Самодельные детские электромобили своими руками: Электромобили, построенные своими руками | Самодельные и серийные электромобили

мир электроники — Самодельный детский электромобиль

категория

Для тех кто делает сам своими руками

материалы в категории

И. КАЗАКОВ, г. Волгоград
Источник: Журнал Радио, 2002 год, № 12

Катание на педальном автомобиле — хорошая забава для малыша. Но большую радость доставит езда на электромобиле. О том, как переделать педальный автомобиль в электромобиль, рассказывается в предлагаемой статье.

На площадках аттракционов в парках, во многих магазинах игрушек можно увидеть электромобили зарубежного производства. К сожалению, они сравнительно дороги, не позволяют регулировать скорость езды, двигаться задним ходом, в них не предусмотрены указатели поворота и звуковой сигнал. В то же время отечественных аналогов нет.

Однако выход из положения есть — детский автомобиль «Спорт» (рис. 1), выпускаемый Гомельским заводом Томсельмаш».

В конструкцию автомобиля входят следующие узлы: рулевая колонка 1, фара 2, кнопочный выключатель фары 3, фонари 4 и переключатель 5 указателей поворота, кнопка звукового сигнала 6, щиток 7, ручной тормоз 8, сиденье 9, колеса 10, цепной привод 11, рама 12.

Рассчитан он на детей в возрасте от 3-х до 7 лет и максимальную нагрузку 50 кг.

При конструировании электромобиля на базе указанного педального ставилась задача наиболее простыми и доступными средствами обеспечить удобство эксплуатации и достаточное сходство со «взрослым» автомобилем. В итоге получилась конструкция, показанная на 1-й с. обложки.

В качестве электропривода решено было использовать электродвигатель вентилятора охлаждения мощностью 90 Вт от автомобиля «Жигули» прошлых лет выпуска. Подойдет и современный такой же двигатель мощностью 120 Вт. Была приобретена также педаль управления от электропривода швейной машины. Она имеет внутри пластмассовую шестерню, насаженную на вал переменного резистора, и пластмассовый зубчатый сектор, передающий перемещение педали на шестерню.

Далее автомобиль подвергся модернизации. Были сняты педали с ведущей шестерней, детали их крепления и цепной привод, вырезано из жести толщиной 0,5 мм основание пола и приварено к каркасу автомобиля, к основанию приварены ограничительные дуги из трубчатых ножек от старых стульев, а к ним приварена облицовка из жести толщиной 0,2 мм. Все неплотности замазаны силиконовым герметиком, поверхности зашкурены и покрашены.

Место сварки заднего вала с ведомой шестерней было аккуратно обточено на токарном станке, после чего шестерня была удалена, а вместо нее установлена шестерня с педального вала, сдвинутая вбок и приваренная к валу. В задней части автомобиля под сиденьем расположен несущий короб, согнутый из листовой стали толщиной 1 мм, в котором установлены аккумуляторная батарея, двигатель с редуктором и цепная передача (рис. 2).

А теперь о конструкции ходовой части. Поскольку механическая характеристика двигателя была неизвестна (и попытки найти ее в литературе оказались безуспешными), то необходимое минимальное передаточное отношение редуктора определялось экспериментально и оказалось равным 10. При таком передаточном числе осуществлялось трогание с места при максимальной загрузке (водитель весом 48 кг, батарея, двигатель и редуктор).

Как основа для редуктора, первоначально использовался редуктор РД-09-Т 1971 г. выпуска с передаточным числом 1/137. Он имеет стальную заднюю крышку с местом под осевой подшипник, привинчивающуюся шестью винтами к корпусу. Это позволило удалить лишние спаренные шестерни, оставив лишь одну пару, в результате чего передаточное отношение снизилось до 1/8. Дополнительное передаточное отношение 1/1,5 получилось за счет установки зубчатого колеса цепной передачи (находившегося ранее на задней оси) на выходной вал редуктора. Редуктор прикреплен на боковой крышке двигателя четырьмя винтами М5 к проушинам с резьбой через упоры из медной трубки длиной 11 мм.

Увеличение передаточного отношения было обусловлено необходимостью добиться плавного изменения скорости движения при широтно-импульсном (ШИ) управлении двигателем.

Двигатель установлен на несущем коробе с помощью уголков из листа толщиной 1 мм, закрепляемых на двигателе его стяжными винтами. Для этого пришлось сточить часть обеих силуминовых крышек двигателя по толщине, чтобы длины стяжек хватило на крепление уголков.

Во время эксплуатации автомобиля выяснилось, что принятая в педальном прототипе (и перенесенная на электромобиль) схема привода на одно заднее колесо не является оптимальной, поскольку не обеспечивает необходимого сцепления с дорогой и приводит к повышенному износу ведущего колеса. Пришлось жестко связать с осью оба задних колеса. Для этого свободный конец оси был обточен напильником, чтобы образовалась лыска, а на ранее свободное колесо насажена одна из двух шайб с фиксатором, снятая с ведущего колеса. В итоге оба задних колеса стали ведущими.

