V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Революция в автомобильном транспорте – электромобили
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В 2017 году (особенно летом) по радио и телевизору мы все чаще слышали подобные новости – «На Екатеринбург опустился густой смог!» Обычно в такие моменты мне, как человеку больному астмой приходится постоянно пользоваться ингалятором. Иначе я начинаю задыхаться из-за того что воздух слишком вредный. Я решил разобраться, почему мы сталкиваемся с проблемой смога, и можно ли ее как то решить.
После обсуждения этой темы с родителями я сделал вывод, что данная проблема существует не только в нашем городе – со смогом сталкиваются во всех крупных мегаполисах мира. Решить проблему загрязненного воздуха пытаются многими способами, но один из самых эффективных – это отказ от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания в пользу электромобилей.
Так как мне нравится все, что связано с автомобилями то эта тема меня особенно заинтересовала, и я решил в ней подробно разобраться:
Цели:
- Узнать что такое, что такое электромобиль.
- Исследовать историю создания и развития электромобиля
- Исследовать причины революции в автомобилестроении.
Задачи:
1. Разобрать собственный игровой автомобиль, чтобы понять принцип работы данного типа транспорта. Посмотреть принцип работы автомобиля с двигателем внутреннего сгорания на примере нашего семейного автомобиля.
2. Исследовать источники информации.
3. На основании исследования решить есть ли предпосылки к отказу от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания и переходу к электромобилям – революции автомобилестроения.
4.Сделать выводы.
Гипотеза: В связи с развитием технологий и реальной угрозе экологии земли в автомобилестроении происходит революция и переход к электромобилям.
Исследовательская часть проекта
1.1. Электромобиль – что это? Отличие от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания.
Электромобиль — автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от автономного источника электроэнергии (аккумуляторов, топливных элементов и т. п.), а не двигателем внутреннего сгорания. Электромобиль следует отличать от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и электрической передачей, а также от троллейбусов и трамваев.
Для того чтобы разобраться в схеме работы электромобиля я решил разобрать свой игрушечный автомобиль работающий по той же схеме. Об этом мне рассказал папа.
Как оказалось принцип работы электромобиля достаточно прост. Аккумуляторная батарея через электропроводку соединяется с тяговым электродвигателем, который, в свою очередь, через приводы передаёт крутящий момент на колеса автомобиля.
На картинках хорошо видны провода, идущие от аккумулятора, сам электродвигатель и приводы, идущие к колесам.
Аккумуляторы располагаются на днище электромобиля под сиденьями таким образом, чтобы вес аккумуляторов меньше влиял на устойчивость автомобиля на дороге. Так же и на моем автомобиле.
Аккумулятор заряжается от зарядного устройства, которое присоединяется к обычной розетке 220 Вольт.
Если посмотреть на настоящий (не игрушечный) электромобиль, то мы обнаружим там те же самые устройства: аккумуляторная батарея, провод, электродвигатель – только значительно большего размера.
Для большего запаса хода электромобиля на крыше устанавливают солнечные батареи, которые подпитывают аккумуляторы.
Зарядка электромобиля, так же как и игрушки производится через зарядное устройство от обычной (хоть и усиленной для сильного тока) розетки в гараже.
Отличие от автомобиля с двигателем внутреннего сгорания.
Автомобиль с двигателем внутреннего сгорания на данный момент является для нас с Вами обыденным и максимально распространенным.
Принципиальное отличие от электромобиля состоит в том, что для работы двигателя требуется сгорание топлива (например, бензина).
Чтобы наглядно представить принцип работы такого авто я внимательно изучил автомобиль мамы.
Для работы двигателя требуется топливо – его мы заливаем через заправочную горловину в бензобак.
Далее бензин из бензобака по бензопроводу попадает в двигатель и, сгорая, крутит его. Крутящий момент через КПП и приводы передается на колеса – автомобиль едет.
А вот потом наступает самая неприятная часть этого процесса: дым от сгорания топлива вместе с несгоревшими остатками выбрасывается просто в воздух, сильно загрязняя его!
Сидеть рядом с выхлопной трубой долго просто невозможно! Отвратительный запах! Обратите внимание на саму трубу и бампер вокруг нее – все черное! Вот такая гадость выбрасывается нашими автомобилями в воздух!
Теоретическая часть проекта 2.1. Исследование истории создания электромобиля.
