Как самому сделать электромобиль: Электромобиль своими руками: как, зачем и сколько это стоит

Как сделать электромобиль

Создание электромобиля — это прекрасная альтернатива машине с бензиновым двигателем. Современные технологии позволяют находить новые пути решения проблем, связанных с затратами на автомобильное топливо.

Потратив деньги только на составляющие элементы будущего электромобиля, в дальнейшем можно прекрасно экономить на топливе.

Кроме того, электромоторы экологически безопасны в отличие от обычных двигателей, которые при переработке бензина выделяют углекислый газ.

Стоит заметить, что уже практически каждая автомобильная компания выпускает автомобили на электрической тяге или гибридные авто. К примеру электромобили Renault от одноименной компании.

Но цена таких экологически чистых средств передвижения остается еще недоступной для многих автолюбителей, поэтому вопрос создания электромобиля своими руками, особенно для стран СНГ еще очень актуален.

Создаем электромобиль

Для создания электромобиля своими руками необходимо приобрести:

1. Базовая модель автомобиля;
2. Электрический двигатель;
3. Аккумуляторы, корпусы для них и зарядку;
4. Электропедаль газа, а также регулятор напряжения и синхронизаторы.

Базовая модель авто

Под базовой моделью автомобиля подразумевается любая машина, которая будет взята за основу при изготовлении электромобиля.

Так как в основе любого электромобиля лежит его легкость, на которую прямо пропорционально влияют габариты, материал из которого он изготовлен, то желательно за основу брать не большие автомобили.

Согласитесь, трудно будет из Toyota Land Cruiser Prado сделать электромобиль.

Хорошо для таких целей подойдут отечественные ВАЗ –ы, знаменитые запорожцы, Славута, ОКА.

Из зарубежных Fiat 126 и другие малолитражки до 2000 года выпуска.

Можно сделать и свой оригинальный кузов, но сложность работ и их дороговизна многих отталкивает от данной идеи.

Электродвигатель

Электродвигатель выбирают в зависимости от размеров автомобиля и варианта его подключения в машине.

Если подключать его к коробке передач, то электродвигатель даже с небольшой мощностью (5 – 7 К Ватт) сможет сдвинуть автомобиль с места.

При подключении через ведущий мост понадобится более мощный электродвигатель. И чем выше габаритный вес машины, тем большей мощности должен быть будущий мотор.

Электродвигатель с минимальной мощностью, установленный на машине небольших габаритов, имеет скоростной лимит в 75-80 км/ч (при условии непосредственного подключения мотора к коробке передач).

Приобретая электродвигатель с большей мощностью, не нужно беспокоиться о дополнительных расходах электроэнергии. Эти затраты никак не зависят от пройденного километража и мощности электромотора.

ЧИТАЙТЕ ПО ТЕМЕ: Существуют ли автомобили с водородными двигателями?

Аккумулятор

При выборе аккумулятора лучше остановить свое внимание на энергоносители с литием.

Они могут использоваться без подзарядки в течение 5 часов беспрерывного движения на максимальной скорости в 80 км/ч.

Общий срок службы таких аккумуляторов в среднем достигает 5 лет. Литиевые энергоносители – это недешевый вариант.

Как менее дорогостоящую альтернативу можно выбрать свинцовые аккумуляторы. Такие энергоносители имеют меньший срок эксплуатации (в среднем 1-2 года) и разряжаются уже спустя час интенсивного движения.

Для того чтобы аккумуляторы не изнашивались так быстро, необходимо правильно подбирать их в соответствующем объеме.

Небольшие по размеру энергоносители выходят из строя раньше, так как они сильно изнашиваются, полностью разряжаясь в процессе движения. Поэтому лучше приобрести один большой аккумулятор с увеличенным ресурсом.

Система отопления

Если владелец электромобиля рассчитывает пользоваться им в холодное время года, необходимо продумать систему отопления.

Обогрев автомобиля с помощью электроэнергии двигателя-дело очень затратное. В этом случае зарядки аккумулятора не хватит даже на одну поездку.

Поэтому лучше установить бензиновый обогреватель или систему для подогрева кресел. Для всей остальной электротехники в салоне лучше приобрести отдельный энергоноситель.

Регулятор мощности

Очень важная деталь в электромобиле — это регулятор мощности, необходимый для регулировки тяги электродвигателя.

Самыми надежными считаются регуляторы американского производства. Ввиду ограниченности финансов можно приобрести его китайский аналог.

Регуляторы выбирают в зависимости от мощности силы тока. Для каждодневных поездок подойдет стандартный регулятор на 150 вольт.

Также в электромобиль на место снятого генератора нужно вмонтировать преобразователь, выполняющий аналогичные функции.

Электромобили для детей

Конечно, можно сделать и электромобиль для своего ребенка, но стоит ли овчинка выделки? Ведь сейчас уже во всю продаются детские автомобили на аккумуляторах, которые красивые (а это важно для ребенка) и обладают достойными эксплуатационными характеристиками.

Решать каждому, но наверное проще купить электромобиль для детей, чем делать самому.

Затраты

Если рассматривать общую стоимость всех комплектующих электромобиля, в среднем выходит от 5000 до 8000 долларов. Но вложения в переоборудованный транспорт окупаются буквально через полтора—два года.

Поэтому, если есть желание и возможность, можно попробовать самому сделать электромобиль. Такие конструкции — это будущее для многих транспортных средств.

Самодельный электромобиль — всё не так, как думаешь / Хабр

Всем привет. Учась в университете я собрал маленький электромобильчик, ну или карт. Его фишкой было то, что всё управление электроприводом, включая тормоза было отдано самодельному контроллеру. И именно о том, как я делал этот маленький автомобильчик, и с какими подводными камнями столкнулся при постройке — хотелось бы рассказать в данном материале. Материал не претендует на уникальность, но для меня это был большой и интересный опыт.

Тема рассказа стоит на стыке аппаратного и программного аспектов. И в прошивке для контроллера я имел дело не с какими-то абстрактными понятиями или данными, а со вполне реальными «физическими» устройствами: реле, электродвигателем, транзисторами итп. Так что приведу кратенькую характеристику технической части, тот состав который был на момент всех танцев с бубном.

Основные узлы

Тяговый двигатель — коллекторный универсальный. Может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Рабочее напряжение 220 вольт.