Чтобы увеличить продолжительность движения электромобиля от одной зарядки аккумулятора, все пары трения (передние колеса, ротор двигателя, ось редуктора) желательно перевести с подшипников скольжения на подшипники качения.

Электрическая часть электромобиля сравнительно проста (рис. 3).

Для увеличения кликните по изображению (откроется в новом окне)

Электрическая часть содержит блок ШИ управления двигателем с узлом реверсирования на переключателе SA2, блок реле указателей поворота, узел включения фары и узел включения звукового сигнала. Основой блока ШИ управления служит генератор с изменяемой скважностью импульсов, выполненный на микросхеме К561ТЛ1. Выбор этой микросхемы диктовался необходимостью обеспечить максимально широкий диапазон регулировки скважности импульсов, что, в свою очередь, позволяет получить действующее значение выходного напряжения от 0,5 до 12 В. Вместо этой микросхемы допустимо установить К561ЛА7, К561ЛЕ5, К561ЛН1 и др., имеющие в своем составе достаточное количество инверторов, но диапазон регулировки при указанном сопротивлении резистора R1 сократился до 5… 12 В.

Управление двигателем осуществляется через ключ на полевом транзисторе VT1, на месте которого, кроме указанного на схеме, допустимо включить IRFZ46N, КП912А либо два параллельно соединенных КП921А. Транзистор устанавливают на радиатор из алюминиевого листа толщиной 2 мм, площадью 24 см². В случае отсутствия полевого транзистора ключ может быть выполнен на биполярных — кремниевом и германиевом (рис. 4,а) либо двух кремниевых (рис. 4,б). Но при этом возрастут потери мощности на управление (а также понадобится радиатор большей площади), что уменьшит продолжительность езды на электромобиле. Диод VD3 устраняет всплески напряжения на индуктивности двигателя при выключении ключа.

На электромагнитном реле К1 (РЭС15 паспорт РС4.591.006) выполнен блок указателей поворота. Когда подвижный контакт переключателя SA3 переводят, например, в левое по схеме положение, через лампу EL1 начинает заряжаться конденсатор С2. Как только напряжение на нем достигнет напряжения срабатывания реле, замкнутся контакты К1.1 и подадут питающее напряжение на лампу — она загорится. Конденсатор разрядится через обмотку реле, и оно отпустит. Контакты К1.1 разомкнутся, лампа погаснет. Вновь начнет заряжаться конденсатор, процесс повторится. В итоге лампа указателя левого поворота будет мигать до тех пор, пока подвижный контакт переключателя SA3 не переведут в среднее положение.

В электромобиле установлена мотоциклетная аккумуляторная батарея 6МТС-9, емкости которой в заряженном состоянии хватает примерно на час езды.

Если же установить батарею большей емкости, например, от автомобиля, продолжительность езды возрастет до 6…8 ч. Подключают батарею выключателем SA1, контакты которого должны выдерживать ток до 25 А.

Звуковой сигнал НА1 — от автомобиля, включают его кнопкой SB1, расположенной в центре рулевого колеса. Установленные в автомобиле лампы на напряжение 2,5 В заменяют другими — на напряжение 13 В. При этом из фары извлекают гальванические элементы, а вместо них устанавливают детали блока реле указателей поворота.

Конденсатор С1 — керамический, С2 — оксидный любого типа на напряжение, не ниже указанного на схеме. Постоянные резисторы — МЛТ-0,25, переменный — СПО-1.

Транзистор с радиатором размещают внутри педали в нижней части корпуса напротив вентиляционных отверстий. Для обеспечения доступа воздуха к ним корпус установлен на прокладках высотой 5 мм от пола. Остальные детали блока ШИ также размещены внутри педали и смонтированы на отрезке платы, вырезанной по размерам платы, размещавшейся ранее в педали.

Микросхему желательно установить в панельку, чтобы была возможность ее замены в случае необходимости изменения диапазона напряжений на двигателе. Переключатель SA2 расположен на рулевой колонке вверху, выключатель SA1 — внизу.

своими руками: ДЕТСКИЙ ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ СВОИМИ РУКАМИ

Я не буду рассказывать как сделать детский электромобиль с ноля. Поскольку это довольно трудоемко, да и вряд ли результат получится таким красивым как хотелось бы.

Поэтому расскажу как сделать детский электромобиль своими руками из обычной детской машинки. Главное чтобы были: колеса, руль и привлекательный кузов. А при наличии всех деталей и материалов, электромобиль изготавливается за 1 день.

Все началось с того, что моему сыну, крестный, на первый год рождения, подарил машинку (каталку-толокар). Принцип езды на такой машинке заключался в том, что ребенок сидя на ней должен был ездить отталкиваясь ногами от пола. Но проблема заключалась в том, что мой годовалый сынишка мог забраться на машинку, но отталкиваться ногами от пола у него это с трудом получалось, все таки еще маловат.

В связи с этим было решено, модернизировать транспортное средство и установить электропривод. Под «капотом» автомобиля как оказалось, много свободного пространства для размещения аккумулятора и электропривода.