Мало кто знает, что первый электромобиль появился почти на полвека раньше, чем первый обычный автомобиль. Мало того, поначалу, на заре автомобилестроения электромобили были даже более распространены, чем бензиновые транспортные средства. Впрочем, это не так уж и удивительно, поскольку устройство электродвигателя намного проще, чем любого вида двигателей внутреннего сгорания.
В 1834 году российский изобретатель Б. Якоби создал первый в мире пригодный к практическому применению электродвигатель принципиально новой конструкции (с вращающимся якорем) – он создавал крутящий момент, который было проще преобразовывать в другие виды движения, чем возвратно-поступательное, которое создавали предшествующие электродвигатели.
В США в 1888 году изобрели трёхколёсный электромобиль с 10 свинцово-кислотными аккумуляторами, весящими примерно 40 кг. Конструкция могла развивать скорость до 8 миль в час при мощности двигателя в 0,5 л. с. Пожалуй, её можно было назвать, скорее, трёхколёсным электровелосипедом.
В 1889 году инженер Ипполит Романов создал первый русский электромобиль на две персоны. Он имел передний привод, причём пассажиры также располагались впереди экипажа, в то время как водитель сидел сзади и возвышался над ними на высоком сиденье. Отсек с аккумуляторами находился позади салона, а сами они были легче аналогов, благодаря чему вес автомобиля удалось снизить до 720 кг.
В 1898 электромобиль «Le Jamais Contende», смог превысить скорость 100 км/ч (рекорд составил 105 км/ч). Это удалось бельгийцу Камилю Женатци, который управлял экипажем собственной конструкции с обтекающими контурами. Чтобы поставить рекорд, инженер поставил в машину два электромотора, дававшие в сумме 67 л. с.
Новый вид транспорта быстро приглянулся бизнесменам, поэтому уже в 1898 году по улицам Берлина, Лондона, Парижа и Нью-Йорка уже бегали электрические таксомоторы. Их заряжали в специальных комнатах.
К началу XX века из всего числа автомобилей США 38 % имели электрические двигатели, 40 % — паровые, 22 % — бензиновые.
В начале века происходит подъем в разработке и производстве электромобилей. В этот период серийное производство электромобилей было организовано в Англии, Германии, США, Франции, Японии и других странах. Так, в 1912 г. в США было выпущено 6000 легковых и 4000 грузовых электромобилей. Электромобили имели в среднем запас хода 50—80 км, а скорость 20—35 км/ч. При этом следует заметить, что грузовые электромобили имели относительно большую грузоподъемность, которая иногда превышала 6 тонн!
Что же случилось потом? Почему электромобили пропали из нашей жизни?
Уже в первые десятилетия XX века повысилась конкурентоспособность автомобиля с двс по отношению к электромобилю. Это объясняется дальнейшим совершенствованием конструкции двигателей внутреннего сгорания, что обеспечило автомобилям скорости движения, превышающие 80 км/ч, а запас хода по топливу до 300 км. Это позволило использовать автомобиль за пределами города. В этот же момент начинается массовое строительство дорог с твердым покрытием между городами.
Автомобилем, уничтожившим электро-братьев, стал знаменитый Форд-Т – этот автомобиль стал очень дешевым и его смогли купить очень много людей. Организация массового производства автомобилей с ДВС и небольшая стоимость топлива при высоких технико-эксплуатационных показателях сделали автомобиль недосягаемым для электромобиля.
В последующие годы электромобили становятся большой редкостью. Лишь в отдельных странах, таких как Великобритания. Германия и США, продолжался их выпуск небольшими партиями. Электромобили использовались на перевозках, где требовались небольшие пробеги и невысокие скорости движения. Электромобили эффективно использовались в процессе централизованной доставки на дом различных товаров из торговой сети, перевозки посылок и почты, т. е. там, где не требовались большие среднесуточные запасы хода и высокие скорости движения транспортных средств.
В эти же годы в нашей стране периодически проводились работы по созданию экспериментальных образцов электромобилей. Например, в 1957 г. НАМИ совместно с Ульяновским автозаводом был изготовлен опытный образец электромобиля грузоподъемностью 0,8 т на базе автомобиля УАЗ-450.
В последнее время российская автопромышленность не отстает от мировой и так же выпускает множество экспериментальных моделей электромобилей – например El Lada от АвтоВаза или Газель Электро.
2.2. Предпосылки революции в автомобилестроении
В начале нашего века происходит второе рождение электромобиля.
