В ТГУ придумали, как далеко уехать на электричестве

Ученые 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.

Просто и технологично

Разработка велась на средства гранта – 4 млн рублей институту машиностроения (ИнМаш) ТГУ как победителю конкурса инновационных проектов выделил Инновационный фонд Самарской области (ИИФ СО) 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 серьезные 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 значительные расстояния. При использовании платформы Range Extender 1 литр бензина дает около 2,5–3 кВт/ч электрической энергии, таким образом, бак объемом 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 в постоянном режиме, соответственно КПД двигателя выше, чем у традиционных силовых агрегатов.

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

Удлинители пробега используют при производстве своих электромобилей компании BMW, Audi, MAHLE и другие. Отличительными особенностями технических решений, предложенных учеными ТГУ, в сравнении 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» ИнМаш 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*40 см, вес – около 60 кг. В числе ее 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 годах, 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 жесткие, – 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.

Обе установки создавались при участии Центра машиностроения ТГУ – проекта «Высшая инженерная школа», который входит в программу развития Тольяттинского госуниверситета. В разработке инженерам ИнМаша помогали сотрудники малого инновационного предприятия ТГУ «ШТАТ», а также представители индустриальных партнеров 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».

Аналитики агентства Bloomberg прогнозируют, что к 2028 году будет произведено более 11 млн 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 вошел 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.

Электрический «Сержант» поедет в пустыню

В ТГУ сейчас ведется проектирование третьей серии транспортного средства «Сержант» – коррозионностойкого каркасно-модульного внедорожника на алюминиевой раме. Электрическая версия автомобиля заинтересовала инвестиционный фонд Саудовской Аравии.

– Доктор Мохаммед Искандрани, который в инвестиционном фонде Саудовской Аравии курирует направление по электрическому транспорту, приехал в Тольятти для переговоров с нашим партнером, директором компании «ZETTA» Денисом Щуровским, – рассказывает проректор по научно-инновационной деятельности ТГУ Сергей Петерайтис. – Он и предложил посмотреть, как работают над этим направлением в ТГУ. Внимание Мохаммеда Искандрани привлекла 3D-модель автомобиля «Сержант-3» с реалистичными эффектами визуализации. Это принципиально новый электрический полноприводный автомобиль повышенной проходимости. Уже подана заявка на регистрацию промышленного образца «Сержанта-3». Мохаммед Искандрани считает, что именно такие транспортные средства нужны для передвижения по пустыне. Сейчас мы готовим коммерческое предложение с предварительными расчетами по созданию прототипа и его доставке в Саудовскую Аравию для демонстрации королю.