Cерьезно задумавшись над этим вопросом, меня интересовало — какой двигатель использовать для детского электромобиля. Зайдя в свой гараж, мне на глаза попался моторедуктор от стеклоочистителя лобового стекла автомобиля (двух скоростной).

Покопавшись в интернете, нашел его характеристики:
Напряжение питания — 12В
Мощность на валу редуктора — 10Вт
Скорость вращения на валу редуктора при меньшей скорости 30–40 об/мин
Скорость вращения на валу редуктора при большой скорости 55-70 об/мин
Ток потребления — до 4А

Подключил моторедуктор к аккумулятору и попытался остановить вращение вала рукой, а не тут то было. Вал крутился без намека на возникшую нагрузку. Это меня вполне устроило, и я принялся к вариантам размещения мотор редуктора под автомобилем.

Наиболее удачное место размещения мотор редуктора, было в заднем мосте автомобиля, при этом вал заднего колеса удачно проходил через одно отверстие крепления кожуха редуктора (на фото обведено красной линией). При этом аккумулятор можно было легко разместить под сиденьем. Все было хорошо, но для такого варианта размещения необходимо было изготовить две шестерни.

Но у меня не было желания растягивать удовольствие на несколько недель. По этому решил использовать другой, более простой и быстрый способ — разместить моторедуктор под сиденьем (где должен был стоять аккумулятор) и соединить с задним мостом ременной передачей.

Отправился на рынок в поисках самого маленького ремня. Самым маленьким который мне предложили оказался ремень z-500. Исходя из размеров ремня и свободного пространства под автомобилем, приступил к изготовлению шкивов.

Для изготовления шкивов, я использовал ПВХ пластик толщиной 5 мм. Вначале циркулем очертил окружность (два больших диаметра и один поменьше), а затем 

 вырезал их.
Данный ПВХ пластик, не большой плотности, весьма легко режется канцелярским ножом, но можно использовать и лобзик. Не стоит отчаиваться если круги у вас получились не совсем ровные, в дальнейшем мы их обработаем на наждаке.
Для этого по центру сверлим отверстие, вставляем болт и зажимаем гайкой. Вставляем в дрель и на больших оборотах приступаем к обработке краев на наждачной бумаге или напильнике. Таким образом, получаем идеальную окружность. Не забываем на больших кругах проточить под углом фаски.

Рассверливаем центральное отверстие под диаметр ступицы колеса, и нанизываем шкив на колесо. Чтобы шкив мертво сидел в колесе, достаточно насквозь привинтить шкив к колесу двумя шурупами

Шкив на моторедуктор пришлось изготовить меньшего диаметра, чтобы он не закрывал отверстия крепления редуктора. А из-за того что шкивы пришлось делать разного диаметра, электромобиль немного потерял в скорости (вместо 1,5 км/ч получил 1 км/ч).
После всего проделанного, приступил к сборке электромобиля. Установив ремень между колесом и моторедуктором, увидел, что от основания двигателя до рулевой колонки был зазор 2 см. и вполне можно было, шкив на колесе сделать на 1 см. меньше в диаметре. Но переделывать уже ничего не хотелось.

Для надежной фиксации кожух двигателя закрепил хомутом и стянул болтами. А через кожух редуктора насквозь установил прут от электрода d-4мм. (в будущем поменяю на резьбовую шпильку М6, таким образом моторедуктор будет надежно зафиксирован).

Для соединения электрической части, использовал автомобильные клеммы и обжимные клещи (можно воспользоваться паяльником и пассатижами). В качестве изоляции на клеммы одел термотрубки. Провода использовал сечением 0,75

Для управления движения детского электромобиля, решил вывести кнопку управления на руль, чтобы ребенок осознанно понимал, что при нажатии этой кнопки электромобиль начинает двигаться (для детей возрастом по старше можно сделать педальку).

По этому пришлось доработать рулевую колонку, а именно насверлить отверстий в ребрах для протяжки проводов

Кнопку использовал КМ1-1 (советских времен), ее достоинство в том, что она миниатюрна но при этом может коммутировать токи до 4 А. Не очень изысканно, но что поделаешь, другой кнопки у меня не было в наличии.

Для ее крепления в руле просверлил отверстие.

С обратной стороны руля, термопистолетом приклеил провода и залил силиконом саму кнопку.

Осталось только установить аккумулятор. Для этих целей необходимо использовать гелевые аккумуляторы (от фонариков, бесперебойников и т.д.). Не забываем дополнительно вывести провода для подключения зарядного устройства.

У меня в наличии был аккумулятор от бесперебойника 12В 7,2А (теоретически его емкости должно хватить на 1-1,5 часа). Для размещения под электромобилем он был великоват, по этому пришлось его вынести наружу

Под «капотом» детского электромобиля, не забудьте все провода подвязать пластиковыми хомутами, чтобы во время езды ни чего не оборвалось.

Детский электромобиль сделанный своими руками готов к эксплуатации. Посадив своего годовалого сынишку на электромобиль заметил, что ему очень тяжело нажимать на кнопку (очень уж жесткая она), в итоге пришлось ему помогать и самому нажимать на кнопку.

