ионными батареями. Также из Индии AVERA - новая компания, занимающаяся возобновляемыми источниками энергии, собирается в конце 2018 года выпустить две модели электросамокатов с литиевой батареей. Технология железо-фосфатных батарей .

Электрические велосипеды

Индия является крупнейшим в мире рынком двухколесных транспортных средств - 22 миллиона единиц в год. К 2024 году объем рынка электрических двухколесных транспортных средств составит 2 миллиарда долларов, а в Индии будет продано более 3 миллионов единиц. Правительство Индии запускает схемы и стимулы для содействия внедрению электромобилей в стране и стремится стать центром производства электромобилей в течение следующих пяти лет.

Человек на электрическом велосипеде в Токио .
Pedelecs из схемы проката велосипедов Call a Bike в Берлине .

В Китае произошел взрывной рост продаж электровелосипедов без вспомогательного оборудования, в том числе самокатов: годовые продажи подскочили с 56 000 единиц в 1998 году до более 21 миллиона в 2008 году и достигли примерно 120 миллионов электронных велосипедов на дорогах в начале 2010 года. Китай является ведущим производителем электровелосипедов в мире: в 2009 году было произведено 22,2 миллиона единиц.

Личные транспортеры

Производится все больше разнообразных индивидуальных транспортеров , включая одноколесные самобалансирующиеся одноколесные велосипеды , самобалансирующиеся самокаты , электрические самокаты и электрические скейтборды .

Электрические лодки

Несколько аккумуляторных электрических судов работают по всему миру, некоторые используются для бизнеса. Электрические паромы эксплуатируются и строятся.

Технология

Использование топлива в конструкции транспортных средств
Тип машины Используется топливо
Полностью бензиновый автомобиль Наибольшее использование нефти
Обычный гибридный
электромобиль
Меньше использования бензина,
но невозможно подключить к розетке
Подключаемый гибридный автомобиль Меньшее использование нефти,
остаточное использование электроэнергии
Полностью электрический автомобиль
(BEV, AEV)
Исключительно использует электричество


Контроллеры двигателей

Контроллер мотора получает сигнал от потенциометров, связанных с педалью акселератора, и использует этот сигнал, чтобы определить, сколько электроэнергии необходимо. Эта мощность постоянного тока обеспечивается аккумуляторной батареей, и контроллер регулирует мощность двигателя, подавая либо постоянный ток переменной ширины, либо переменный ток переменной частоты, в зависимости от типа двигателя. Контроллер также управляет рекуперативным торможением , при котором электрическая энергия накапливается по мере замедления транспортного средства, и эта мощность заряжает аккумулятор. Помимо управления питанием и двигателем, контроллер выполняет различные проверки безопасности, такие как обнаружение аномалий, тесты функциональной безопасности и диагностику отказов.

Аккумуляторная батарея

Кривая изучения литий-ионных аккумуляторов: за три десятилетия цены на аккумуляторы упали на 97%.

В большинстве электромобилей сегодня используется электрическая батарея , состоящая из электрохимических ячеек с внешними соединениями для обеспечения питания транспортного средства.

Аккумуляторная технология для электромобилей развилась от первых свинцово-кислотных аккумуляторов, использовавшихся в конце 19 века до 2010-х годов, до литий-ионных батарей, которые сегодня используются в большинстве электромобилей. Аккумулятор в целом называется аккумуляторным блоком , который представляет собой группу из нескольких аккумуляторных модулей и ячеек. Например, аккумуляторная батарея Tesla Model S имеет до 7 104 ячеек, разделенных на 16 модулей с 6 группами по 74 ячейки в каждой. Каждая ячейка имеет номинальное напряжение 3-4 В в зависимости от ее химического состава.

Двигатели

В электромобилях традиционно используются двигатели постоянного тока с последовательной обмоткой, разновидность щеточных электродвигателей постоянного тока . Электродвигатели постоянного тока с раздельным возбуждением и постоянный магнит - это всего лишь два типа двигателей постоянного тока. В более поздних электромобилях используются различные типы двигателей переменного тока , поскольку они проще в сборке и не имеют щеток, которые могут изнашиваться. Обычно это асинхронные двигатели или бесщеточные электродвигатели переменного тока, в которых используются постоянные магниты. Существует несколько вариантов двигателя с постоянными магнитами, которые предлагают более простые схемы привода и / или более низкую стоимость, включая бесщеточный электродвигатель постоянного тока .

После подачи электроэнергии на двигатель (от контроллера) взаимодействие магнитного поля внутри двигателя будет вращать приводной вал и, в конечном итоге, колеса транспортного средства.

Экономика

Видео об использовании электромобиля в умной сети .

Аккумуляторные батареи электромобилей - ключевой элемент глобального энергетического перехода, который сейчас зависит от накопления большего количества электроэнергии. Поскольку доступность энергии является наиболее важным фактором жизнеспособности экономики, мобильную инфраструктуру хранения аккумуляторов электромобилей можно рассматривать как один из наиболее значимых инфраструктурных проектов, способствующих переходу энергетики к полностью устойчивой экономике, основанной на возобновляемых источниках энергии. Мета-исследование, наглядно показывающее важность хранения электроэнергии, описывает технологию в контексте.

Воздействие на окружающую среду

Выработка энергии

Электромобили не производят выбросов парниковых газов (ПГ) в процессе эксплуатации, но электричество, используемое для их питания, может вызывать это при их выработке. Два фактора, влияющие на выбросы аккумуляторных электромобилей, - это углеродоемкость электричества, используемого для подзарядки электромобиля (обычно выражается в граммах CO.
2
на кВтч) и потребление конкретного транспортного средства (в километрах / кВтч).

Углеродоёмкость электроэнергии зависит от источника электроэнергии, в которой она потребляется. У страны с высокой долей возобновляемых источников энергии в структуре электроэнергетики будет низкий CI. В Европейском Союзе в 2013 году углеродоемкость сильно варьировалась по географическому признаку, но в большинстве стран-членов ЕС электромобили были «экологичнее», чем обычные. единицы. В среднем электромобили экономят 50–60% CO.
2
выбросы по сравнению с дизельными и бензиновыми двигателями.

Более того, процесс декарбонизации постоянно снижает выбросы парниковых газов из-за использования электромобилей. В Европейском Союзе в период с 2009 по 2013 год наблюдалось снижение углеродоемкости электроэнергии на 17%. С точки зрения оценки жизненного цикла , с учетом количества парниковых газов, необходимых для создания батареи, и ее окончательного срока службы, экономия парниковых газов на 10-13% ниже.

Конструкция автомобиля

ПГ также выделяются при производстве электромобиля. Литий-ионные аккумуляторы, используемые в автомобиле, требуют больше материалов и энергии для производства из-за процесса извлечения лития и кобальта, необходимых для аккумулятора. Это означает, что чем больше электромобиль, тем больше выделяется углекислый газ.

Рудники, которые используются для производства лития и кобальта, используемых в батарее, также создают проблемы для окружающей среды, так как рыба умирает на расстоянии до 150 миль (240 км) ниже по течению от горных работ из-за утечек химических веществ, и химические вещества также просачиваются в воду. источники воды используют люди, живущие рядом с шахтами, создавая проблемы для здоровья животных и людей, живущих поблизости.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки

Патенты
Организации
Новости
Исследования