Аккумуляторная батарея — 25 свинцово-кислотных ячеек по 6 вольт фирмы Casil, соединённых последовательно, по итогу получаем батарею 150-160 вольт. Она установлена сзади и перемотана синей изолентой, всё как положено 🙂

Двигатель приводил колёса в движение через червячный редуктор с передаточным числом i=10. На фото видно, что двигатель сочленен с редуктором с помощью небольшого валика, он был выточен специально.

Системы торможения, то есть тормозного диска с суппортом не было в принципе. Поставить физический тормоз на тот момент не получалось. Поэтому торможение двигателем оставалось единственным реальным вариантом, так что управление торможением машины тоже пришлось брать на себя контроллеру.

Контроллер для блока управления

В принципе простой контроллер для электромобиля можно собрать и на «рассыпухе». Но хотелось бы, чтоб была возможность всё красиво настраивать с помощью программы, 21 век всё-таки. Путём долгих высоконаучных рассуждений за ужином я решил, что за основу контроллера стоит взять чип фирмы Microchip — pic16f877a, вот его краткие характеристики:

На тот момент я не очень шарил в электронике, и изначально хотел делать схему до безобразия тупой — двигатель включён или двигатель отключен, но вместо реле поставить транзисторный ключ, дабы ничего не щёлкало и не горело. Но решил, что риск оправдан, я ничего не терял да и просто хотелось сделать что-то стоящее. Так что остановился на связке микроконтроллер + силовой полевой транзистор в качестве ключа. Ручку газа и кнопку реверса вывел на руль.

Особенности схемы

При выборе транзистора я не скупился и выбрал IRFP4227PBF — N-канальный полевой транзистор (открывается положительным импульсом) на напряжение 200 вольт и максимальный ток 130 ампер. Корпус TO-247AC. Но, забегая вперед скажу — я смог сжечь и его.

PWM — что это такое и с чем её едят

Раз я использовал микроконтроллер в связке с полевым транзистором, то грех было не попробовать использование pwm/шим в схеме. Что такое шим? Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. pulse-width modulation (PWM)) — процесс управления мощностью методом пульсирующего включения и выключения прибора. — спасибо Википедии.

Достоинство такого способа управления транзистором: он во время работы находится в двух состояниях — либо полностью закрыт, тока нет и ничего не греется, либо он полностью открыт и сопротивление его составляет несколько милиом, соответственно в тепло на самом транзисторе рассеиваются какие-то доли ватта тепла, ну или единицы ватт, схема едва тёплая при таком режиме работы. И такой процесс — отрыть/закрыть происходит тысячи раз в секунду. Это называется частотой шим. Так же есть такая вещь, которая называется «скважность». Переводя на человеческий язык — эта цифра показывает какую долю времени открыт транзистор. Если чуть углубиться — допустим у нас частота ШИМ-синала 1000 герц. Значит транзистор открывается и закрывается 1000 раз за секунду, и процесс переключения между включено и выключено 1/1000 доля секунды. Величина 1/1000 — это период частоты. А с помощью скважности мы показываем какую часть времени от периода транзистор открыт и через него течет ток. Для примера: в программе скважность 255 — это максимальная мощность, 127 — 50%, 0 — транзистор закрыт.

Для генерации такой частоты применялся встроенный в чип «физический» контроллер, хотя есть возможность программной реализации, но в этом случае контроллер только и будет делать, что генерировать на выводе частоту с заданным периодом и скважностью. А с использованием контрллера из переферии МК можно было и генерировать сигнал, и чтоб программа делала что-то ещё.

Чем дальше в лес, тем злее волки — от частоты ШИМ зависит и то, насколько будет эффективно работать электропривод. Я пробовал разные частоты, от 2 до 15 килогерц, каждый раз это менялось программно. Честно говоря особой разницы не успел заметить, но уверен что она есть. К сожалению данных по этому вопросу не удалось получить в достаточном количестве. Единственное, что заметил — с разной частотой пищала машина во время работы. Кстати, если кто-то замечал в метро, электробусах и поездах, что во время старта слышно гул, писк, завывание — это как-раз таки пищат обмотки двигателя из-за работы на частотах контроллера. Очень это заметно на поезде «Ласточка», который по МЦК ходит, во время старта.

Подводные камни в алгоритме работы

Следующая проблема была с реверсом двигателя. Двигатель коллекторный, у него две обмотки — неподвижная — статор, на корпусе, и вращающаяся — ротор. Для изменения направления вращения необходимо развернуть направление тока в одной из обмоток, не меня направления в другой. Для этого использовались два реле, срабатывали они одновременно, «перекидывая» схему на реверс при подаче на них питания. Но в первом варианте прошивки была ошибка — реле переключились под нагрузкой. Как итог теста под нагрузкой — два сгоревших реле, так как двигатель — индуктивная нагрузка и на контактах реле была нехилая такая дуга, контакты просто расплавились и сгорели во время переключения.

Выход из ситуации — вводим в программу условие, что перед переключением снимаем нагрузку выкручивая скважность PWM-сигнала на 0, перекидываем реле, и опять включаем мощность на заданный уровень. Именно так и работали тормоза на машине — реверсом. Только хардкор — никаких датчиков и энкодеров, ничего. А вот и фото релюшки, это вроде как реле стартера от жигулей. Если переключать их не под нагрузкой, то вполне работают и с высокими напряжениями, 160 вольт при 15 амперах держали, но допускаю, что контакты грелись ввиду малого сечения.

После я допилил прошивку и мощность поднималась плавно до заданного уровня. А это уже исключает удары в трансмиссии и нагрузку на узлы. Вот так одна строчка в программе может увеличить срок службы агрегата.

