Гибридный автомобиль «Ё» М.Д. Прохорова, прорыв в автомобилестроении в России или прагматичный шаг прозорливого менеджера высшего звена?

Автор: к.т.н., доц. кафедры электротехнических комплексов НГТУ, Штанг Александр

Гибридный автомобиль «Ё» М.Д. Прохорова, прорыв в автомобилестроении в России или прагматичный шаг прозорливого менеджера высшего звена?

Предложенная концепция гибридного автомобиля и первые опытные образцы вызвали жаркие дискуссии внутри российского общества. Действительно, существует очевидная проблема технологического отставания российской отрасли автомобилестроения от мировых концернов-флагманов. При этом есть прагматичное понимание, что включение РФ в ВТО приведет к понижению налогооблагаемой базы, и, как следствие, к еще большему увеличению в потреблении зарубежных образцов автомобилей. Поэтому предложенный инвестфондом «Группа Онексим» современный концепт комфортабельного гибрида с умеренной ценовой политикой вызывает живой интерес, как у профессионалов, так и у конечного потребителя.

Вообще, вопрос о ближайшем будущем развития автомобильной отрасли и какой она станет через пять, десять лет, является предметом серьезного обсуждения. Как долго продержится технология гибридов?

Как скоро электромобиль станет полноправным хозяином дорог?
Пока производство электромобилей не стало массовым, но все понимают – за ними будущее. «В 2020 году каждый десятый новый автомобиль будет иметь электрическую силовую установку, потом, что я знаю наверняка, что человек, который купит себе электромобиль, никогда не вернется к машине с ДВС», – утверждает президент и генеральный директор компаний Renault и Nissan, фактический глава альянса Карлос Гон, – «… и речь идет не об игрушке тиражом 5-10 тысяч экземпляров в год, а о солидной рыночной доле». Да и с экономической точки зрения они однозначно эффективнее, так, например, чтобы проехать 100 км в Европе на автомобиле с традиционным двигателем внутреннего сгорания придётся потратить на бензин около 10..12 евро, на электромобиле – всего 1-2 евро, причём без загрязнения окружающей среды.

Что же ограничивает их продвижение?
На данном этапе воплощение и развитие технологии создания электромобилей определяется тремя основными составляющими, включающими создание: высокоемких аккумуляторов, энергоэффективных приводов на основе мотор-колес и инфраструктуры электрозаправочных станций.

Попробуем провести анализ трех основных стоп-факторов по порядку:
1. Проблема первая – создание высокоемких накопителей энергии. Для того чтобы понять насколько важным, скорее даже краеугольным, является вопрос развития накопителей энергии, рассмотрим ряд исторических фактов. В 1838 году в Англии появился патент прототипа электромобиля, ведущие колеса которого приводились в движение от электромотора, питаемого электробатареей, и только через пять десятилетий после появления первых электромобилей был изобретен первый автомобиль Даймлера и Бенца с двигателем внутреннего сгорания. В России первый электромобиль сконструировал инженер И. Романов в 1896 году. Машина развивала скорость до 25 км/ч при запасе хода до 40 км. Вскоре под его руководством был построен электрический автобус, рассчитанный на 15 пассажиров. Именно на электромобиле в 1899 г. достигнут мировой рекорд скорости – 100 км/ч. К сожалению, в начале ХХ века дальнейшее развитее электротранспортных средств с автономным ходом оказалось экономически нецелесообразным и они были вытеснены автомобилями с двигателями внутреннего сгорания. Основная причина обусловлена отсутствием до последнего времени источника вторичной энергии или накопителя энергии с требуемыми параметрами. Поэтому дальнейшие развитие электрического транспорта в ХХ веке пошло в направлении создания неавтономных видов, т.е. с подводом электрической энергии от сети (трамваи, троллейбусы, метрополитен, ж/д). Именно отсутствие компактных, малогабаритных накопителей энергии не позволило стать электромобилю основным видом транспорта.

