Гибридные силовые установки находят все более широкое применение в коммерческом транспорте — это факт. О том, как автомобильный мир стремится к снижению энергопотребления и повышению экологичности, мы уже много раз рассказывали. Однако новая активность именно российских производителей заставила вернуться к этой актуальной теме
Михаил Ожерельев
Несмотря на изменение экономических реалий, рынок электротранспорта в России продолжит развиваться. Об этом было заявлено на расширенном заседании подкомитета по стратегическим инновациям в автомобильной сфере ТПП РФ. Куда расти нашей стране, понятно из статистики: в 2013 году парк электромобилей и гибридов в России не превышал 1 тыс. единиц. Для сравнения, парк аналогичных транспортных средств в странах ЕС составляет около 800 тыс. единиц, а в США — превышает 2 млн.
Летом 2014 года Минэкономразвития по поручению правительства подготовило план развития рынка электромобилей в России, который будет предусматривать налоговые и таможенные меры поддержки развития экологически чистого транспорта. Уже к концу этого года правительство должно определиться со снижением цен на электромобили и гибриды, а также со стимулированием локализации и создания сервисной инфраструктуры.
Тягу на ведущих колесах Ducato обеспечивают два электродвигателя МК-20
Отечественный автопром, конечно, тоже не останется в стороне. В качестве подтверждения стоит упомянуть активное развитие технологической платформы «Экологически чистый транспорт «Зеленый автомобиль»». Ее успехи были представлены на Московском международном автосалоне «ММАС — 2014» в экспозиции ГНЦ РФ «НАМИ», главного координатора проекта.
Целью технологической платформы, состав которой насчитывает более 60 участников, является создание устойчивых в долгосрочной перспективе конкурентных преимуществ в области производства, эксплуатации и утилизации экологически чистого автомобильного транспорта.
В рамках отчета о ходе реализации проекта НАМИ представил на «ММАС — 2014» как концептуальные, так и уже частично реализованные решения в области создания высокоэффективных источников и накопителей энергии, тяговых электроприводов, а также технологий использования газомоторного топлива.
Система управления позволяет точно регулировать скорость вращения и момент левого и правого электродвигателя в зависимости от режима движения
Особого интереса заслуживает работа ООО «ТЭЭМП» (Товарищество энергетических и электромобильных проектов) — инжиниринговой компании, входящей в холдинг РОТЕК. Специалисты ТЭЭМП, имеющие опыт работы в оборонной и ракетно-космической отраслях, не первый год ведут исследования в области безредукторных электроприводов и рекуператоров на базе суперконденсаторов. К настоящему моменту на экспериментальных площадках, которые действуют в Королеве и Москве, налажено изготовление прототипов двух базовых энергокомпонентов: мотор-колес и импульсных накопителей, позволяющих эффективно рекуперировать электроэнергию, вырабатываемую в режиме торможения. Об этих компонентах далее и пойдет речь. Сразу сделаем оговорку: наш рассказ — о решениях для внутригородских и пригородных перевозок, поскольку именно они отличаются наиболее неэффективным потреблением моторного топлива и повышенными выбросами в атмосферу.
ГДЕ СКРЫТЫ РЕЗЕРВЫ
В портфеле готовых решений ООО «ТЭЭМП» сразу четыре энергосберегающих безредукторных тяговых автомобильных привода.
Модельный ряд начинается с мотор-колеса МК-2,5, которое привязано по габаритам к 13” шинам и характеризуется максимальной мощностью 5 кВт и моментом 160 Нм. А вершина модельного ряда — мотор-колесо 2МК-100 с водяным охлаждением для мостов с 22,5” ошиновкой. Кстати, один такой электропирвод выдает в пике 210 кВт и 5500 Нм.