Технические характеристики самодельного электромобиля для детей:

— вес электромобиля — 5,7 кг.
— cкорость — 1 км/ч (вполне достаточная для детей до 2-3х лет для езды по дому)
— грузоподъемность 20 кг. (при 30 кг. ремень начал пробуксовывать).

Думаю совсем не плохая скорость для малыша. А когда сын подрастет, тогда и электромобиль по больше и быстроходнее для него сделаю 🙂 но с применением уже двух моторедукторов.

Дополнительно можно сделать на электромобиле задний ход, для этого нужно установить тумблер который будет менять полярность подключения на двигателе.

Детский электромобиль своими руками

Существует два проверенных варианта самостоятельного создания детского электромобиля.

Первый вариант включает в себя определенную работу с основанием и подвесками детского электромобиля.

В роли основания применяется толстая многослойная фанера, основание следует вырезать исходя из параметров удобного расположения ребёнка как водителя. Необходимо соорудить сидение, желательно со спинкой.

Сидение следует отделать поролоном, обтянуть чехлом из кожи или кожзаменителя. В качестве задней подвески электромобиля можно применить водопроводную трубу, приделав к ней два подшипника и два шкива, которые жестко крепятся при помощи болтов. Далее, к задней подвеске крепятся два колеса.

Целую конструкцию необходимо соединить с кузовом при помощи металлических пластин и хомутов. Ремнями могут стать приделанные к заднему мосту резиновые уплотнители. Для передней подвески можно использовать обычную трапецию, она будет смещаться при помощи троса, который намотан вокруг рулевой колонки. Трапеция фиксируется крупными металлическими шайбами.
Для тех, кто желает собрать детский электромобиль своими руками избегая вышеприведенные нюансы, есть и второй вариант — приобретение обычной недорогой детской машинки (каталка/толокар). Главное, это наличие колёс, руля, а заодно и привлекательного кузова. Реальные сроки изготовления 1 день! Обычно, пространство под капотом подобных машинок, обладает достаточной вместительностью для аккумулятора и электропривода. В качестве двигателя можно использовать моторедуктор от стеклоочистителя транспортного средства.
Моторедуктор можно разместить под сидением, соединив его с задним мостом при помощи ременной передачи (например, компактный ремень z-500). Ориентируясь на размеры ремня, следует изготовить шкивы. В данном деле можно применять ПВХ пластик, толщиной около 5 мм. Для получения идеальной окружности, следует запастись циркулем, канцелярским ножом и наждаком. Центральное отверстие требуется просверлить под диаметр ступицы колеса, далее полученный шкив нанизывается на колесо. Шкив рекомендуется привинтить к колесу при помощи шурупов.

Следующим этапом станет установка ремня между колесом и моторедуктором. В целях надежной фиксации, кожух двигателя закрепляется хомутом и стягивается болтами. Для соединения электрической части, применяются автомобильные клеммы, обжимные клещи и паяльник. Клеммы требуется изолировать, например термотрубками.

При желании, вместо педали газа, можно вывести клавишу запуска движения прямо на руль.

Отверстие для кнопки сверлится на руле, а с его обратной стороны, посредством термопистолета, клеятся провода. Саму клавишу можно залить силиконом.

Последним шагом станет установка гелевого аккумулятора, например из фонарика или бесперебойника. Следует вывести дополнительные провода в удобном месте для соединения с зарядным устройством. Если для аккумулятора не хватает пространства под кузовом электромобиля, его можно разместить в любом удобном месте, как вариант, на задней стороне спинки, плотно зафиксировав его при помощи изоленты.

В целях защиты проводов, важно не забывать подвязывать их пластиковыми хомутами. В итоге, получится простой детский электрокар, развивающий безопасную для маленького ребёнка скорость в 1 км/ч, обладающий грузоподъемностью до 25 кг при собственной массе около 5,5 кг.

Надеемся, что данный материал будет полезным тем, кто задался вопросом, «как сделать детский электромобиль своими руками».

DIY Mini Electric Battery Car Project

Время проекта: 30-45 минут

Используя повседневные и переработанные материалы, вы можете создать этот автомобиль с батарейным питанием.

Узнайте, как создать простую схему с использованием двигателя постоянного тока, батареек AA и переключателя.

Для кузова этого автомобиля можно использовать практически любую тару. От коробок до бутылок — это проект, который делает переработку интересной.

Для изготовления этой машины вам понадобятся следующие материалы:

• Крышки для бутылок
• Деревянные шпажки / дюбеля
• Соломка
• Держатель батареи AA
• Двигатель постоянного тока
• Переключатель
• Пластиковые шкивы (показаны белым)
• Резинка

Для этого проекта вам не понадобится много инструментов, но вам понадобится кое-что самое необходимое.

• Ножницы для жести
• Лезвие для бритвы или ремесленный нож
• Инструмент для зачистки проводов
• Ножницы
• Пистолет для горячего клея или супер клей

Рекомендуется использовать пистолет для горячего клея, но вы также можете использовать супер клей, если захотите.

Переверните коробку и приклейте к дну две соломинки. Убедитесь, что они максимально прямые.

