В настоящее время разрабатываются методы ускоренного подзаряда аккумуляторных батарей, которые позволяют за 1 ч увеличить емкость разряженной батареи до 80 %. При этом пока что не установлено влияние ускоренных зарядов на срок службы аккумуляторов. Однако если ускоренный заряд и не будет оказывать вредного влияния на срок службы, все же осуществление в процессе эксплуатации регулярных подзарядов в течение часа и более возможно только на отдельных маршрутах, где по технологии перевозок имеются длительные простои транспортного средства в заранее известных местах, которые могут быть оборудованы подзарядными пунктами.

Очевидно также, что в перспективе по мере увеличения запаса хода электромобилей значение смены аккумуляторов в течение рабочего дня будет уменьшаться. Поэтому замену и подзаряд аккумуляторных батарей электромобилей следует рассматривать как дополнительные мероприятия, обеспечивающие возможность применения электромобилей с ограниченным запасом хода на ряде отдельных видов перевозок и маршрутов, позволяющих осуществлять эти мероприятия без ущерба экономике.

Таким образом, ограничение по технико-экономическим соображениям запаса хода аккумуляторных электромобилей является основным фактором, определяющим возможности их практического применения: в большинстве случаев аккумуляторные электромобили будут использоваться (как и в настоящее время) на тех маршрутах и видах перевозок, где суточный пробег (по технологии перевозок) не превышает запаса хода электромобиля.

Экологическая эффективность электромобилей. В последние 15—20 лет перед человечеством встал ряд серьезных проблем, связанных с загрязнением атмосферного воздуха. В настоящее время совершенно определенно установлено, что проблема уменьшения загрязнения атмосферного воздуха требует принятия действенных мер в отдельных районах и в большинстве крупных городов мира. Это обусловлено тем, что в результате человеческой деятельности в атмосферу выбрасываются вредные для окружающей среды и часто ядовитые для людей вещества. Эти вещества не успевают рассеиваться, и происходит местное устойчивое повышение их содержания в воздухе. По количеству и вредному влиянию намного опережают все другие выбросы следующие: оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, углеводороды и твердые частицы.

Как видно из таблицы, на автомобильный транспорт приходится значительная часть основных вредных выбросов: оксида углерода — около 75 , углеводородов — около 35, оксидов азота — около 30%. Приведенные выше цифры по доле автомобильного транспорта в загрязнении атмосферы являются достаточно высокими, хотя относятся они ко всей стране.

В крупнейших городах мира загрязнение атмосферного воздуха оксидом углерода практически полностью определяется автомобильным транспортом При движении аккумуляторного электромобиля не происходит загрязнения атмосферы вредными веществами. Однако отметим, что в процессе заряда современных аккумуляторов в воздушный бассейн поступает ряд вредных веществ. Если учесть, что в настоящее время начинают применяться герметичные стартерные и тяговые аккумуляторы, вопрос выброса вредных веществ в результате эксплуатации аккумуляторных батарей является несущественным.

Научное и практическое значение имеет учет загрязнения атмосферы тепловыми электростанциями, которое будет возрастать при увеличении ими выработки электрической энергии для автомобилей. Поэтому оценка экологической эффективности состоит прежде всего в определении и сопоставлении количества вредных веществ, выбрасываемых в процессе эксплуатации автомобилем и электромобилем. При этом на современном этапе развития знаний, вероятно, целесообразно ограничиться рассмотрением только основных видов загрязнений (оксида углерода, углевородоров, оксидов азота и оксидов серы), так как другие выбросы от автомобилей и электромобилей имеют гораздо меньшее значение.

Во всех технически развитых странах, в том числе и в СССР, для оценки количества вредных веществ, выбрасываемых автомобилями, применяется экспериментальное значение пробегового выброса. Учет только про-бегового выброса позволяет определить «условный выброс». Для расчета фактических (реальных) выбросов необходима корректировка значений пробеговых выбросов с учетом выброса вредных веществ с картерными газами и испарениями топлива, с учетом различных климатических условий, условий движения, технического состояния автомобилей.

Средние расчетные данные по загрязнению воздушного бассейна различными типами автомобилей и аккумуляторных электромобилей приведены в табл. 10.3. Аккумуляторные электромобили выбрасывают в атмосферу примерно в 10—12 раз меньше вредных веществ. Однако такое сопоставление является не совсем правильным, поскольку выбрасываемые автомобилем вредные вещества ни по составу, ни по непосредственному воздействию на население города не сопоставимы с выбросами электростанций, на которых будет производиться выработка энергии для электромобилей. Поэтому сопоставимость электромобиля и автомобиля (влияние на окружающую среду) может быть обеспечена только с учетом различия экономических ущербов от вредного воздействия на окружающую среду рассматриваемых вариантов.

В качестве примера укажем на опыт США: стоимость всех расходов на уменьшение загрязнения атмосферы в этой стране составила в 1975—1978 гг. около 42 млрд. долл., в том числе около 30 млрд. долл. на уменьшение загрязнения от автотранспорта. Однако, несмотря на столь большие затраты, удалось только замедлить рост количества выбросов вредных веществ.

Аккумуляторные батареи. Для электромобилей могут использоваться различные типы аккумуляторов (табл. 10.4). Однако практически применяются лишь свинцовые и никель-железные. Наибольшее применение на электромобилях находят свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. По конструкции пластин (главным образом положительных) свинцовые тяговые аккумуляторы делятся на намазные и панцирные. Намазные пластины используются в аккумуляторах для стартерных батарей обычных автомобилей. Поэтому их конструкция достаточно хорошо известна. Основным недостатком аккумуляторных батарей с намазными пластинами является относительно небольшой срок службы (до 500 циклов), обуславливаемый разрушением и выпадением активной массы из положительных электродов.