Соединяем контроллер с транзистором правильно

Оставалось только правильно сочленить транзистор с контроллером. Сделал я это несколько не правильно, через оптическую пару, напрямую. Но эта схема прокатывает при работе с низкими напряжениями, при высоких рабочих напряжениях постоянно сгорал затвор транзистора, да и для управления нужен двухтактный драйвер. Нормальная схема приведена ниже. Но тем не менее на один раз схемы с оптической парой хватило, каким-то чудом на тест драйве она работала, а выгорать начала сразу после него. Вот схема «правильного» драйвера, только в моём варианте ещё была развязка оптикой от контроллера. Картинка взята с Drive2:

Несколько интересных моментов

• При старте электродвигатель потребляет в разы больше электричества даже без нагрузки. А при заторможенном во время старта роторе графитовые щётки начинали дымиться.
• В тот момент, когда на машине сгорает транзистор — она начинает ехать сама, ибо батарею от двигателя отделяет только транзистор. Так что введение схем защиты оправдано, если не хочешь бежать за машиной и молиться, чтоб она никого не сбила.
• Двигатель, который я использовал, взят из стиральной машинки. Обороты без нагрузки у него заявлены 14000 — верится слабо, но на шильдике была именно эта цифра. Хотя он прекрасно тянет «с низов».
• Напряжение на батарее проседает, без нагрузки у меня оно было около 150 вольт, под нагрузкой спокойно может быть 140. А если батарея подсевшая то и 130, из-за этого на свежих батареях первые несколько минут машина могла ехать очень хорошо, потом когда батареи тратили где-то 20-30% энергии, то начинался более менее рабочий режим, машина ехала медленнее, медленнее разгонялась, но это было не так заметно. Когда батареи съедали примерно 70% заряда, то езда превращалась в черепаший ход.
• У меня получилось сжечь даже довольно мощный транзистор из-за перенапряжения на его затворе. Для защиты от этого нужно зашунтировать затвор транзистора диодом на + источника питания драйвера транзистора.
• Реле подключались к МК с помощью маломощных транзисторных ключей на небольших полевичках.

В конце концов получилось то, что на видео

Вообще мои опыты с электроприводом начались ещё в школе и я испробовал много разных конструкций, но это самая удачная схема на тот момент. Если материал понравится, то напишу отдельный пост про всю эпопею.

UPD: Изменил ошибки в статье, спасибо всем, кто откликнулся

Сделайте электромобили легче, чтобы максимизировать преимущества для климата и безопасности

Час пик на Таймс-сквер в Нью-Йорке. Плата за регистрацию автомобиля в Нью-Йорке рассчитывается в зависимости от веса автомобиля. Фото: Getty

.

Электромобили уже здесь, и они необходимы для обезуглероживания транспорта. Великобритания, Калифорния, Европейский Союз, Канада и другие страны планируют отказаться от продажи автомобилей, работающих на ископаемом топливе, уже в 2030 году — Норвегия планирует сделать это раньше. Потребители заинтересованы. В мае Ford Motor Company представила полностью электрическую версию своего самого продаваемого пикапа F-150 Lightning. К августу столько клиентов забронировали один, что Ford удвоил свой первоначальный производственный план. 27 сентября компания объявила, что потратит миллиарды долларов на строительство заводов по производству аккумуляторов и завода по производству электрических грузовиков в США. Другие компании также расширяют свое производство.

Крупные инвестиции в электромобили — приятная новость. Сектор прошел долгий путь, но впереди еще много вызовов. На наш взгляд, одной из проблем, которой уделялось слишком мало внимания, является увеличение веса транспортных средств. На долю пикапов и внедорожников (внедорожников) сейчас приходится 57% продаж в США по сравнению с 30% в 1990 году. Также выросла масса продаваемых в США новых транспортных средств — легковых автомобилей, внедорожников и пикапов. набрали 12% (173 кг), 7% (136 кг) и 32% (573 кг) соответственно с 19 лет90. Это все равно, что таскать с собой рояль и пианиста. Аналогичные тенденции наблюдаются и в других странах мира.

Электромобили добавляют еще больше веса. Горючая, энергоемкая нефть заменяется громоздкими батареями. А остальная часть автомобиля должна стать тяжелее, чтобы обеспечить необходимую структурную поддержку ¹ . Электрический F-150 весит на 700 кг больше, чем его бензиновый предшественник. Электромобили меньшего размера также тяжелее своих бензиновых аналогов (см. «Более тяжелый электромобиль»).

Почему это важно? Прежде всего, это безопасность. Вероятность гибели пассажиров при столкновении с другим транспортным средством увеличивается на 12% на каждые 500 кг разницы между транспортными средствами ² . Этот дополнительный риск не применялся бы, если бы все водили автомобили одинакового веса. Но до тех пор, пока они этого не сделают, количество жертв в авариях, вероятно, будет увеличиваться, так как тяжелые электромобили присоединяются к более легким существующим паркам. В зоне риска также будут пешеходы. Согласно одному исследованию, если бы жители США, которые пересели на внедорожники за последние 20 лет, предпочли автомобили меньшего размера, можно было бы предотвратить более 1000 смертей пешеходов9.0009 3 .

Более тяжелые автомобили также производят больше твердых частиц в результате износа шин. Для их создания и движения требуется больше материалов и энергии, что увеличивает выбросы и потребление энергии.

Насколько большой проблемой является лишний вес? Грубое сравнение между затратами на смертность и климатическими выгодами показывает, что они значительны. В энергосистемах, действующих сегодня в большинстве стран, стоимость дополнительных жизней, потерянных из-за увеличения веса электрифицированного грузовика на 700 кг, соперничает с климатическими выгодами от предотвращения выбросов парниковых газов.

Два основных фактора: вес батареи и опоры, а также чистота электросетей, от которых она заряжается. При расчете стоимости лишнего веса мы использовали значение Министерства транспорта США в размере 11,6 млн долларов США за предотвращенный смертельный исход. Компромисс затрат и выгод сохраняется, даже если мы предположим, что социальные издержки выброса одной тонны углекислого газа высоки, около 150 долларов; более низкие значения, такие как 50 долларов США, снижают оценку климатических выгод. Правда, это чрезмерное упрощение. Реалистичный анализ затрат и выгод для электромобилей требует оценки многих других факторов. К ним относятся расходы, связанные с травмами в результате столкновений, польза для здоровья от более чистого воздуха и влияние различных конструкций автомобилей на жизненный цикл.

Со временем более чистые сети будут укреплять позиции электромобилей. Некоторые страны с большим количеством экологически чистых источников электроэнергии, такие как Норвегия, уже находятся на этапе, когда электрификация грузовика приносит больше пользы для климата, чем затраты на безопасность. Другие, в том числе Соединенные Штаты, должны продолжать путь к системам с нулевым потреблением электроэнергии (см. «Расчет затрат и выгод»). Тем не менее, если не решить проблему веса, выгоды для общества от перехода на электричество будут меньше, чем они могли бы быть в следующем десятилетии. Вот что, по нашему мнению, должны сделать исследователи, политики и производители, чтобы решить эту проблему.