Затем вам нужно вставить в соломинки деревянные шпажки или дюбели.Оставьте примерно на дюйм торчащим со всех сторон.

Как и в случае с кузовом автомобиля, для колес можно использовать самые разные элементы. Если он круглый, то, вероятно, будет работать нормально. В этом проекте мы используем бутылку для спортивных напитков и будем отрезать дно. Пробки от бутылок тоже подойдут.

Когда у вас будут готовы колеса, вам нужно будет просверлить отверстие в центре. Определите диаметр ваших шпажек или дюбелей и просверлите отверстие такого же размера.

Прикрепите (3) колеса к осям и закрепите горячим клеем.Держите колеса прямо и вертикально, пока горячий клей остынет. Оставьте последнее колесо выключенным до шага 6.

Обрежьте лишнюю ось ножницами для жести или другим резаком. Обязательно наденьте защиту для глаз, так как эти маленькие кусочки имеют свойство летать, когда их разрезают.

Для движения этой машины вам понадобятся 2 пластиковых шкива и резинка. Размер шкивов не имеет большого значения. Мы использовали шкив 1/2 дюйма для двигателя и 2-дюймовый шкив для оси.

Попробуйте провести эксперименты и посмотрите, что произойдет, если вы используете шкивы разного размера.

Определите диаметр вашей оси (деревянная шпажка) и просверлите отверстие такого же размера в середине большого шкива.

Наденьте большой шкив на ось, где будет находиться четвертое колесо.

С помощью горячего клея прикрепите шкив к оси, убедившись, что он остается прямым и вертикальным во время высыхания.

Так же, как со шкивом и другими 3 колесами, наденьте последнее колесо на ось и закрепите горячим клеем.

Переверните машину и убедитесь, что она катится без проблем.Приклейте держатель батареи к той стороне коробки, которая не имеет шкива на оси.

Установите малый шкив на вал двигателя.

Присоедините резиновую ленту к оси и шкиву мотора. Убедитесь, что шкив двигателя выровнен прямо над шкивом оси, а затем приклейте двигатель на место.

Убедитесь, что клеммы двигателя направлены вверх.

Подсоедините черный провод от держателя аккумулятора к одной из клемм на двигателе.

Подключите красный провод от держателя аккумулятора к другой клемме двигателя.Скрутите провод, чтобы закрепить его.

Красный провод разрезать пополам и зачистить оба конца.

Подключите красный провод от держателя батареи к среднему отверстию на переключателе.

Подключите красный провод от двигателя к отверстию на конце переключателя.

Приклейте выключатель и все незакрепленные провода к коробке. Если вы хотите более прочное соединение, вы можете припаять провода на месте.

Все, что осталось сделать, это добавить батарейки, щелкнуть выключателем и устроить гонку с друзьями.Повеселись !

Попробуйте поэкспериментировать с конструкциями новых автомобилей, используя различные материалы. Посмотрите, что вы можете сделать, чтобы машина ехала быстрее и прямее.

Напишите нам в Твиттере на @Makerspaces_com и покажите, какой оказалась ваша машина. Нам нравится видеть ваши проекты.

Как работают электромобили? | Объяснение электрических двигателей

Как работает двигатель электромобиля?

Электромобили работают, подключаясь к зарядной точке и получая электроэнергию из сети. Они хранят электричество в аккумуляторных батареях, которые приводят в действие электродвигатель, который вращает колеса.Электромобили ускоряются быстрее, чем автомобили с традиционными топливными двигателями, поэтому им легче управлять.

Как работает зарядка?

Вы можете зарядить электромобиль, подключив его к общественной зарядной станции или к домашнему зарядному устройству. В Великобритании есть множество зарядных станций, чтобы оставаться полностью заряженными, пока вы в пути. Но чтобы получить лучшую сделку для домашней зарядки, важно выбрать правильный тариф на электроэнергию для электромобилей, чтобы вы могли тратить меньше денег на зарядку и больше экономить на своих счетах.

Электромобили и их диапазон

Как далеко вы можете проехать с полной зарядкой, зависит от автомобиля. У каждой модели разный диапазон, размер батареи и эффективность. Идеальный электромобиль для вас — это тот, который вы можете использовать в обычных поездках, не останавливаясь и не заряжаясь на полпути. Изучите наши варианты лизинга электромобилей.

Какие типы электромобилей существуют?

Есть несколько различных типов электромобилей (EV). Некоторые работают исключительно на электричестве, это называется чистыми электромобилями.А некоторые также могут работать на бензине или дизельном топливе, это называется гибридными электромобилями.