Гораздо более высоким сроком службы обладают панцирные тяговые свинцово-кислотные аккумуляторы, имеющие панцирный трубчатый положительный электрод и намазной отрицательный электрод. Трубчатый панцирь, изготовленный из синтетических материалов, позволяет значительно уменьшить выпадение активной массы из положительных электродов и тем самым увеличить срок службы до 1600—1800 циклов. Панцирный электрод состоит из ряда пористых или снабженных узкими прорезями трубок, внутри которых заключена активная масса. Токоведущая основа такого электрода имеет ряд вертикальных параллельных стержней из коррозионно-стойкого свинцово-сурьмянистого сплава, отлитых заодно с верхней кромкой токоотвода и припаиваемых к нижней кромке токоотвода после заполнения трубочек активной массой. В современных моделях нижняя свинцовая кромка заменена литой пластмассовой планкой. Нижние концы стержней впрессовываются в эту планку.

Каждый стержень представляет собой как бы сердечник карандаша, состоящего из активной массы, заключенной в панцирь. Благодаря пористости или прорезям в панцире обеспечивается свободный доступ электролита к активной массе. Одновременно панцирь предохраняет активную массу от вымывания. В крайних трубках токоотводов наружные стороны панциря в целях усиления делаются сплошными.

Сама конструкция панциря и материалы, из которых он изготовляется, весьма разнообразны. Сепараторы современных свинцовых аккумуляторов изготовляются преимущественно на основе поливинилхлорида или стекловолокна. Применяются также сепараторы на основе полиэтилена и различных сополимеров. Моноблоки и крышки современных свинцовых аккумуляторов изготовляются в основном из полипропилена, хотя отдельные разработчики признают преимущества сополимера пропилена с этиленом, обладающего очень хорошей механической прочностью.

Раньше для тяги выпускали отдельные аккумуляторы, которые затем собирали в батарею. В последние годы большое количество работ направлено на усовершенствование моноблочной конструкции свинцовых батарей, позволяющих повысить удельные массовые параметры.

Наряду со свинцово-кислотными аккумуляторами некоторое применение на электромобилях находят также щелочные никель-железные аккумуляторы. Кроме свинцовых и никель-железных аккумуляторов, в последнее время на опытных электромобилях применялись и другие типы. Однако из них промышленное производство имеют только никель-кадмиевые и серебряно-цинковые аккумуляторы, которые ввиду высокой стоимости и дефицитности применяемых материалов оказались для электромобилей неперспективны.

Анализ себестоимости производства аккумуляторов показывает, что в себестоимости современных свинцовых батарей удельный вес стоимости свинца составляет 49— 55%, а в себестоимости никель-железных аккумуляторов стоимость никеля составляет 33—37% плюс 12—16%; приходящихся на стоимость углеродистой стали. Таким образом, стоимость активных материалов электродов составляет примерно 50% полной стоимости аккумулятора. Поскольку стоимость активных материалов электродов до некоторой степени позволяет судить о возможной стоимости аккумуляторов различных систем, то представляет интерес, исходя из возможных параметров различных элементов, сравнить удельную стоимость (на 1 кВт-ч энергоемкости) различных активных материалов электродов.

Серийно выпускаемые отечественной промышленностью аккумуляторы имеют следующую удельную стоимость (руб/кВт-ч): свинцово-кислотные стартерные батареи 22—32, щелочные тяговые никель-железные аккумуляторы 30—45. Удельная стоимость зависит от емкости аккумуляторов; с увеличением емкости удельная стоимость уменьшается.

Большое количество опытных разработок электромобилей при практическом отсутствии серийного их производства привело к тому, что до сих пор важнейшие параметры, в первую очередь напряжение, и конструктивные схемы построения аккумуляторных батарей электромобилей не стандартизованы.

Дальнейшее развитие электромобилей требует прежде всего стандартизации ряда напряжений аккумуляторных батарей, без чего невозможно создание разветвленной сети станций по заряду и подзаряду аккумуляторных батарей электромобилей. Международной электротехнической комиссией (МЭК) создан технический комитет «Электромобили», который рекомендует следующий ряд напряжений аккумуляторных батарей для электромобилей: 48, 60, 120, 240 и 360 В.

В настоящее время аккумуляторная батарея электромобиля часто представляет собой сложный энергетический комплекс, обеспечивающий целый ряд эксплуатационных преимуществ: простоту обслуживания (вплоть до полного исключения операции доливки электролита), увеличение срока службы путем применения приборов контроля степени разряда, обеспечения оптимального температурного режима работы батареи и т. д. Широкое применение на электромобильных батареях нашла централизованная (часто автоматическая) доливка электролита. Примером современного решения является батарея фирмы «Варта» (ФРГ), созданная для электробуса. Батарея имеет комплексную систему, улавливающую пары и газы. Пары воды конденсируются и возвращаются в аккумуляторы. Газы с помощью катализатора также превращаются в воду и возвращаются в аккумуляторы. Поэтому аккумуляторы совершенно герметичны, и благодаря этому появилась возможность использовать медь для межаккумуляторных соединений, что уменьшает внутренее сопротивление батарей и соответственно увеличивает их полезную энергоемкость. Аккумуляторы батареи охлаждаются водой.