В середине прошлого века в Швейцарии были попытки создания электротранспортного средства, где основным накопителем был маховик, но из-за гироскопического эффекта, сложности передачи момета от накопителя к ведущим частям, большого числа пунктов подзаряда программа была свернута. Химические источники тока или аккумуляторы до конца ХХ века были крайне неэффективны, так масса накопителя электромобиля на свинцовых аккумуляторах с запасом хода в сто с небольшим км. приближалась к тонне, при этом он значительно уступал в динамике автомобилю с ДВС. И только появление аккумуляторов на литиевой основе, впервые представленных на рынке в 1990 г. компанией Sony, позволило вновь считать перспективным развитее электромобилей. Это обусловлено тем, что литий самый легкий металл, а также он обладает самым высоким значением теоретической удельной энергии ≈ 11 кВт•ч/кг. В наиболее распространенных в настоящее время литий-ионных, литий-полимерных, и для транспортных средств более дешевых литийжелезофосфатных аккумуляторах энергоемкость лежит в пределах от 100 до 300 Вт•ч /кг, при этом удельной энергии для перемещения легкового автомобиля на один километр пути требуется порядка 120-170 Вт•ч/кг, то есть, в первом приближении, вполне эффективный накопитель энергии, но и при всех достоинствах аккумуляторов на литиевой основе существует и ряд «подводных камней». По сути дела их основным недостатком является их химическая природа устройства, что обуславливает длительность в несколько часов процессов заряда/разряда, малое число циклов работы, изменение технических параметров в зависимости от температуры окружающей среды, так происходит резкое снижение энергоемкости при отрицательных температурах, что достаточно критично для России, страны с самыми суровыми климатическими условиями. Очевидно, что в связи с этим, основной проблемой внедрения аккумуляторов на транспорте является совершенствование их технических характеристик.
В настоящий момент конкуренцию аккумуляторам могут составить лишь ультраконденсаторы. Так, по мнению Марка Вербрюгге, директора химической лаборатории корпорации GeneralMotors, наиболее перспективно использование ультраконденсаторов в гибридах. В них из-за отсутствия протекания химических процессов время заряда-разряда составляет секунды, количество циклов измеряется от сотен тысяч до миллионов и работают они в широком диапазоне температур, удовлетворяющим любой климатической зоне. Все это делает их фактически вне конкуренции по сравнению с литиевыми аккумуляторами, но существует лишь одна существенная проблема их распространения, – значительно меньшая энергоемкость в 1…3 Вт•ч/кг. Однако с открытием графена Константином Новоселовым (36 лет) и Андре Геймом (51 год), за что они были удостоены нобелевской премии по физике, произошел технологический прорыв в ряде областей. Как оказалось, графен- самый тонкий - двухмерный и вместе с тем один из наиболее прочных из существующих сегодня материалов применим в области создания накопителей энергии. Так, в настоящее время разработан прототип ультраконденсатора американскими компаниями Nanotek Instruments и Angstron Materials, а также технологическим университетом Даляня (DUT) с удельной ёмкостью 85,6 Вт•ч/кг, что говорит о превосходстве данной технологии над литиевыми аккумуляторами. При этом хотелось бы отметить, что утилизация ултраконденсаторов не является токсичной.

Единственное, что смогут снова противопоставить аккумуляторы на литейной основе ультраконденсаторам, это еще более значительное увеличение энергоемкости аккумуляторов, и такое направление существует. Так в литий-воздушных элементах теоретическая энергоемкость по разным оценкам может превосходить в 3…10 раз литий-ионные аккумуляторы. Однако, в настоящий момент, не решен ряд технологических ограничений: во-первых, предотвращение доступа воды из атмосферы в ячейку через воздушный катод; во-вторых, поучаемые в ходе токообразующих реакций оксиды Li2O и Li2O2 нерастворимы в растворе органического электролита и будут осаждаться в порах катодного материала, что блокирует дальнейший доступ кислорода. Таким образом, резко снижается срок эксплуатации электрохимической ячейки. Однако перспективы очень заманчивы, теоретические расчеты показывают, что литий-воздушная батарея может иметь удельную энергоемкость близкую дизельному топливу – до 8 кВт•ч/кг. Поэтому литий-воздушные батареи, по экспертному заключению национальной лаборатории Аргон (США), могут придать дополнительный импульс электрификации автомобилей, что подтверждается и прогнозами IBM на мировые инновации на пять лет вперед. Поэтому воспользуемся вековой мудростью, сказав: «поживем, увидим». Тем более, что пять лет – срок сравнительно небольшой. Так, Мартин Эберхардт, бывший партнер и один из отцов-основателей компании Tesla, считает, что к 2020 году серийные машины будут обладать запасом хода свыше 800 км на одной зарядке.

2. Проблема вторая - сложность создания мотор-колеса, определяется рядом причин: вписывание силовой установки в малые габаритные размеры колеса; необхдимость в решении вопросов рационального подрессоривания колеса и вопросов защиты от пыли и грязи; требуется создание высокомоментного низкооборотистого электродвигателя.

