Альтернативная энергетика в транспорте, идеи и существующие разработки

На текущий момент использование высокоэффективных технологий в плане экологичности и, в некотором смысле, независимости от углеродного топлива, является темой нераспространенной в силу понятных причин (нефть, как основной источник доходов сильных Мира сего). Тем не менее, давно существует понятие "электромобиль", но, всем известная проблема запаса хода является наиболее сильным аргументом для отказа от данной технологии. Рассмотрим посредственный, а может и достаточный способ решения поставленной проблемы, рассматриваемый далее.
Главной точкой преткновения является запас хода, и, соответственно, проблема своевременного восполнения энергии аккумуляторных батарей. Почему бы не использовать уже существующие гибридные системы? На данный момент такого рода сопряжение (ДВС+электромотор) оправдано, но, с оговорками

• система усложнена тем, что ДВС участвует в движении напрямую (механически связан с, коробкой передач, и, соответственно с приводом колес)
• многие модели таких авто исключают заряд от розеток или других источников (напр. солнечные панели на крыше авто)
• сомнительная эффективность экономии/надежности (слабый заряд от систем рекуперации; система старт-стоп, подталкивающая к быстрому износу двигателя)

И, как принято, оговорив недостатки, установим некие требования, для их устранения

• система должна быть усовершенствована путем упрощения конструкции движущих элементов, тем самым повышая их надежность
• запас хода должен компенсироваться третьими источниками как на ходу, так и стационарно
• эффективность и алгоритмы использования энергии силовых установок должны быть тщательно продуманы (учет факторов износа АКБ и ДВС, рекуперация, буферные электрические емкости и т.д.)

Приведем схему, которая по замыслу автора этой публикации отражает наиболее эффективный способ применения силовых установок и взаимосвязей между ними:

Схема взаимодействия элементов системы

Рассмотрим более подробно составляющие компоненты схемы и обозначим основные моменты. Согласно рисунку, система имеет 3 независимых источника питания, каждый из которых выбирается контроллером заряда в зависимости от некоторых условий:

• ДВС+генератор задействованы в случаях
• только для поддержания заряда АКБ в случае частично разряженной АКБ (режим Drive)
• режим работы в паре с заряженной АКБ (режим Sport, АКБ не заряжается)
• режим Bypass, напрямую питает электродвигатель (в случае поврежденной, изношенной, сильно разряженной или отсутствующей АКБ)
• солнечная панель задействована всегда, поскольку нет причин её не использовать во время яркого освещения
• питает АКБ и контроллеры на стоянке (для предотвращения саморазряда АКБ)
• заряд от электро-розетки осуществляется в стационарном режиме
• питает и заряжает все системы (в.т.ч. суперконденсатор)

Также, не стоит забывать об обеспечении надежности и долговечности АКБ. Для этого следует исключить слишком частые переходные режимы, и заменить их на более щадящие. Например, сгладить цикл заряд-разряд помогут следующие алгоритмы, запрограммированные в контроллер:

• по возможности заряжаем АКБ полностью от любого источника, не допускаем слишком глубокого разряда
• используем рекуперацию только для питания суперконденсатора, тем самым уменьшая количество раз, когда АКБ задействована в цикле
• используем непосредственно суперконденсатор в пробках (режим задействован при частой смене режимов газ/тормоз и низких скоростях)
• используем солнечную панель и суперконденсатор для длительного питания контроллера в режиме стоянки

При грамотно подобранном алгоритме работы контроллера, возможно достижение достаточно больших показателей запаса хода, а упростив механическую составляющую системы (ДВС лишь приводит в действие генератор), имеем более надежную силовую установку. Более того, современные суперконденсаторы позволяют питать довольно габаритные транспортные средства, такие как городские автобусы, заряжаясь между 2-3 остановками за время погрузки пассажиров. Такой подход позволяет использовать суперконденсаторы как некую сглаживающую систему (буферную емкость), для движения в пробках и питания потребителей внутри транспортного средства.

На текущий момент, схожую по логике разработку уже внедряют на сегодняшний день в автомобиле Zagato "Volpe", где гибридная установка, питающая АКБ, позволяет достичь пробега в 377 км при скорости 80 км/час.

Zagato "Volpe"

Самым ценным в автомобилях такого рода является хоть частичная, но независимость от дорогих/неэкологичных источников энергии при сохранении запаса хода, поскольку в условиях города вполне возможно заряжать батареи от стационарных розеток (во многих странах часть этой энергии выработано атомными/солнечными/гидро -электростанциями); а в условиях дальних поездок подключается ДВС, который в отдельных случаях можно заправить даже газом.