МИССИЯ ВЫПОЛНИМА, ИЛИ ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ — ЭТО ИНТЕРЕСНО!

Электромобили окружают нас повсюду уже несколько десятилетий, и мы насколько к ним привыкли, что порой даже не замечаем их присутствия. Выйдя за порог квартиры, например, мы тут же входим в лифт, а это фактически электрическое транспортное средство, к тому же беспилотное. Затем, по пути на работу, пользуемся различными видами общественного электротранспорта — метро, электробусами или троллейбусами. Только вот на транспорте личного пользования электрическая силовая установка у нас пока не прижилась. В России доля таких машин составляет менее 1% от общего парка. Почему? Попробуем разобраться. А заодно выясним, можно ли построить электромобиль своими руками и есть ли в этом здравый смысл.

Но сначала давайте посмотрим, может быть, проще купить электромобиль в автосалоне? Ничего подобного! Это электрических велосипедов и скутеров сейчас полно по доступным ценам, а недорогих электромобилей на нашем рынке нет. Цены на новые машины премиальных марок от 4 млн рублей и выше. Девять из десяти электромобилей в нашей стране — это подержанные Nissan Leaf, ввезенные из Японии. Такие машины 2011-2013 года выпуска стоят около 500 000 рублей, а произведенные в 2015-2016 годах — уже около 1 млн рублей. Почему такая разница? Все дело в литий-ионной батарее. Срок ее службы для данного автомобиля составляет около 10 лет, а новая оригинальная стоит почти 2 млн рублей, от сторонних производителей вдвое дешевле. То есть, если приобрести Nissan Leaf 2011 года, то практически сразу придется менять батарею, которая обойдется дороже автомобиля. Поэтому, если у вас в кармане нет лишнего миллиона, а ездить на электромобиле все-таки хочется, то другого варианта, кроме как построить его своими руками — не существует!

Предлагаемые в этом материале рассуждения носят исключительно субъективный характер, они базируются на личных исследованиях и практике использования заводских электромобилей. Пока это своего рода проект-фантазия, но я надеюсь на его скорое воплощение в жизнь.

Сразу оговорюсь, что делать «Теслу» я не собираюсь — с ней на одних аккумуляторах разоришься, так как производитель их получает по стоимости в несколько раз меньшей, чем они доступны на рынке. К тому же, у мощных электромобилей при движении на больших скоростях тяговая батарея сильно нагревается, и для ее охлаждения необходимо устанавливать дополнительные радиаторы. У небольших же электромоторов такой проблемы нет. К тому же, у всех электромобилей наименьший расход энергии, а следовательно, и максимальный запас хода достигается при равномерном движении на скоростях в диапазоне от 40 до 60 км/ч. На такой режим и нужно ориентироваться конструктору-самодельщику.

А поскольку речь идет о городском транспортном средстве, то определим достаточным запас хода в 70-80 км.

А чтобы сократить расходы и упростить последующую процедуру регистрации, имеет смысл, на мой взгляд, не строить шасси с нуля, а воспользоваться донором. Отечественные автомобили с «живым» кузовом стоят от 30 000 до 50 000 рублей, в пределах до 100 тысяч рублей можно приобрести «иномарку» выпуска начала 2000-х годов в состоянии «под замену двигателя».

Также важно определится с типом кузова. У электромобилей, по сравнению с машинами, оснащенными ДВС, существенно меняется развесовка, поскольку тяговая батарея в зависимости от емкости весит от 50 до 250 кг. При этом сам электромотор значительно легче ДВС.

Идеально под переделку в электромобиль подходят микроавтобусы и фургоны с вагонной компоновкой, особенно с задним приводом. У них изначально перегружена передняя ось, задняя же у пустого автомобиля, наоборот, недогружена, что ухудшает сцепление колес с дорогой. Оптимальный вариант — микроавтобус УАЗ, у которого батареи можно разместить вместо топливных баков и на полу перед задним мостом, обеспечив тем самым идеальное распределение веса. Неслучайно еще во времена СССР небольшими партиями выпускались электромобили УАЗ-450МИ и РАФ различных модификаций.

Компактные хэтчбеки хороши тем, что у них самые легкие кузова, что позволяет использовать менее мощные моторы и батареи меньшей емкости.

На заднеприводных седанах часть аккумуляторов можно разместить в передней части багажного отсека, в результате улучшится загрузка ведущей оси. Например, у автомобилей «Жигули» классической компоновки для этого отлично подходит ниша над задним мостом, которая на практике никак не используется.