Размерный ряд мотор-колес ТЭЭМП по мощности, варианты от 5 до 100 кВт
Все безредукторные электроприводы ТЭЭМП имеют оригинальную конструкцию: статор с катушками фиксируется на цапфе, а ротор с постоянными магнитами (Nd-Fe-B) соединен со ступицей колеса. Выполненный в виде П-образного обруча ротор образует с катушками двухзазорную магнитную систему (оформлен патент), которая позволяет при равных габаритах получать больший крутящий момент, чем у обычных двигателей с однозазорной конструкцией. Но это еще не все: правильно подобранное соотношение числа зубцов статора к числу полюсов ротора позволяет повысить КПД и снизить виброакустические помехи, характерные для такого рода электродвигателей. Например, портальный мост для автобусов на базе мотор-колес 2МК-40 ТЭЭМП позволяет конкурировать с предлагаемым на рынке мостом ZF AVE 130 по весу, общему КПД и длине.
В компании заявляют, что применяемые технические решения позволяют масштабировать привод и получать мощности от 10-1 до 103 кВт, полностью перекрывая, таким образом, весь необходимый диапазон для выпускаемой и перспективной продукции автомобильной техники.
В сегменте тяжелого коммерческого транспорта уже найдены взаимные интересы с ОАО «КАМАЗ». Из примеров — начало работ по созданию гибридов на базе городского автобуса HефАЗ-52994 и бортового автомобиля КАМАЗ-65117 с использованием приводов МК-50 и 2МК-100. Имеются интересные решения и для LCV, например, микроэлектробус на базе Fiat Ducato, который компания использует как полевую лабораторию. Электромобиль Fiat Ducato выполнен с минимальными изменениями конструкции. Привод на передние ведущие колеса обеспечивается двумя электродвигателями МК-20 суммарной мощностью 110 кВт. Машина получила систему управления электроникой второго уровня, которая позволяет более эффективно управлять частотой вращения, мощностью и крутящим моментом (момент на правом и левом колесе меняется еще и в зависимости от поворота руля). Максимальная скорость электробуса — 80 км/ч (по ограничителю), полная масса — 4,3 т, а пробег без подзарядки — 140 км.
В приводе внутриобъектового электромобиля ЛЭТС-500 используется 4 мотор-колеса МК-2.5
Серьезных успехов компания ТЭЭМП добилась в разработке импульсных супеконденсаторов (ИСК). Самое время пояснить, что ИСК, в отличие от литий-ионных батарей, которые применяются в схемах последовательного гибрида, обеспечивают более быстрое накопление энергии рекуперации (при торможении) и служат более подходящим источником импульсной энергии (при разгоне). К тому же ИСК-модули дешевле в сравнении с литиевыми батареями. Вот почему именно ИСК так перспективны в последовательных гибридах, у которых значительная доля энергобаланса (10–20 %) приходится на режим рекуперации. Другой любопытный факт касается мирового рынка суперконденсаторов. По прогнозам SNE Research, объем продаж сверхбольших накопителей энергии, к которым относится продукция ТЭЭМП, за период с 2009 по 2020 год должен увеличиться более чем в 30 раз и приблизиться к $641 млн.
Фишка ТЭЭМП — это фильтрпрессная технология сборки ИСК. Если ведущие мировые производители в основном используют баночную конструкцию с цилиндрическую формой корпуса, то специалисты ТЭЭМП предложили специальную технологию плоских конденсаторов: первоначально намотанная на цилиндр конденсаторная лента аккуратно сжимается и приобретает призматическую форму (конструкция запатентована). Такие альтернативные элементы собираются модули без всяких соединительных проводов. Характеристики ИСК улучшаются, а трудоемкость изготовления и себестоимость уменьшаются. Для справки: ИСК призматической конструкции в ламинированном корпусе, по сравнению с таким же компонентом в цилиндрическом исполнении, имеет меньшее на 40 % количество деталей, а главное — уменьшенную в несколько раз трудоемкость изготовления, что сказывается на конечной цене.