Предпосылки ренессанса электромобилей:
1. Мировой финансово-экономический кризис начала XXI века приведший росту стоимости нефти и в конечном итоге стоимости топлива для автомобилей, проблема транспортного коллапса
2. Обеспокоенность вопросами экологии заставили многие страны ужесточить законы в сторону снижения количества выбросов. Так же в крупных городах для электромобилей вводятся приоритеты позволяющие не стоять в пробках, а для владельцев большие льготы по налогам на эти автомобили.
3. Промышленное массовое производство литий-ионных батарей, которые позволили значительно увеличить запас хода электромобилей, снизить их вес, а так же снизили вред от утилизации самих батарей.
4. Развитие технологии производства электродвигателей – уменьшение их размеров и массы, что позволило использовать по одному двигателю на каждое колесо. Такая технология сделала электромобили мощнее и быстрее своих бензиновых братьев. Яркий пример такого автомобиля Tesla Model X.
2.3. Будущее электромобилей
Последние несколько лет ученые существенно продвинулись не только в поисках технологий, которые могут существенно улучшить литий-ионные батареи, но и в исследованиях и проектировании совершенно новых источников питания. К примеру, литий-кислородные батареи, разрабатываемые IBM, или проект ученых Южно-Калифорнийского университета, в которой предполагается замена графитовых анодов кремниевыми нанопроводами. Еще один из путей решения – внесение изменений в алгоритмы работы системы управления батареями. Подобных проектов можно насчитать много и до промышленного внедрения некоторых из них, скорее всего, не так далеко. Не так давно компания Tesla сделала довольно громкое заявление, согласно которому, в ближайшем будущем им удастся сократить время зарядки аккумуляторов электрокаров до 5 минут.
Что же касается появление большего числа станций зарядки, то это только вопрос времени. С ростом популярности электромобилей число станций начнет расти экспоненциально.
Электромобили уже сейчас являются конкурентоспособными по сравнению со своими собратьями с ДВС и с каждым днем становятся только лучше и доступнее. Все ведущие автопроизводители, заботясь о своем имидже и следуя трендам, внесли в свои будущие линейки сразу по несколько гибридных и чистых электрокаров. Но локомотивом и ударной силой электромобильного лобби сейчас является компания Tesla, добившаяся на этом поле наиболее впечатляющих успехов.
Заключение
По результатам проведенного исследования я могу сделать вывод, что электромобиль прост в устройстве, его легко обслуживать, ремонтировать и просто заряжать. История электроавтомобиля длиннее, чем история привычного нам автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. И если бы человечество не искало во всем выгоду, а задумывалось об экологии земли и собственном здоровье раньше – то мы бы сейчас все ездили на них.
Будущее однозначно за этим видом транспорта так как нефть, из которой делают бензин для автомобилей с ДВС является невозобновляемым ресурсом, ее добыча и цена все дороже. Экология крупных городов становится серьезной проблемой, здоровье людей постоянно находящихся в смоге значительно хуже тех, кто живет в районах с чистым воздухом. Современные технологии производства аккумуляторов уже позволяет электромобилю проехать больше 600 километров на одной зарядке. Далее эта цифра будет только расти, а значит одно из главных достоинств авто с ДВС будет потеряно.
Чем больше будут покупать автомобили, тем ниже будет становиться их цена, а самое главное - тем больше будет появляться заправочных станций для быстрой зарядки этих автомобилей и тем выше будет их доступность.
Уже сегодня страна, потребляющая больше всего автомобилей – Китай, увеличивает продажи электромобилей в год на 400-500%! Это ли не доказательство того что революция уже началась?
Передо мной стояли цели:
- Узнать что такое, что такое электромобиль.
- Исследовать историю создания и развития электромобиля.
- Исследовать причины революции в автомобилестроении.
Я выдвинул гипотезу: В связи с развитием технологий и реальной угрозе экологии земли в автомобилестроении происходит революция и переход к электромобилям.
Проведенные мною исследования, позволили мне подтвердить мою гипотезу. Я доказал, что будущее за электромобилями и мы стоим на пороге революции в транспорте.
Задачи, которые я поставил перед собой на будущее: продолжать следить за технологиями, позволяющими электромобилям захватывать мир. Надеюсь – мой первый автомобиль будет электрическим!
Список используемой литературы
1. Кашкаров А.П. Современные электромобили. Устройство, отличия, выбор для российских дорог — М.: ДМК Пресс, 2017.
2. ru.wikipedia.org
3. dr-znai.com/istoriya-elektromobilej.html
4. drom.ru
1