Теперь нужно определиться, какие новые узлы и агрегаты понадобятся. Могу с уверенностью предположить, что для электромобиля весом до 1 т для движения с максимальной скоростью 80-90 км/ч (напомню, что у нас городское ТС) будет вполне достаточно асинхронного электродвигателя с номинальной мощностью 10-12 кВт. На первый взгляд мало, ведь у серийного компактного электромобиля Mitsubishi i-MiEV установлен двигатель мощностью 49 кВт. Но это его максимальная мощность, а номинальная в 2-2,5 раза меньше. К тому же, в отличие от автомобилей с ДВС, у электромоторов максимальный крутящий момент доступен начиная с минимальных оборотов. Поэтому электродвигатель номинальной мощностью 10 кВт на скорости до 60 км/ч способен обеспечить примерно такую же динамику разгона, как ДВС с максимальной мощностью 50 кВт.

Для обеспечения запаса хода в 70-80 км достаточно тяговой батареи емкостью 12 кВт*ч. Оптимально, думаю, использовать литий-железо-фосфатные аккумуляторы — у них высокая энергоемкость, небольшой вес (не более 100 кг вместе с элементами крепления), а срок службы не менее десяти лет Они имеют модульную конструкцию, состоящую из отдельных компактных элементов, что позволяет разместить их в разных местах, обеспечив оптимальное распределение веса. При желании можно увеличить запас хода, установив дополнительные батареи. Однако увлекаться не стоит, так как это ведет к снижению массы полезной нагрузки и в разы увеличивает стоимость электромобиля. К тому же, батарея меньшей емкости быстрее заряжается. К сожалению, такие АКБ довольно дорогие: в зависимости от производителя батареи емкостью 12 кВт ч стоят от 130 000 до 160 000 рублей. Однако следует учитывать и то, что конструкции литий-железо-фосфатных батарей постоянно совершенствуются, и за последние пять лет их энергоемкость увеличилась примерно в два раза, а стоимость при этом даже немного снизилась — полагаю, «игра стоит свеч».

Кроме АКБ, понадобится контроллер, система мониторинга тяговой батареи (ВMS), зарядное устройство, конвертер на 12 В, вакуумный компрессор для тормозной системы, электронная педаль акселератора, новая комбинация приборов. Все эти комплектующие логично приобрести единым набором, которые выпускаются различными производителями (китайскими, понятно). Еще нужен двухступенчатый редуктор, но проще и дешевле вместо него использовать штатную трансмиссию автомобиля. Сцепление больше не требуется, но для соединения вала электродвигателя и коробки передач необходима переходная муфта. Ее можно изготовить самостоятельно или заказать в мастерской, а заодно и кронштейны для установки компонентов электрооборудования (во многих «китах» они уже имеются). Штатный аккумулятор останется на своем месте — он нужен для потребителей, рассчитанных на напряжение в 12 В (система освещения, стеклоочистители и т.д.).

Для эксплуатации электромобиля в холодное время года потребуется отопитель, поскольку бесплатного тепла от ДВС теперь не будет. Можно установить электрическую печку, но предпочтительнее использовать автономный отопитель на дизельном топливе с небольшим баком на 2-3 л. Он не будет отнимать энергию от силовой установки, что особенно актуально зимой, когда емкость аккумуляторов падает, снижая запас хода. Предполагаю за облицовкой радиатора (которого теперь нет) установить жалюзи или просто съемный щиток. В сухую и жаркую погоду дополнительное охлаждение от набегающего потока воздуха батареям пойдет на пользу, но грязь и влага в подкапотном пространстве, учитывая, что там находится высоковольтное оборудование, здесь совершенно не нужны.

Если использовать новые комплектующие, то общие затраты на постройку компактного электромобиля составят от 250 000 до 350 000 рублей без учета стоимости работ. Часть расходов можно компенсировать, продав на запчасти ставшие теперь ненужными узлы и агрегаты автомобиля-донора: двигатель и навесное оборудование, детали систем охлаждения и выхлопа, топливный бак.

А теперь прикинем, «стоит ли овчинка выделки». Стоимость электроэнергии, которую расходует электромобиль на 100 км, около 30 рублей (а в некоторых крупных городах зарядка и вовсе бесплатная). Таким образом, при ежегодном пробеге 20 000 км расходы составят всего 6 000 рублей. Автомобилю с ДВС за то же время при среднем потреблении 7 л/100 км необходимо около 1400 л топлива общей стоимостью не менее 60 000 рублей. К тому же, электромобиль значительно дешевле в обслуживании. За исключением элементов рулевого управления, подвески и трансмиссии, у него нет изнашивающихся деталей, не надо менять эксплуатационные жидкости. Даже тормозная система почти «вечная», поскольку торможение осуществляется за счет рекуперации. Таким образом, вложенные в постройку электромобиля средства окупаются уже через 3-4 года. А срок службы современных компонентов электрической силовой установки, включая тяговую батарею, составляет не менее десяти лет. Явная выгода!