По экспертной оценке оптимальные показатели мотор-колеса для серийного легкового автомобиля должны составлять не более 30 кг без учета веса шин, в противном случае, резко снижается комфортабельность, управляемость, происходит значительное увеличение вибрации, передающейся на кузов и ускоренный износ подвески. Создание подобной системы потребует целого ряда нестандартных и высокотехнологичных решений.

При этом такие обыденные вещи, как замена шины, могут создать серьезную проблему, так как при существующем уровне сервиса сделать это будет практически невозможно или потребуется развертывание дополнительной сервисной инфраструктуры. Что делать в случае прокола шины в пути? Возить запасное мотор-колесо слишком дорогое решение, поэтому, хотя уже и существуют коммерческие прототипы с удовлетворяющими техническими показателями, как, например, мотор-колеса компании Michelin, маловероятно, что существующая технология станет широко распространенной в ближайшие пять, десять лет.

3. Третий стоп-фактор связан с необходимостью развития инфраструктуры электрозаправочных станций. На первый взгляд проблема решается просто, -подключение для зарядки электромобиля к бытовой электросети (домашней электророзетке), но давайте представим, как это будет реализовываться в России – штекер, свисающий с пятого, седьмого этажа многоэтажного дома? А если подзарядка потребуется во время рабочего дня? С извинениями тянем его из офиса, а на федеральных трассах где расстояние за Уралом от одного населенного пункта до другого может измеряться сотнями километров? При этом мощности бытовых сетей зачастую не превосходят 6 кВт, а это значит, что на заряд аккумуляторной батареи электромобиля потребуется свыше 10 часов.

Обозначенные проблемы показывают, на сколько важными являются задачи по развитию инфраструктуры с созданием центров заряда электромобилей. Из-за технических ограничений в режимах работы аккумуляторов, в настоящее время, существует две концепции развития электрозаправок. Первая – классическая, – зарядка от мощного электрического источника. В этом случае, основная проблема состоит в минимальном времени подзаряда, которое лежит, в диапазоне от 30 минут до 3 часов. Понятно, что такой интервал в ожидании электрозаправки не выдержит ни один автолюбитель. Поэтому, существует вторая концепция – замена батарей «на лету», предложенная еще в 1979г. компанией Mercedes для электробуса LE306. Блок аккумуляторных батарей менялся с помощью специального подкатного домкрата. Подобная технология автоматической станции замены батарей проходит апробацию в Токио. Она обслуживает несколько электромобилей Nissan Dualis с нанофосфатной батареей А123Systems. Время замены батарей на роботизированном пункте замены составляет не более 1 минуты. Если проект окажется эффективным, его в ближайшем будущем, распространят на 60 тыс. такси, средний пробег которых составляет от 300 до 600 км.

Сейчас в авангарде развития инфраструктуры для электромобилей стоят такие страны как Израиль и Дания. Это вызвано рядом причин: малая территория стран, высокий уровень жизни, развитие альтернативной энергетики. Например, в Дании показатель использования альтернативных источников энергии уже превосходит 25% от общего объема вырабатываемой энергии. Но, пожалуй, наиболее важным, является то, что с приходом эры электромобилей произойдет переосмысление, каким должен быть сам «авто». Так, специалисты Вetter Place считают, что в вопросе выбора автомобиля технические характеристики скоро отойдут на второй план, уступив место качеству программного обеспечения, удобству интерфейса планирования и отслеживания зарядки, навигации и поиска заправочных станций, а также оплаты за электричество.

Претерпит значительное изменение и существующая концепция автомобиля как единого целого. Электромобиль становиться своеобразным конструктором, где одна компания будет заниматься производством мотор-колес, другая оснащать аккумуляторами, третья – системами электронного управления, а концерну останется только производство кузова, но возможно, что и эта технология станет доступна для небольших фирм, если они освоят производство цельнотянутых полимерных кузовов.
В результате потребитель будет заказывать автомобиль исходя из своих представлений: максимально эффективный в рамках собственных предпочтений, ориентируясь на формулу цена-качество. Сформируется несколько типов платформ, на которые в зависимости от потребностей, будут устанавливаться различные по мощностным и динамическим характеристикам электродвигатели, а в зависимости от среднего пробега будет рассчитываться энергоемкость аккумулятора, да и дизайн кузова может стать близким к скин-технологиям. Несомненно, подобные представления являются революционными и требуют абсолютно новых подходов при проектировании и изготовлении.

