Пит-стоп для электромобиля

Учёные опорного Тольяттинского государственного университета (ТГУ) завершили разработку платформы Range Extender (RE) для электроприводных транспортных средств типа ZETTA City Module. Силовая установка, способная увеличить автономный пробег электрокара в 1,5 – 2 раза, выгодно отличается от импортных аналогов технологичностью и простотой изготовления.

Разработка велась на средства гранта. 4 млн рублей институту машиностроения ТГУ как победителю конкурса инновационных проектов выделил Инновационный Фонд Самарской области в сентябре 2020 года.

Электромобили с удлинителем пробега (REEV) – это нечто среднее между гибридами, заряжаемыми из розетки (PHEV), и «чистыми» электромобилями. Работают они только на электричестве, но имеют генератор для зарядки аккумулятора, который способен устранить главный тревожный фактор для водителя – ограниченность хода транспортного средства. В результате на коротких дистанциях по привычным маршрутам машина использует электродвигатель, а при движении на более серьёзные расстояния (при истощении аккумуляторных батарей) водитель подключает двигатель внутреннего сгорания, питающий аккумулятор электромобиля.

Преимуществ у такого запасного энергоблока много. Его можно использовать в машине как опцию, снимая на время поездок по городу, и устанавливая, когда необходимо проехать более серьёзные расстояния. При использовании платформы Range Extender 1 литр бензина даёт около 2,5-3 кВт/ч электрической энергии. Таким образом, бак объёмом 5 литров равен 15 кВт/ч, что обеспечивает пробег порядка 150-200 км. Подзарядка батарей осуществляется на ходу, позволяя экономить время. К тому же, генератор работает на постоянном режиме, соответственно, КПД двигателя выше, чем у традиционных силовых агрегатов.

Выгоден удлинитель пробега и с экономической точки зрения: его стоимость около 100 тысяч рублей, в то время как, по оценкам экспертов, стоимость батарей ёмкостью 15 кВт/ч может составлять 150 тысяч рублей и более.

Удлинители пробега используют при производстве своих электромобилей компании BMW, Audi, MAHLE и другие. Отличительными особенностями технических решений, предложенных учёными ТГУ, в сравнении с зарубежными, являются: максимальная унификация конструкции с существующей компонентной базой, доступной на автомобильном рынке; минимальное вмешательство в конструкцию силового агрегата; технологичность и простота изготовления REEV.

В нашей стране этот рынок пока не освоен, хотя для российских условий такой генератор более чем актуален: в сильные морозы батарея электромобиля быстро «садится», нуждаясь в подзарядке, да и расстояния между городами в России намного больше, чем в Европе.

– Основные требования к устройству – относительно небольшой вес, достаточная мощность для зарядки аккумуляторных батарей, автоматизация и компактность, – поясняет руководитель проекта, заведующий кафедрой «Энергетические машины и системы управления» института машиностроения ТГУ Денис Павлов. – Перед нами стояла задача создать вариант устройства, максимально унифицированный с отечественными производителями.

В результате инженеры ТГУ разработали два опытных образца. Первый подходит для электроприводных транспортных средств типа ZETTA City Module, его максимальная мощность 3,5 кВт.

– Установка встраивается в багажник и занимает мало места – примерно 60*60*40см, вес – около 60 кг. В числе её главных особенностей отечественные датчики, отечественная система управления двигателем, отечественное программное обеспечение. Остальные комплектующие в России, к сожалению, не производятся, но их можно свободно приобрести на рынке, – говорит Денис Павлов.

Энергетическая установка работает на бензине, но, согласно исследованиям, которые проводились в Европе в 2018-2019 гг., характеристики по токсичности платформы RE и гибрида примерно одинаковы. Платформа соответствует экологическим стандартам по ограничению вредных выбросов двигателей Stage, действующим сейчас в Европе.

– Сам двигатель маленький, поэтому и топлива он расходует мало, и требования к нему предъявляются менее жёсткие, – поясняет Денис Павлов. – В перспективе генератор будет сертифицироваться вместе с транспортным средством как его комплектующее.

При проектировании разработчики предусмотрели возможность диверсификации изделия, в частности, для использования в качестве самостоятельной силовой установки, в том числе, работающей на природном газе. Поэтому был сделан второй образец, его максимальная мощность – до 10 кВт.

В разработке инженерам института машиностроения помогали сотрудники малого инновационного предприятия «ШТАТ», а также представители индустриальных партнёров ТГУ – компаний «Абит» (Санкт-Петербург), «Мика Моторс» (Димитровград) и «СОЛЛЕРС Инжиниринг Тольятти».

– У платформы уже есть заказчик – производитель электромобилей компания «ZETTA», которая предоставила Тольяттинскому госуниверситету электрокар для испытаний генератора. Есть интерес и со стороны других компаний, – отмечает Денис Павлов. – Также мы планируем установить RE на нашу разработку – электрический каркасно-модульный коррозионностойкий автомобиль повышенной проходимости «Сержант» (в ТГУ сейчас ведётся проектирование третьей серии транспортного средства – Прим.ред.).

Аналитики агентства Bloomberg прогнозируют, что к 2028 году будет произведено более 11 миллионов удлинителей пробега, появится новый крупный рынок, сравнимый с рынком электромобилей.

Анализ технологических и производственных возможностей предприятий Самарской области, позволяет говорить о том, что в регионе есть все условия для создания и успешного развития этого направления – здесь достаточно автопроизводителей, производителей автокомпонентов и электротехнических изделий, инженерных кадров и т.д.

«Электрический транспорт» – один из проектов, с которым Тольяттинский госуниверситет вошёл в Научно-образовательный центр (НОЦ) мирового уровня «Инженерия будущего». В НОЦ создан комитет по электротранспорту, возглавил который генеральный директор ООО «ZETTA» Денис Щуровский, а заведующий кафедрой «Энергетические машины и системы управления» института машиностроения ТГУ Денис Павлов стал его заместителем.