Источник: B. Shaffer et al.

Налог на тяжелые автомобили

Основы экономики говорят нам, что деятельность, которая требует затрат для других, должна облагаться налогом. Установление платы за регистрацию в зависимости от веса транспортного средства может препятствовать использованию тяжелых транспортных средств и поощрять использование легких. Сбор платежей, основанных на весе, также решает другую надвигающуюся проблему для правительств — потерю доходов из-за неуплаты налогов на бензин и дизельное топливо по мере того, как на дороги выходит все больше электромобилей.

Потенциально это большие деньги. В 2019 годуФедеральные, государственные и местные органы власти США собрали более 112 миллиардов долларов в виде налогов на топливо. Несколько штатов уже начали взимать плату с владельцев электромобилей в размере от 50 до 200 долларов в год, чтобы компенсировать часть упущенного налога. Они утверждают, что это справедливо, потому что налоги на топливо покрывают часть расходов на дорожную инфраструктуру, которой пользуются и водители электромобилей.

Варьирование таких сборов по весу будет поддерживать доход, одновременно стимулируя людей выбирать транспортные средства, которые являются более энергоэффективными и влекут за собой меньшие социальные издержки ⁴ . Это также сократит другие выбросы от производства и производства материалов.

Эксплуатация автомобиля стоит гораздо больше, чем думают люди, что тормозит развитие экологичных путешествий

В некоторых местах есть такие налоги. В Айове, например, регистрационный сбор увеличивается на 0,40 доллара за каждые 45 кг веса автомобиля. В штате Нью-Йорк ставка составляет 1,50 доллара за 45 кг веса свыше 750 кг; свыше 1600 кг он повышается до 2,50 долларов США. Франция пойдет еще дальше в следующем году, взимая колоссальные 10 евро (11,60 долларов США) за каждый килограмм, превышающий порог в 1800 кг. Если бы этот закон еще не освобождал электрические и гибридные автомобили, он добавил бы 12 000 евро к цене электрического грузовика, такого как F-150.

Добавление дальности поездки к плате также будет стимулировать людей меньше ездить за рулем. В штате Орегон пилотируется такая программа, которая дает владельцам возможность устанавливать свои регистрационные сборы в зависимости от расстояния, которое они проезжают за год (примерно 1,1 цента за километр), вместо фиксированных ежегодных сборов. Данные о поездках могут собираться бортовыми устройствами; некоторые страховые компании уже предлагают полисы, основанные на общем пробеге и других привычках вождения.

Термоусадочные батареи

Батареи сейчас стоят на 90% дешевле, чем десять лет назад. А плотность их энергии увеличилась более чем втрое ⁵ с тех пор, как в 1991 году были представлены литий-ионные аккумуляторы. Тем не менее, большая часть достижений в технологии аккумуляторов была направлена ​​на увеличение расстояния, которое электромобиль может проехать на одном заряде, и на увеличение мощности автомобиля. сила. Например, за последнее десятилетие компания Nissan выпустила на рынок дальнобойную версию своего флагманского электромобиля Leaf с утроенным запасом хода (364 км) и удвоенной мощностью (214 л.с.). Но его вес тоже вырос на 14%, до 1749 г.кг.

Запас хода важен для широкого распространения электромобилей. Большинство потребителей покупают автомобили, исходя из досягаемости, потому что они беспокоятся о потере мощности или невозможности подзарядки во время долгой поездки. Тем не менее, большинство автомобильных поездок короткие — в магазины или в школу. Например, в Соединенных Штатах водители в среднем проезжают 56 километров в день, что намного меньше максимального пробега для электромобилей.

Увеличение радиуса действия примерно на 100 километров каждые несколько лет сделает электромобили более практичными для людей, которым необходимо регулярно преодолевать большие расстояния, например, по работе. Но даже сейчас она имеет убывающую отдачу для среднего водителя. Инфраструктура быстрой зарядки развертывается все шире. Производство легких аккумуляторов сразу принесет плоды.

Тяжелый аккумулятор и связанные с ним опорные конструкции делают электрический Hyundai Kona примерно на 20% тяжелее своего бензинового аналога. Фото: Милан Ярос/Bloomberg/Getty

Способы облегчения аккумуляторов включают использование материалов с большей плотностью энергии и удаление более тяжелых компонентов. Например, твердотельные батареи, в которых не используются жидкие электролиты и в которых используется новейшая химия анодов, более компактны и могут обеспечивать более высокую плотность энергии, чем это возможно для литий-ионных элементов. Литий-кремниевые батареи могут достичь более высокой плотности энергии, если производители будут использовать больше кремния в анодах, чем графита. Улучшения также могут быть цифровыми — беспроводные системы управления батареями могут терять до 90% паутины проводов. Использование меньшего количества материалов помогает производителям экономить деньги.

Электромобили и аккумуляторы: как мир будет производить достаточно?

Но внедрять передовые технологии дорого, что увеличивает стоимость электромобилей. Таким образом, государственная поддержка, от лаборатории до фабрики и потребителя, необходима для стимулирования инноваций и развития. Плата за регистрацию на основе веса могла бы обеспечить часть этих денег. Субсидии США на электромобили в настоящее время увеличиваются в зависимости от емкости аккумулятора. Основание субсидий на электромобили вместо накопления энергии на кг (кВтч кг ⁻¹ ) будет стимулировать развитие более легких аккумуляторов.

Необходимы дальнейшие разработки в области аккумуляторных технологий, чтобы уменьшить загрязнение от производства и потреблять меньше кобальта и других редких металлов и минералов. Необходимо внедрить схемы переработки и повторного использования аккумуляторов и других материалов ⁶ до того, как десятки миллионов электромобилей появятся на дорогах, а затем покинут их.

Облегченные рамы

Tesla, Volvo, GM и другие автопроизводители изучают возможности использования аккумуляторных батарей для поддержки части шасси автомобиля. На горизонте находится создание самой рамы автомобиля в качестве носителя для хранения энергии. Необходимы исследования и разработки для улучшения проводимости, прочности и того, как структурные батареи справляются с авариями ⁷ .