• Электрический разъем — это означает, что автомобиль работает исключительно на электричестве и получает всю свою мощность, когда он подключен для зарядки. Этому типу не нужен бензин или дизельное топливо для работы, поэтому он не производит никаких выбросов, как традиционные автомобили.
• Подключаемый гибрид — Эти автомобили в основном работают на электричестве, но также имеют традиционный топливный двигатель, поэтому вы также можете использовать бензин или дизельное топливо, если они разрядятся.Когда они работают на топливе, эти автомобили будут производить выбросы, но когда они работают на электричестве, они не будут. Подключаемые гибриды могут быть подключены к источнику электричества для подзарядки их батареи.
• Гибрид-электрический — Они работают в основном на топливе, таком как бензин или дизельное топливо, но также имеют электрическую батарею, которая заряжается за счет рекуперативного торможения. Они позволяют переключаться между использованием топливного двигателя и режимом «EV» одним нажатием кнопки. Эти автомобили нельзя подключить к источнику электричества и использовать бензин или дизельное топливо для получения энергии.

Какие внутренние части у электромобиля?

У электромобилей на 90% меньше движущихся частей, чем у автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Вот разбивка деталей, которые обеспечивают движение электромобиля:

• Электрический двигатель / Moto r — Обеспечивает вращение колес. Это может быть тип DC / AC, однако чаще встречаются двигатели переменного тока.
• Инвертор — Преобразует электрический ток в форме постоянного тока (DC) в переменный ток (AC).
• Трансмиссия — электромобили имеют односкоростную трансмиссию, которая передает мощность от двигателя на колеса.
• Батареи — Накопите электроэнергию, необходимую для работы электромобиля. Чем выше мощность батареи, тем выше диапазон.
• Зарядка — Подключите к розетке или зарядному устройству электромобиля для зарядки аккумулятора.

Аккумуляторы для электромобилей — объяснение емкости и кВтч

Киловатт (кВт) — это единица измерения мощности (сколько энергии требуется устройству для работы). Киловатт-час (кВтч) — это единица измерения энергии (показывает, сколько энергии было использовано), т. е.грамм. 100-ваттная лампочка потребляет 0,1 киловатта каждый час. В среднем дом потребляет 3 100 кВтч энергии в год. Электромобиль потребляет в среднем 2000 кВтч энергии в год.

Зарядка электромобиля

Как заряжать электромобиль?

Электромобиль можно зарядить, подключив его к розетке или подключив к зарядному устройству. В Великобритании есть множество зарядных станций, чтобы оставаться полностью заряженными, пока вы в пути. Есть три типа зарядных устройств:

Трехконтактный штекер — стандартный трехконтактный штекер, который можно подключить к любой розетке на 13 ампер.

Socketed — точка зарядки, к которой можно подключить кабель типа 1 или типа 2.

Привязанный — точка зарядки с кабелем, подключенным к разъему типа 1 или типа 2.

Сколько времени нужно для зарядки электромобиля?

Существует также три скорости зарядки электромобилей:

• Низкая — обычно до 3 кВт. Часто используется для зарядки ночью или на рабочем месте. Время зарядки: 8-10 часов.
• Fast — обычно мощностью 7 кВт или 22 кВт. Обычно устанавливаются на автостоянках, в супермаркетах, развлекательных центрах и в домах с парковкой во дворе. Время зарядки: 3-4 часа.
• Rapid — обычно от 43 кВт. Совместим только с электромобилями с возможностью быстрой зарядки. Время зарядки: 30-60 минут.

Зарядка в разные сезоны

Погода влияет на то, сколько энергии потребляет ваш электромобиль.У вас есть больший диапазон летом и меньший диапазон зимой.

Зарядка в пути

Не забудьте загрузить приложение Zap-Map, чтобы найти ближайшую зарядную станцию, когда вы в пути.

Как далеко вы можете путешествовать на одной полной зарядке?

Диапазон электромобилей зависит от емкости аккумулятора (кВтч). Чем выше мощность аккумулятора электромобиля, больше мощности, тем дальше вы путешествуете. Вот примеры того, как далеко зайдет заряд некоторых электромобилей:

Важные соображения перед покупкой детских электромобилей

Помимо того, что игрушки для катания доставляют удовольствие, они также помогают развивать у детей двигательные и когнитивные навыки, о которых не все родители знают.Детские игрушки заставляют детей чувствовать себя взрослыми, потому что им доверяют игрушку, достаточно большую, чтобы поместиться в нее и взять ее с собой куда угодно.

Даже будучи взрослым, вы все еще можете вспомнить момент, когда у вас появилась первая лошадка-качалка или двухколесный велосипед. И, как родитель, вы испытываете острые ощущения, даря то же самое своим детям. Однако в настоящее время производители игрушек продвигают эти игрушки еще дальше, выпустив детских электромобилей . Однако перед покупкой этого симпатичного розового миниатюрного кабриолета для маленькой девочки или классного мотоцикла для мальчика необходимо учесть несколько важных моментов.

Возраст и размер вашего ребенка

На рынке доступно множество электромобилей, и каждый из них имеет свои особенности. Так как же выбрать из всех? Принятие во внимание возраста и роста вашего ребенка должно указать вам правильное направление. Вот несколько советов:

• Никогда не сажайте малыша в игрушечную машинку с ручным управлением, так как маленькие дети еще не развили моторные навыки, необходимые для управления такой машиной.
• Не давайте старшим детям машину, предназначенную для детей младшего возраста, поскольку это не будет для них стимулом.
• Убедитесь, что ваш ребенок может физически поместиться в автомобиле.
• Если возможно, выберите игрушечную машинку, которую можно подогнать под детей, когда они растут. Таким образом, ваш ребенок сможет наслаждаться им долгое время.