Вполне реален и еще более бюджетный вариант постройки электромобиля с небольшим запасом хода. В качестве донора для него нужен совсем легкий автомобиль, вроде «Оки», а двигатели подойдут китайские номинальной мощностью около 5-6 кВт. Скорость такого ТС не более 60 км/ч, запас хода не более 80 км. Зато стоимость всех компонентов около 100 000 рублей. Хотите дешевле? Пожалуйста! Используем отечественный электродвигатель постоянного тока от списанного электропогрузчика номинальной мощностью 3,6 кВт, такие нередко встречаются по цене металлолома. В качестве тяговой батареи применим гелевые аккумуляторы, которые значительно дешевле литий-ионных (правда, срок их службы тоже не очень большой — около двух лет). Для обеспечения запаса хода в 35-40 км достаточно шести батарей по 12 В.

Конечно, на пути к электромобильности есть и «подводные камни», о которых нужно всегда помнить. Ведь машину надо не только построить, но и зарегистрировать ее для эксплуатации на дорогах общего пользования. Процедура эта довольно сложная и длительная. Еще до начала работ необходимо представить транспортное средство-донора и документацию по его переоборудованию в сертифицированную лабораторию НАМИ. Заключение выдается обычно положительное — к самодельщикам у нас пока относятся уважительно, но ждать его придется несколько недель, а то и месяцев. Важно учесть, что не допускается переделка штатного рулевого управления и тормозной системы. Процедура значительно упрощается, если у автомобиля существует заводской вариант с электродвигателем, пусть даже и не серийный. Такие модификации есть у многих японских, китайских и европейских машин, из отечественных -микроавтобусы УАЗ и РАФ, ВАЗ-2102, семейство Lada Kalina.

Следующим шагом, также еще до переделки, необходимо пригнать автомобиль в отдел ГИБДД и получить там разрешение на проведение работ. Формально — это замена двигателя, но на практике далеко не каждый инспектор готов выдать такую бумагу. Процесс переделки автомобиля с ДВС в электромобиль до сих пор юридически не проработан. Однако, как показывает практика многих самодельщиков, получить «добро» все-таки можно. А после постройки машины… все по новой! Готовый электромобиль нужно предоставить в НАМИ, после получения там положительного заключения — опять в ГИБДД, где после уплаты госпошлины в ПТС будет внесена запись о замене двигателя. Если все документы оформлены правильно, то также изменится и экологический класс ТС. Как известно, в столице парковка электромобилей в любой части города сейчас бесплатная. С учетом, того, что ежегодный абонемент на парковку без ограничения зоны действия стоит 370 000 рублей, то выгода вполне очевидна.

Теперь, что касается эксплуатации электромобиля. Время зарядки тяговой батареи емкостью 12 кВт*ч от обычной бытовой сети — около 7 часов, что позволяет обойтись без специального устройства для «быстрой зарядки». К тому же, если часто пользоваться таким режимом, то срок службы АКБ быстро снизится. Чтобы компоненты электрической силовой установки преждевременно не вышли из строя, не следует также допускать длительного движения на максимальной скорости и доводить батареи до полного разряда. Существует два наиболее экономичных режима: движение на постоянной скорости 40-60 км/ч и плавный разгон/накат. Служебное торможение у электромобиля осуществляется с помощью рекуперации, штатная тормозная система используется, как правило, только при экстренном торможении.

Зимняя эксплуатация машины с электроприводом тоже имеет свои особенности. При поездках на небольшие расстояния емкость АКБ теоретически снижается до 30%, однако в процессе движения батарея нагревается, поэтому реальный запас хода в зимних условиях снижается всего на 10-15%. Это хорошо, но следует учитывать, что холодная батарея медленнее заряжается, поэтому после поездки при минусовой температуре ее желательно сразу ставить на зарядку, пока она еще теплая. Еще один важный момент — у холодной батареи система BMS ограничивает ток рекуперации, отчего эффективность торможения несколько снижается, но после прогрева АКБ она восстанавливается. На современных электромобилях промышленного производства система BMS позволяет вручную регулировать степень рекуперации. Да и в целом, управлять электромобилем намного интереснее, чем машиной с ДВС — для экономичной езды приходится чаще «включать голову».

Геннадий МОРОЗОВ, инженер-механик