Картирование выбросов легковых и грузовых автомобилей

Около трети массы автомобиля составляет обычная сталь, по сравнению с 44% в 1995 году. Конструкции автомобилей можно сделать прочнее и легче за счет использования современных форм стали, большего количества алюминия и магния, а также полимеров, армированных углеродным волокном. Каждый материал имеет свою стоимость и технические проблемы, а также влияет на выбросы от производства и цепочки поставок. Исследователям необходимо оценить эти компромиссы, чтобы найти безопасные, чистые и доступные решения.

Замена стали алюминием снижает вес автомобиля и повышает энергоэффективность. Но производство алюминия может иметь почти в пять раз больше выбросов углерода, чем производство стали ⁸ . Переход на переработанный алюминий с низкоуглеродной сеткой может снизить выбросы в течение жизненного цикла до уровня ниже, чем у стали.

Уменьшение числа аварий

При движении по дорогам более тяжелых транспортных средств безопасность становится еще важнее. Некоторые автомобили уже используют камеры, радары и другие датчики, чтобы избежать столкновений, отслеживая слепые зоны и бдительность водителя. Эти устройства удерживают транспортные средства на полосе движения, регулируют скорость, управляют фарами и включают тормоза в случае угрозы аварии. Развертывание таких технологий во всем автопарке США могло бы предотвратить тысячи смертей, более миллиона аварий и миллиарды долларов социальных издержек ежегодно 9.0009 9 .

Старые идеи по повышению уличной безопасности по-прежнему следует поощрять — ограничение скорости, дизайн дорог, успокаивающих движение, и инфраструктура, ориентированная на пешеходов. В Париже, Брюсселе, Бильбао и других городах скорость на большинстве дорог ограничена до 30 километров в час.

Меньше вождения

Сокращение пробега может помочь в достижении климатических целей, поскольку электрические и, в конечном счете, автоматические транспортные средства становятся широко доступными ¹⁰ . Политика должна обеспечивать, чтобы такие альтернативы, как ходьба пешком, езда на велосипеде и общественный транспорт, были более безопасными, удобными, доступными, доступными и надежными.

Городские проектировщики должны учитывать влияние зонирования и застройки на схемы вождения, чтобы свести к минимуму средние пройденные расстояния и воздействие загрязнения воздуха, которое непропорционально ложится бременем на уязвимые сообщества. Одним из наследий пандемии COVID-19 является осознание того, как много работы можно выполнять удаленно, с меньшим количеством поездок на работу. Решение этих задач спасет жизни и защитит климат.

В конечном счете, чтобы справиться с изменением климата, миру необходимо прекратить выбросы парниковых газов от транспортных средств и электростанций. Электромобили, работающие от экологически чистой сети, — важный шаг в правильном направлении. Акцент на вождении легче, безопаснее, чище и меньше может обеспечить лучшее будущее для всех.

Ссылки

1. Lewis, G. M. et al. Окружающая среда. науч. Технол. 53 , 4063–4077 (2019).

   Артикул
   пабмед

   Google ученый

2. Anderson, M.L. & Auffhammer, M. Rev. Econ. Стад. 81 , 535–571 (2014).

   Артикул

   Google ученый

3. Tyndall, J. Econ. трансп. 26–27 , 100219 (2021).

   Артикул

   Google ученый

4. Davis, L. W. & Sallee, J. M. Environ. Энергетическая политика Экон. 1 , 65–94 (2020).

   Артикул

   Google ученый

5. «>

   Ziegler, M.S. & Trancik, J.E. Energy Environ. науч. 14 , 1635–1651 (2021).

   Артикул

   Google ученый

6. Баарс, Дж., Доменек, Т., Блайшвиц, Р., Мелин, Х. Э. и Хайдрих, О. Nature Sustain . 4 , 71–79 (2021).

   Артикул

   Google ученый

7. Калнаус, С. и др. Дж. Аккумулятор энергии 40 , 102747 (2021 г.).

   Артикул

   Google ученый

8. Вольфрам П., Ту К., Херен Н., Паулюк С. и Хертвич Э. Г. J. Ind. Ecol. 25 , 494–510 (2020).

   Артикул

   Google ученый

9. Хан, А., Харпер, К.Д., Хендриксон, К.Т. и Самарас, К. Акцид. Анальный. Пред. 125 , 207–216 (2019).

   Артикул
   пабмед

   Google ученый

10. «>

    Аларфай, А. Ф., Гриффин, В. М. и Самарас, К. Окружающая среда. Рез. лат. 15 , 0940c2 (2020).

    Артикул

    Google ученый

Скачать ссылки

Гонка за электромобилем только начинается

На южной окраине Брюсселя, где город превращается в пригород, будущее самого успешного автопроизводителя Германии обретает форму внутри своеобразного автомобиля фабрика. Здесь нет выхлопных труб, трансмиссии или топливных баков. Свечей зажигания, радиаторов и коллекторов нет. Однако у завода Volkswagen Group есть аккумуляторы, сложенные на стропилах.

Тридцать шесть аккумуляторных модулей размером с обувную коробку, каждый из которых содержит дюжину литий-ионных элементов, упакованы в электрические аккумуляторные блоки длиной семь футов и подвешены под полом каждого производимого здесь внедорожника. Первый электрический внедорожник от роскошного бренда Volkswagen Audi, e-tron, может проехать 400 километров (почти 250 миль) на одном цикле работы от батареи и заряжаться всего за полчаса. Стиль традиционный, интерьер роскошный, а поездка почти бесшумная.

У внедорожника e-tron есть одна задача для Volkswagen: доказать, что автопроизводитель, который полагался почти исключительно на двигатель внутреннего сгорания с момента своего основания 82 года назад, может производить электромобили, которые люди захотят купить, и политики примут их, когда они будут искать пути преодоления климатического кризиса. Успех означает, что Volkswagen обгонит конкурентов, в том числе Tesla, по продажам электромобилей и отбросит новых соперников из Китая и Силиконовой долины; провал может означать начало конца для компании с 665 000 сотрудников и годовой выручкой в ​​265 миллиардов долларов.