Разработанные модули способны составить достойную конкуренцию импортной продукции, в первую очередь благодаря меньшей стоимости (диапазон цен ИСК на рынке $24–38/Вт·ч, ИСК ТЭЭМП <$15/Вт·ч).
Селектор выбора направления движения Электро-Ducato
ПОТРАТИТЬ, ЧТОБЫ СЭКОНОМИТЬ
«Мы дошли до того момента, что автопром может начать переход к массовому производству, а города — к массовой эксплуатации последовательных гибридов на отечественных базовых энергетических компонентах», — отметил Анатолий Долголаптев, генеральный директор и научный руководитель ООО «ТЭЭМП». Причем вопрос достижения результата, по мнению руководителя компании, сегодня исчисляется не пятилетками. Перейти на серийное изготовление мотор-колес и суперконденсаторов займет не больше года-полутора.
Проще ситуация с мотор-колесами, где используются классические элементы электротехники. Такой заказ можно разместить на предприятиях, например, из ракетно-космической сферы или оборонного комплекса. А вот для масштабного выпуска суперконденсаторов потребуется строительство нового предприятия, пусть небольшого, но со специфическим оборудованием.
Однако снизить исходную стоимость компонентов для экологически чистого транспорта — это хоть и важная, но не единственная задача.
Энергетический модуль М-ИСК ТЭЭМП создан на основе запатентованной рулонно-призматической конструкции отдельных суперконденсаторов
Второй значимый момент — достичь приемлемых показателей стоимости владения. Расчеты компании в этой части сводятся к следующему. Совместное использование продуктов ТЭЭМП — безредукторных приводов и электронакопителей на ИСК — в составе последовательного гибрида позволяет снизить суммарные показатели энергопотребления и выбросов на 30–35 % за счет экономии в приводах, рекуперации (увеличивает ресурс тормозной системы) и работы силовой установки в экономичном режиме. Значительное снижение совокупной стоимости владения предлагаемых последовательных гибридов за счет снижения затрат на энергоносители и цен на базовые компоненты отечественного производства определяет малую длительность окупаемости, по расчетам ТЭЭМП — всего 2–2,5 года. Все это позволяет прогнозировать массовое применение последовательных гибридов как крупными, так и мелкими перевозчиками.
Таким образом, сегодня отечественный автопром получает очередную возможность создания энергосберегающего, экологичного гибридного транспорта, причем экономически конкурентного с традиционным.
Мотор-колесо на гибриде «Мишка», проекте ОАО «АСМ Холдинг» 1997 года
Проблема в одном: спрос на гибридные автомобили довольно низок — из-за того, что они сложнее и дороже автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. А еще — обслуживание не налажено. Удастся ли участникам платформы «Зеленый автомобиль» побороть этот стереотип?
Суперконденсаторы - модули | |||||
Maxwell P056 B03 | Maxwell P048 BXX | Maxwell P016 B01 | NESSCAP 86V | ТЭЭМП МИСК-50 | |
Напряжение (ном.), В | 56 | 48,6 | 16 | 86,4 | 50 |
Сила тока (ном.), A | 100 | 100 | 100 | 91,2 | 80 |
Сила тока (макс.), А | 1800 | 1900 | 2000 | 2030 | 1000 |
Емкость, Ф | 130 | 165 | 500 | 93 | 100 |