Итак, к главному, что же предлагает команда под руководством М.Д. Прохорова?
В первую очередь они четко позиционируют свой гибридомобиль, понимая, что пока данные технологии не стали массовыми, но за ними будущее. «Когда мир стоит на пороге перехода от одного технологического уклада к другому, есть шанс не вкладывать огромные деньги в старые технологии, а с чистого листа создать новый концепт и завоевать рынки»,- говорит М.Д. Прохоров.

Конечно мы пониманием, что за финансовыми вливаниями и информационным продвижением проекта в лице М.Д. Прохорова стоит эффективная команда, где одним из кочевых модераторов технического креатива является генеральный директор проекта «Городской автомобиль", а также председатель совета директоров ЗАО "ЯРОВИТ моторс" Андрей Михайлович Бирюков, который утверждает, что – «Автомобильная отрасль одна из самых консервативных. Автомобиль архаичен с точки зрения технологий. Из анализа рынка, мы около пяти лет назад сделали вывод, что эра существующей концепции автомобиля закончилась».

Поэтому при проектировании гибридомобиля с габаритами лежащими между А и В классами, являющимися удобным для парковки в городских условиях, потребовало поиска решений, направленных на снижение массы и увеличение внутреннего пространства за счет высвобождения технических «рудиментарных» аппаратов. Были исключены такие узлы, как карданный вал, трансмиссия и произошло значительное снижение массы электродвигателя, что привело к значительному удешевлению гибридомобиля.

При создании электромобиля необходимо было проводить поиск совершенно новых технических решений в задаче по облегчению кузова, где количество металла не превышало бы 5…7%. Каждый элемент кузова проходил тщательный отбор по массовым показателям. Часть кузова создавалась на основе полипропилена (основа материала – газ), который при большом количестве достоинств обладает и существенным недостатком: он не может использоваться в качестве несущей конструкции. И здесь требовался поиск композитных материалов на основе полипропилена. Ведь в авиастроении композиты на основе углеродных волокон, используемые в фюзеляже и обшивке корпуса, количесвто которых уже для новых моделей 50% от общей массы.

Сам кузов гибрида представляет монокок с сотовой структурой в 2-3 сантиметра, которая приводит к дополнительному армированию конструкции, а также распределению энергетической волны в случае аварийного столкновения, при этом несущим элементом является рама с колесами или тележка, на которой размещаются основные элементы привода. Дополнительным преимуществом такого кузова является исключение процесса коррозии и простота утилизации, упрощение изменения дизайнерских решений в конструкции гибридомобиля. Расширение возможностей для рестайлинга и тюнинга. Минимизация стоимости кузова, которая не превысит 1,5 тыс. долларов.

Видно, что приходилось искать креативные идеи, даже в окраске автомобиля, она также не должна оставлять равнодушным, привлекать внимание. Поэтому белорусский дизайнер-художник В.Сеслер предложил сделать ее двухцветной, символично подчеркивая цветами гибридность автомобиля.

Переосмысливался и салон автомобиля: два сенсорных экрана, исключающих большое количество кнопок и приводящих к удешевлению технологии. Были оставлены лишь кнопка включения, знак аварийной остановки и кнопка движения вперед и назад, при этом без снижения комфортабельности салона. «Ё-мобиль» будет оснащен микровентиляцией салона, подогревом стекл, магнитолой с флеш-выходом, тач-скрин экранами. Большой экран выполняет роль спидометра и является навигационным экраном, а также работает в режиме видеопроектора. Предусмотрена и система скинов для экранов.

Несколько слов об изменении в конструкции привода. Известно, что оптимальная работа привода ДВС в 3…5 тыс. оборотов, а в высоком и низком диапазоне КПД резко снижается, тогда как для электродвигателя, возможно реализовать необходимый момент с минимального числа оборотов. Усреднённо КПД классического автомобиля составляет 17-18%, тогда как у гибрида КПД 35-37%. Поэтому можно снизить мощность двигателя двухкратно, а если учесть, что движение в городском цикле при плотном транспортном потоке идет, в основном, в режиме stop&go (частые повторные пуски и торможения), то установленную мощность можно уменьшить в 5 раз. Поэтому объем двигателя внутреннего сгорания в 0,6…0,7 л, осуществляющий подзарядку накопителя гибридомобиля, является достаточным.

В качестве буферной энергетической установки «Ё-мобиля» используется ультраконденсатор, который в 3…7 раз меньше по массогабаритным показателям по сравнению с аккумуляторной батареей, при цене в 8…10 раз дешевле и количестве циклов перезаряда на несколько порядков выше. Энергоемкость ультраконденсаторов рассчитана на 2 км автономного хода при цене не превышающей 1 тыс. евро.