Аккумуляторы собираются на заводе Audi e-tron в Брюсселе. — Фото: Штефан Вартер/AUDI AG

Volkswagen не одинок. Известные автопроизводители по всему миру отказываются от своих бизнес-моделей в надежде адаптироваться к новому миру, в котором электричество заменяет бензин и дизель. Заводы перестраиваются для производства электромобилей, а автопроизводители раскупают все аккумуляторы, которые могут найти. Высокая стоимость разработки электромобилей вынуждает одни компании искать партнеров и превращает другие в объекты для приобретения. Необходимость соблюдения строгих стандартов выбросов в Китае и Европе означает, что руководители уделяют гораздо больше внимания политике, проводимой в Пекине или Брюсселе, чем тому, что конкуренты строят в Детройте или Вольфсбурге, родном городе Volkswagen.

Немецкий концерн, которому также принадлежат Porsche, Bugatti, Skoda, Lamborghini и SEAT, принимает вызов радикальным преобразованием, беспрецедентным со времен Второй мировой войны. Компания потратит 30 миллиардов евро (34 миллиарда долларов) в течение следующих пяти лет на создание электрических или гибридных версий каждого автомобиля в своей линейке и планирует выпустить 70 новых электрических моделей к 2028 году. К концу 2030 года компания хочет четыре из каждых 10 автомобилей, которые она продает, будут электрическими, игра на массовом рынке, которая зависит от успеха новой линейки автомобилей под названием «ID».

Капитальный ремонт имеет серьезные последствия для крупнейшего в мире автопроизводителя, поскольку он пытается перевернуть страницу в скандале с дорогостоящим дизельным выбросом. Volkswagen тратит миллиарды долларов на модернизацию заводов от Германии до Китая для производства автомобилей на основе своей модульной платформы для производства электромобилей, или MEB. Компания также дала понять, что направит часть денег, заработанных на продаже автомобилей, работающих на топливе, на производство собственных аккумуляторов и строительство зарядных сетей.

Инициативы стоят дорого. Но уровень инвестиций Volkswagen и его конкурентов в сочетании с высокими целевыми показателями выбросов, установленными регулирующими органами, показывают, что пути назад нет. Все это приводит к новому вопросу: сможет ли Tesla сохранить свое лидерство в глобальной гонке электромобилей?

Автомобиль e-tron на собрании акционеров Volkswagen в 2019 году в Берлине, Германия. — Фото: Carsten Koall/Getty Images

История — не лучший показатель того, кто выйдет из этой битвы победителем. У отрасли плохой послужной список с электромобилями. EV1 General Motors появился на американских дорогах в 1996 году, в том же году, когда автомобильная промышленность успешно выступила против требования Калифорнийского совета по воздушным ресурсам производить больше электромобилей. Модель была снята с производства в 2003 году, что привело к череде недовольных клиентов и документальному фильму о заговоре «Кто убил электромобиль?». В прошлом году Chevrolet прекратил продажу Volt, который никогда не продавался в значительных количествах. Nissan Leaf по-прежнему находится в производстве, но ему не удалось достичь того уровня коммерческого успеха, который предполагал бывший председатель компании Карлос Гон. В более широком смысле спросу препятствовали опасения по поводу дальности пробега автомобилей, отсутствия зарядной инфраструктуры и высоких цен.

EV-1 в Калифорнии в 1997 году. EV1 был новаторским электромобилем, но он не привлек многих водителей. — Фото: John B. Carnett/Bonnier Corp. через Getty Images

До недавнего времени у Volkswagen не было особых причин беспокоиться об электромобилях. Вместо этого она инвестировала доллары в то, чтобы сделать свои дизельные двигатели более экономичными и доступными, что помогло ей продать огромные объемы автомобилей и обогнать японского конкурента Toyota. В 2018 году Volkswagen поставил рекордные 10,8 млн автомобилей. В нем говорится, что только 40 000 из них, или 0,4%, были электромобилями. Еще 60 000 были подключаемыми гибридами. Мировые продажи электромобилей были лишь немногим менее вялыми: 1,3 миллиона из примерно 9По данным консалтинговой компании LMC Automotive, 5 миллионов автомобилей, проданных по всему миру в 2018 году, были аккумуляторными.

Отсутствие интереса со стороны традиционных автопроизводителей расчистило путь к тому, чтобы первые круги гонки выиграла Tesla, компания, которой управляет неутомимый предприниматель Илон Маск. По данным LMC Automotive, в 2018 году Tesla продала более 220 000 электромобилей, что примерно на 70 000 больше, чем у ее ближайшего конкурента, китайской государственной группы BAIC. В прошлом году глобальный альянс Renault, Nissan и Mitsubishi Motors продал около 130 000 электромобилей, в то время как немецкие конкуренты Volkswagen BMW и Daimler продали 33 000 и 14 400 автомобилей соответственно. В конце списка оказалась Toyota, второй по величине автопроизводитель в мире, который решил сосредоточиться на гибридных автомобилях и технологии топливных элементов. В прошлом году было продано всего 1000 электромобилей, что больше нуля в 2017 году. LMC, чьи данные не включают продажи в Южной Америке, Канаде и Мексике или коммерческих фургонов, имеет Volkswagen, продававший 26 000 электромобилей.

Генеральный директор Tesla Илон Маск представляет модель Tesla ‘D’ в Хоторне, штат Калифорния, в октябре 2014 года. Маск превратил Tesla в мирового лидера по продажам электромобилей. — Фото: Кеворк Джансезян/Getty Images

Несмотря на то, что у электромобилей пестрое прошлое, руководители автомобильной промышленности и аналитики сходятся во мнении, что приближается переломный момент, когда массовое внедрение станет неизбежным из-за падения стоимости аккумуляторов, давления со стороны регулирующих органов и щедрые государственные субсидии. «Эти факторы объединились, чтобы заставить традиционную отрасль серьезно отнестись к электрификации — быстрее, чем мы ожидали ранее», — сказал Макс Уорбертон, аналитик исследовательской фирмы Bernstein. «Сейчас это действительно происходит».

По словам Бернстайна, резкое снижение цен на аккумуляторы позволит ведущим автопроизводителям уже в 2022 году продавать полностью электрические автомобили дешевле, чем автомобили, работающие на бензине и дизельном топливе. В 2010 году годовой объем продаж был близок к нулю. «В электромобили вкладываются просто невероятные суммы денег, — сказал Эл Бедвелл, директор по глобальным силовым агрегатам в LMC Automotive. что-то неудержимое сейчас».