Покупка игрушек, соответствующих возрасту, жизненно важна для развития соответствующих двигательных навыков.

Номинальное напряжение электромобиля

Детские электромобили поставляются с аккумуляторами на разное напряжение. Емкость напряжения игрушечного автомобиля подскажет вам, с какой скоростью он может ехать, сколько времени до того, как он разрядится, какой вес он может нести и по какой местности он может ехать. Кроме того, каждый вольт батареи рекомендуется только для определенной возрастной группы:

.

• Игрушки 6 В рекомендуются для детей в возрасте от 2 до 4 лет. Они могут развивать максимальную скорость не более 3 миль в час и в основном подходят для бега по гладкой поверхности в течение примерно 45 минут.

• 12 В предназначен для детей от 3 до 6 лет и может работать до 2 часов при скорости 5 миль в час.Они также созданы для бега по гладким или травянистым поверхностям.

• Транспортные средства на 24 В подходят для детей в возрасте от 6 до 9 лет. Они могут работать до 4 часов со скоростью 6 миль в час и могут двигаться в гору.

• Игрушечные машинки 36 В предназначены для детей от 7 до 10 лет и могут очень быстро двигаться со скоростью 15 миль в час.

• Игрушечные машинки 48 В быстро развивают максимальную скорость 18 миль в час. Они подходят для детей от 10 лет и старше.

Обратите внимание, что эти числа основаны на среднем весе ребенка в разном возрасте.Это означает, что более легкий или более тяжелый вес может повлиять на скорость и время автономной работы каждой игрушки.

Безопасность вашего ребенка

Безопасность — это обычно забота родителей номер один, когда дело касается электромобилей. Покупая ребенку электронную игрушку-каталку, вы уже должны ожидать связанных с ней рисков, таких как падение, столкновение с препятствиями и опрокидывание. Обеспечьте вашего ребенка необходимым защитным снаряжением:

• Шлем — для защиты головы вашего ребенка от падений
• Налокотники и наколенники — для защиты от царапин и ударов

Принятие мер предосторожности может помочь избежать несчастных случаев и обеспечить безопасность вашего ребенка.

Стандарты безопасности игрушек

Проверьте следующие функции безопасности, так как они дадут вам душевное спокойствие:

• Убедитесь, что автомобиль устойчив и не раскачивается.
• Он должен иметь низкий центр тяжести во избежание опрокидывания при поворотах.
• Используемые материалы должны быть нетоксичными, и огнестойкими. Игрушки, содержащие свинец и бисфенол А, могут пагубно повлиять на ваших детей.
• Батарейный отсек должен быть закреплен, и никакие другие части не должны быть ослаблены, чтобы предотвратить опасность удушья.

Заключение

Вы должны подумать о том, что ваш ребенок может делать с электромобилем, потому что такие игрушки могут быть довольно дорогими. Если вы собираетесь купить одну только из-за новизны, ваш ребенок со временем потеряет интерес, и игрушка останется неиспользованной. С другой стороны, если игрушечная машинка может помочь вашему ребенку развить навык или отточить талант, то это достойное вложение.

Используются ли дети-шахтеры для производства аккумуляторов для электромобилей?

Использование детского труда на кобальтовых рудниках в Демократической Республике Конго, где в настоящее время производится почти 60% мирового кобальта, безусловно, является серьезной проблемой, заслуживающей внимания потребителей, корпораций и правительств.Однако некоторые СМИ и пользователи социальных сетей превратили эту проблему в сплоченный призыв против использования электромобилей и чистой энергии.

В феврале 2017 года расследование Sky News показало, что дети в возрасте 4 лет работали в ужасных условиях на кобальтовых рудниках в Демократической Республике Конго (ДРК):

В то время как новостное издание сообщало, что кобальт был «неотъемлемой частью большинства мобильных устройств, продаваемых по всему миру», Daily Mail остановилась на другом применении кобальта — производстве аккумуляторов для электромобилей, когда переупаковала репортаж Sky News в августе. Статья 2017 года, озаглавленная: «Четырехлетние дети-шахтеры, живущие в аду на Земле, чтобы ВЫ могли водить электромобиль: ужасные человеческие жертвы в убогой кобальтовой шахте Конго, которую Майкл Гоув не учел в своем крестовом походе за« чистую »энергию.”

Заголовок статьи Daily Mail мог оставить у некоторых читателей впечатление, что кобальт используется исключительно в производстве аккумуляторов для электромобилей. Однако это химическое вещество также используется для производства аккумуляторных батарей в мобильных телефонах, ноутбуках, планшетах и ​​другой электронике. Институт кобальта сообщает, что около 42% всего кобальта, производимого в мире, содержится в этих перезаряжаемых батареях. Четверть этого, согласно статье на Phys.org за февраль 2018 года, используется для аккумуляторов электромобилей.Другими словами, только около 10% всего кобальта, производимого в мире, используется в аккумуляторах электромобилей.