В результате получены высокие технические и эксплуатационные показатели: расход 3,5..4 литра; полный привод; разгон до 100 км/ч за 7..8 сек. Есть принудительное ограничение по максимальной скорости движения в 130 км/ч. По словам разработчиков, задача состояла и в оптимизации веса автомобиля, который не должен превышать 750 кг. При этом, для сравнения, вес автомобиля «смарт», превышает 970 кг. В гибридомобиле предложен компактный и малогабаритный ротороно-лопастной двигатель, состоящий из 68 деталей, рассчитанный на 1 млн. км. По предварительной оценке интервал межремонтного обслуживания составит 40 тыс. км.

Интересным является выдвинутое разработчиками «Ё-мобиля» решение о существенной трансформации автомобильной отрасли, когда автомобильные концерны гиганты уйдут в прошлое, приводит к четкому пониманию построения минизаводов. В новой модели технология создания электромобиля становится проще, в связи с модульностью его конструкции, поэтому компоненты будут доставляться в дилерский центр, где производится конечная сборка. Сами заводы можно будет развивать по франчайзинговой технологии, с рентабельностью не ниже 15%. Что же, остается ждать и надеяться на хороший результат, так как зачастую в России высказывается правильная концепция, но когда дело доходит до конкретного результата, что-то обязательно нарушается. Этот скептицизм, стал уже близким к ментальному, поэтому, наверно, важным будет привести слова, высказанные в одном из интервью на «Радио Маяк» А.М. Бирюковым: «В России нет проблем с креативными, мыслящими людьми в любой области: будь то дизайнер, или изобретатель. Есть проблема в том, что они никому не нужны! И наша задача с М. Прохоровым найти тех людей, которые умеют, хотят, могут! Чтобы получить готовый, хороший с коммерческой точки зрения продукт. Вообще, это наша основная проблема – неверие в свои силы. Все наше – плохое, а западное – хорошее. Такое отношение сформировалось в 90-е годы и так говорят «белые воротнички», банкиры и чиновники. И в нашей стране есть много интересных, новаторских проектов, только, к большому сожалению, мы не обладаем информацией об этом. Секунда на центральном телевидении стоит три тысячи евро, о каком развитии проектов можно говорить? При этом самое большое количество изобретателей на сто тысяч населения именно в России и интеллектуальный потенциал в России настолько велик, что его хватит не только на Европу, но и на целый мир. Поэтому вера должна быть! И тогда мы сможем, мы преодолеем. Разве не мы создали самую большую страну в мире, разве не мы вышли первые в космос? Мы так созданы, мы народ победитель!» − считает А.М. Бирюков

К суждениям А.М. Бирюкова хочется добавить – «Давайте уже начинать верить в себя, потому что, если не мы, то кто?» И очень важно, что в стране появляются люди, которые не продолжают старую тенденцию увеличения капитала только за счет выработки и продажи сырья, энергоресурсов или финансово-банковских «манипуляций», но способны запустить механизмы трансформации экономики за счет инновационных проектов. Так, при финансовой поддержке М.Д. Прохорова, подготовлен еще ряд проектов, которые способны привести к серьезным изменениям, это светодиодный завод в Санкт-Петербурге и технологии в энергетической сфере.

Проверено корректором: 
no

Комментарии

И снова-таки, вокруг да около, а нового ничего :)
Будем ждать...

Мне кажется, мы живем в интересное время. Новые технологии уже на пороге, но в них пока всерьёз не верится, мешают костность и инертность мышления, цепляющегося за годами проверенное старое.

Думаю, давление новизны будет всё больше нарастать, пока вдруг в какой-то момент не осознается наступивший перелом.

Хочется пожелать удачи тем, у кого хватает храбрости бросить вызов устоявшемуся. Причем, не только на словах. Не знаю, станет ли Ё-мобиль долгожданым прорывом, может быть и нет. Но то, что эти разработки приблизят будущее — вне всякого сомнения.

По новостям сказали что двиг. будет импортный

Отправить комментарий

Содержание этого поля является приватным и не предназначено к показу.
  • Адреса страниц и электронной почты автоматически преобразуются в ссылки.
  • Доступны HTML теги: <a> <em> <strong> <cite> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd>
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.

Подробнее о форматировании

CAPTCHA
This question is for testing whether you are a human visitor and to prevent automated spam submissions.
Image CAPTCHA
Enter the characters shown in the image.