Бедвелл сказал, что традиционных автопроизводителей побуждают двигаться быстрее два дополнительных фактора: новые строгие правила ЕС, требующие от производителей автомобилей значительно сократить выбросы CO2, начиная со следующего года. А в Китае, который уже является крупнейшим в мире рынком электромобилей, правительство внедрило систему, которая требует от автопроизводителей производить экологически чистые автомобили или покупать кредиты за выбросы CO2, производимые их автомобилями.

Активисты Гринпис проводят демонстрацию на заводе Volkswagen в Вольфсбурге, Германия, в ноябре 2015 года. Volkswagen все еще борется с последствиями скандала с выбросами в 2015 году. — Кредит: Джон Макдугалл/AFP/Getty Images

Volkswagen, который заплатил штрафы на сумму более 30 миллиардов долларов с тех пор, как в 2015 году признался в фальсификации выбросов миллионов дизельных автомобилей, воспринял электрику с энтузиазмом религиозного новообращенного. «Volkswagen радикально изменится», — заявил акционерам в марте генеральный директор Герберт Дисс. «Некоторые из вас, возможно, все еще протирают глаза в изумлении. Но не заблуждайтесь — супертанкер набирает скорость».

В то время как компания заявила о своих амбициях на массовом рынке электромобилей, ее люксовые бренды берут на себя инициативу. Первый полностью электрический Porsche Taycan поступит в продажу в конце этого года. Тем временем Audi планирует предложить 12 полностью электрических моделей к 2025 году. В этом году на Женевский автосалон бренд представил только электрифицированные автомобили, в том числе компактный внедорожник, производство которого ожидается к концу 2020 года. Успех этих первых роскошных моделей имеет жизненно важное значение: Volkswagen производит более 10 миллионов автомобилей каждый год, но полагается на продажу 2 миллионов автомобилей Audi и Porsche, что дает 65% его прибыли.

Генеральный директор Volkswagen Герберт Дисс выступает в штаб-квартире компании в Вольфсбурге, Германия, март. Дисс делает ставку на будущее компании MEB или модульной автомобильной платформы. — Фото: Шон Гэллап/Getty Images

Человек, которому поручено сделать электромобили Audi успешными, — Стефан Ниманд, глава отдела электрификации бренда. В интервью в штаб-квартире Audi в баварском городе Ингольштадт руководитель с бочкообразной грудью заявил, что компания хорошо подготовлена ​​к своему электрическому будущему. По его словам, следующее поколение электромобилей будет дешевле и оснащено технологиями, которые нужны покупателям. «Мы многому научились с аккумуляторной системой e-tron, аварийной системой, системой охлаждения, системой подключения и всем этим. И, конечно, теперь мы лучше понимаем, где мы можем снизить затраты, где мы можем оптимизировать систему, где мы можем увеличить диапазон или производительность».

Аккумуляторные системы E-tron строятся в Брюсселе. Фото: Audi

Самый важный вопрос заключается в том, отзовутся ли покупатели на такие автомобили, как e-tron. «Я думаю, что мы сделали все, что могли. Мы сделали первую машину, и я думаю, что для первой машины это очень и очень хорошо», — говорит Ниманд.

На вопрос о том, готовы ли потребители массово переходить на электромобили, Ниманд вспоминает свой первый опыт работы с R8 e-tron, электрической версией двухместного спортивного автомобиля Audi, который тестировался в различных формах, по крайней мере, 2010. Перед тем, как сесть за руль автомобиля, профессиональный водитель предупредил руководителя, что он будет намного быстрее, чем он ожидал. Ниманд сказал, что, по его мнению, водитель шутит. «Тогда я нажал на газ, и… я знал, забудьте обо всем остальном».

Опыт не оставил у него никаких сомнений: «Это будущее».

Top electric car manufacturers in 2025

Sales figures for the future industry leaders

20,000

40,000

60,000

80,000

100,000

120,000

160,000

200,000

240,000

250,000

500 000

750 000

1 000 000

1 250 000

1 500 000

Renault-Nissan-Mitsubishi

Tesla Motors

Volkswagen

Hyundai

Daimler

General Motors

Toyota

Источник: LMC Automotive. Продажи и прогнозы
LMC не включают Южную Америку, Канаду и Мексику, а также коммерческие фургоны.

2015

Nissan, производящий Leaf, объединяется с партнером по альянсу Renault, чтобы возглавить мировых автопроизводителей по продажам электромобилей.

2016

Tesla опережает Renault и Nissan, которые остаются на вершине чартов. Продажи электромобилей Volkswagen упали до чуть более 13 000 единиц.

2017

Nissan и Renault уступают электромобильной короне Tesla, которая продала почти 100 000 автомобилей в 2017 году.

2018

Tesla уверенно лидирует. Было продано около 222 000 автомобилей, поскольку производство Model 3 набирает обороты.

2025

Volkswagen лидирует среди всех автопроизводителей с более чем 1,4 миллиона продаж. Renault-Nissan и китайская Geely также обогнали Tesla.

Если можно завоевать сердца и умы заядлых фанатов скорости, вопрос для Audi заключается в том, как получить преимущество перед Tesla, которая стала синонимом электромобилей и конкурирует за тех же покупателей предметов роскоши, что и немецкий бренд. Для Ниманда ответ заключается в том, чтобы делать то, что Audi делает уже более 100 лет: создавать автомобили, которыми люди хотят управлять. «Это то, в чем мы действительно очень хороши», — сказал он. «Это преимущество. Если вы сравните e-tron с другими полностью электрическими автомобилями от новичков, то увидите, какими знаниями мы обладаем в создании автомобилей. Я думаю, клиенты оценят это».

e-tron — первый электрический внедорожник от Audi. Фото: Audi

Ниманд признает, что Audi может многому научиться у Tesla, особенно когда речь идет о скорости инноваций. Но когда дело доходит до производства, он сказал, что Audi имеет большое преимущество. «Г-н. Маск говорил о производственном аде», — сказал он, имея в виду комментарии генерального директора Tesla, сделанные в 2017 году. «Здесь у нас гораздо больше опыта и знаний. С запуском e-tron мы не были в производственном аду, и до сих пор не находимся, и ни в какой производственный ад не попадем». Ниманд более пренебрежительно относится к попыткам технологических компаний, таких как Uber, Google и Apple, проникнуть в автомобильный бизнес. «Если вы посмотрите на все усилия по автономному вождению от Uber, Google и Apple, и если вы увидите результат до сих пор, это близко к нулю. Почему? Потому что это все еще о машине».