Емкость, Вт·ч | 56,6 | 53 | 17,78 | 96,4 | 34,73 |
Удельная энергоeмкость, Вт·ч/кг | 3,1 | 3,9 | 3,23 | 3,71 | 4,04 |
Удельная мощность, кВт/кг | 2,6 | 3,3 | 2,7 | - | 5,8 |
Внутреннее сопротивление, мОм | 8,1 | 6,3 | 2,1 | < 7,5 | 6 |
Масса, кг | 18 | 13,5 | 5,51 | 26 | 8,6 |
Рабочий интервал температур, С° | от -40 до +70 | от-40 до +70 | от-40 до +65 | от-40 до +65 | от-40 до +45 |
Ресурс, циклы | 1 000 000 | 1 000 000 | 1 000 000 | 1 000 000 | 1 000 000 |
Цена (массовое производство), $/Вт·ч | 28,72 | 33,07 | 33,47 | >24 | <10 |
Все исследования в ТЭЭМП проводятся на самой современной стендовой базе
Безредукторные автомобильные приводы (мотор-колеса) | |||||||
МК-2,5 ТЭЭМП | МК-20 ТЭЭМП | PD18-3 PROTEAN-ELECTRIC | SM440 The Wheel | МК-50 ТЭЭМП | 2МК-100 ТЭЭМП | SM530 ZAwheel | |
Напряжение, В | 120 | 360 | 380 | н.д. | 600 | 600 | 600 |
Диапазон скоростей вращения, мин-1 | 0–500 | 0–550 | 0–1000 | н.д. | 0–600 | 0–500 | 0–485 |
Посадочный диаметр шины, дюймов / диаметр двигателя, мм | 13 / 277 | 20 / 452 | 20 / н.д. | 18 / н.д. | 22,5 / 484 | 22,5 / 526 | 22,5 / н.д. |
Длина двигателя, мм | 111 | 172 | н.д. | 263 | 230 | 500 | ок. 700 |
Pном. / Pмакс., кВт | 2,5 / 5 | 30 / 55 | 64 / 81 | 50 / 90 | 50 / 100 | 110 / 210 | 113 / 182 |
Мном. / Ммакс., Нм | 80 / 160 | 800 / 1600 | 500 / 800 | 550 / 800 | 1500 / 3000 | 2700 / 5800 | 2700 / 6000 |
КПД, % | 92 | 94 | н.д. | 86 | >92 | >92 | 92 |
Масса со ступицей, кг | 18 | 70 | 71 | 70 | 180 | 300 | 485 |
Удельная мощность, (ном./макс.) кВт/кг | 0,14 / 0,28 | 0,4 / 0,71 | 0,9 / 1,1 | 0,71 / 1,28 | 0,28 / 0,56 | 0,36 / 0,7 | 0,23 / 0,38 |
Удельный момент, (ном./макс.) Нм/кг | 4,4 / 11,1 | 11,4 / 22,9 | 7 / 11,2 | 7,9 / 11,4 | 8,3 / 16,6 | 9 / 19,3 | 5,6 / 12,4 |
Охлаждение | Естественное | Жидкостное | Жидкостное | Жидкостное | Жидкостное | Жидкостное | Жидкостное |
ИДЕЯ НЕ НОВА
В 2008 году Ликинский автобусный завод (Группа ГАЗ) совместно с компанией «Русэлпром» построил опытный образец гибрида на базе 12-метрового городского автобуса ЛиАЗ-5292. В качестве силового агрегата использовался 185-сильный дизель Cummins. Машина так и осталась в единственном экземпляре. Зато в 2010 году появилась гибридная версия 8-метрового ПАЗ-3237. Сообщалось, что его производство начнется в первой половине 2011 года.
В 2010 году завод «Тролза» выпустил гибридный Тролза-5250 «Экобус», разработанный на базе серийного троллейбуса Тролза-5256 «Мегаполис». В качестве силовой установки используется газовая микротурбина, топливо — метан, а система накопления энергии — конденсаторная. Известно, что выпущено порядка 10 экземпляров этой машины, они работают в Краснодаре и Энгельсе.
В 2011 году Нефтекамский автозавод изготовил опытный образец гибридного автобуса на шасси КАМАЗ-5297Н. В компании сразу заявили, что спроса на эту модель нет, но в случае его возникновения обещали сразу запустить гибридный автобус в серию. Эксперты назвали этот проект «больше имиджевым», ведь именно тогда Министерством промышленности и торговли РФ был объявлен тендер на разработку гибридных автомобилей, и ОАО «КАМАЗ» в нем участвовало.
Подписка на рассылку материалов Автопарка