У Tesla есть одно важное преимущество перед более традиционными конкурентами: отсутствие багажа. У американского выскочки нет крупной дилерской сети, укоренившихся профсоюзов или унаследованного бизнеса, которым нужно управлять. «Для традиционных автопроизводителей очень дорого выйти на рынок электромобилей», — сказал Бедвелл, аналитик LMC Automotive. «В то же время они должны поддерживать всю свою обычную деятельность. Вот где большая часть их доходов. Volkswagen, например, не может прекратить продавать автомобили с двигателями внутреннего сгорания. Он не может прекратить продавать дизельные автомобили в Европе».

Острая необходимость высвободить деньги для новых технологий заставляет автопроизводителей искать партнеров для разделения затрат. BMW и Daimler, которые активно конкурируют на рынке предметов роскоши, объявили о партнерстве, направленном на создание автоматизированного и автономного вождения. Они также инвестируют 1 миллиард долларов в новое предприятие по разработке мобильных услуг, включая системы совместного использования и зарядки для электромобилей. Ford будет производить автомобили с использованием электрической платформы Volkswagen в рамках сделки, объявленной в июле. Тем временем Volkswagen присоединится к своему американскому конкуренту и инвестирует в Argo AI, компанию по производству автономных транспортных средств, стоимость которой оценивается в 7 миллиардов долларов. Более кардинальные изменения находятся в стадии рассмотрения. В мае Fiat Chrysler предложил слияние с Renault, в результате чего был бы создан третий по величине автопроизводитель в мире и ежегодная экономия средств составила бы более 5 миллиардов евро (5,6 миллиарда долларов). Когда предложение было отозвано, Renault посетовала на упущенную возможность, заявив, что слияние имело «большие финансовые преимущества» и «убедительную промышленную логику».

На июльской пресс-конференции генеральный директор Volkswagen Герберт Дисс и Джим Хакетт, генеральный директор Ford, объявили о совместной работе над электромобилями. — Фото: Johannes Eisele/AFP/Getty Images

Выживание некоторых из самых легендарных автомобильных брендов в мире висит на волоске. Согласно прогнозу LMC Automotive, огромные инвестиции Volkswagen помогут ему продавать более 1,4 миллиона электромобилей в год к 2025 году — больше, чем у любого другого автопроизводителя, и в три раза больше, чем ожидается от Tesla. Альянс Renault, Nissan и Mitsubishi Motors находится на пути к тому, чтобы занять второе место в 2025 году, продав почти 59 автомобилей.0000 электромобилей в этом году. Китайская Geely, которой принадлежит Volvo, займет третье место. Tesla будет четвертой с 413 000 автомобилей, за ней следует Toyota. Прогнозируется, что Daimler, Hyundai, General Motors и Ford продадут от 330 000 до 400 000 автомобилей в 2025 году.

«Если вы посмотрите на все усилия по автономному вождению от Uber, Google и Apple, и если вы увидите результат до сих пор, это почти ничего. Почему? Потому что это все еще касается автомобиля».

СТЕФАН НИМАНД, AUDI

Бедвелл сказал, что ресурсы и опыт Volkswagen помогут ему опередить Tesla, которая столкнется с новой острой конкуренцией за покупателей роскошных автомобилей и может продолжать испытывать проблемы роста, которые препятствуют ее способности резко наращивать производство. «У них просто есть такая позиция, — сказал Бедвелл о Volkswagen, — чтобы поставлять такие объемы и производить их более эффективно, чем Tesla, и зарабатывать на этом деньги».

Вся индустрия готовится принять вызов. Генеральный директор Ford Джим Хакетт недавно сказал CNN Business, что производство автомобилей — это не только технология. «У нас должна быть промышленная модель. Форд действительно хорош в этом», — сказал он. И он выстрелил в Маска, который также является генеральным директором космической компании SpaceX. «Мне довелось конкурировать с ученым-ракетчиком, который действительно умен, и я уважаю его за это», — сказал Хакетт. «И да, он соревнуется с величайшим разрушителем в лице Генри Форда».

Электрические и гибридные автомобили Volkswagen перемещаются на приподнятых платформах на заводе в Вольфсбурге, Германия, апрель 2016 года. Компания рассчитывает поставить от 360 000 до 400 000 автомобилей в этом году. В нем говорится, что производство может увеличиться до 500 000 за 12 месяцев до 30 июня 2020 года, в зависимости от того, как быстро будет запущен новый завод в Шанхае. И утечки предполагают, что Porsche Taycan, который часто называют «убийцей Tesla», не оправдает этих ожиданий. По мнению аналитиков UBS, автомобилю потребуется на полсекунды больше, чем модели Tesla S Performance, чтобы разогнаться с нуля до 100 километров в час. У Porsche также не будет диапазона Model S. 9.0003

В Porsche говорят, что производительность — это больше, чем чистая скорость. Покупатели Taycan получат лучшее качество изготовления и материалы, но они также будут платить больше. Ожидается, что автомобиль будет продаваться в Германии по цене не менее 90 000 евро (100 000 долларов США), а версия Turbo будет стоить более 150 000 евро (167 000 долларов США) — это примерно на 50 000 евро (56 000 долларов США) больше, чем форсированная модель S. «Мы находим это. интересно, что даже ведущий производитель спортивных автомобилей не может превзойти Tesla по ключевым показателям», — говорят аналитики UBS.

Электрический Taycan от Porsche на выставке в Штутгарте, Германия, в июне 2018 года. Taycan был объявлен «убийцей Tesla».

Выступая в двух шагах от музея, который до отказа забит дизельными и бензиновыми автомобилями, Ниманд из Audi выступает за радикальные перемены.

«Тридцать лет назад или 40 лет назад дизель был негодным двигателем. У него почти не было лошадиных сил, требовалась одна минута, чтобы предварительно прогреть систему, прежде чем можно было запустить двигатель, и все такое прочее. А потом вы видите, на что дизель способен сегодня, это совсем другая история», — пояснил руководитель. «То же самое, я думаю, верно и для электромобильности. Теперь мы [достигли] точки, когда вы можете делать автомобили, такие как e-tron, которые действительно отвечают требованиям многих клиентов. Они не идеальны, но очень хороши».