Остальные 58% кобальта, производимого в мире, используется в промышленности и военном деле (суперсплавы, катализаторы, магниты и пигменты, среди прочего).

В статье Daily Mail также говорилось, что «почти каждый крупный производитель двигателей, стремящийся произвести миллионы электромобилей, покупает свой кобальт в бедном центральноафриканском государстве», но это также вводит в заблуждение, поскольку многие производители электромобилей взяли на себя обязательство закупать свой кобальт из этические источники.BMW, например, недавно заявила, что будет закупать весь свой кобальт в Австралии и Марокко, чтобы не допустить использования детского труда при добыче этого материала.

BMW также настаивает на прозрачности на каждом этапе цепочки поставок, чтобы гарантировать, что закупаемый кобальт поступает из этического источника:

В настоящее время BMW Group получает кобальт напрямую, покупая аккумуляторные элементы. Однако учет всех этапов цепочки создания стоимости является неотъемлемой частью корпоративной стратегии компании.По этой причине BMW Group очень внимательно и критически изучает происхождение этого сырья. В первую очередь это относится к Демократической Республике Конго, откуда поступают две трети необходимых мировых объемов.

«Мы интенсивно работаем над мерами по обеспечению того, чтобы наши поставщики и их цепочки поставок также последовательно соблюдали социальные и экологические стандарты, которых мы ожидаем. В настоящее время это гарантировано только при крупномасштабной промышленной добыче полезных ископаемых. Однако около 20 процентов кобальта, производимого в Конго, происходит на кустарных рудниках, где рабочие добывают кобальт в небольших объемах с помощью простых инструментов », — говорит Клаудиа Беккер, эксперт по устойчивым закупкам в BMW Group.

Чтобы предотвратить использование кобальта, добытого в неблагоприятных социальных и экологических условиях, BMW Group для аккумуляторов, например, в BMW i3 или BMW i8, компания требует абсолютной прозрачности — прежде всего на каждом этапе цепочки поставок кобальта: «Мы принимаем только компании, добывающие кобальт из шахт, сотрудники которых защищены», — подчеркивает Беккер. Кроме того, BMW регулярно публикует информацию о кобальтовых заводах и странах происхождения сырья.

Tesla также работает над сокращением количества кобальта, необходимого для производства батарей, и над получением кобальта из более этичных источников.С 2012 года Tesla сократила количество кобальта в своих батареях с 60% до всего 3%. Основатель компании Илон Маск также заявил, что надеется полностью исключить кобальт в батареях компании следующего поколения. Tesla также взяла на себя обязательство получать кобальт из более этичных источников в Северной Америке.

Однако некоторые отраслевые эксперты выразили сомнения в том, что Tesla сможет достичь этих целей. Каспар Роулз, аналитик Benchmark Mineral Intelligence, специализирующийся на рынке кобальта, сказал The Verge в июне 2018 года:

Многие компании, в том числе Tesla, заинтересованы в производстве батарей с нулевым содержанием кобальта.Как вы думаете, когда это произойдет?

Tesla использует состав под названием NCA (никель, кобальт, алюминий), который уже имеет очень низкое содержание кобальта. За последние шесть лет Tesla и Panasonic [которая поставляет батареи для Tesla] уже снизили зависимость от кобальта примерно на 60 процентов. Это уже очень мало. Мы думаем, что им будет сложно спуститься ниже, потому что вы столкнетесь с инженерными проблемами.

В целом, это правда, что большая часть мировых запасов кобальта поступает из Демократической Республики Конго, где были обнаружены многочисленные сообщения о детском труде и нарушениях прав человека.Верно и то, что кобальт — это химический элемент, который используется в аккумуляторах электромобилей. Однако неверно утверждать, что эти дети «живут в аду на Земле, чтобы ВЫ могли водить электромобиль», потому что большая часть кобальта не используется для аккумуляторов электромобилей, а производители электромобилей, такие как Tesla и BMW, закупают их кобальт из источников за пределами ДРК.

Байден стремится к 2030 году сделать половину нового автопарка США электрическими в 2030 году будут продаваться новые автомобили с электроприводом — шаг, сделанный при поддержке крупнейшего США.

Автопроизводители С.

Администрация также предложила новые стандарты выбросов транспортных средств, которые сократят загрязнение до 2026 года, начиная с повышения жесткости на 10% в 2023 модельном году.

Действия являются частью более широкого плана Байдена по борьбе с изменением климата, в данном случае путем нацеливания на выбросы от легковых и грузовых автомобилей, в то же время работая над тем, чтобы сделать Соединенные Штаты лидером отрасли по мере того, как Китай стремится доминировать на рынке электромобилей.

Зарегистрируйтесь сейчас и получите БЕСПЛАТНЫЙ неограниченный доступ к reuters.com

Register

«Самое главное, что здесь происходит, — это осознание как рабочими, так и бизнесом, что это будущее. Мы не можем сидеть сложа руки, — сказал Байден репортерам в Белом доме.

Целевой показатель в 50%, который не является юридически обязательным, получил поддержку американских и иностранных автопроизводителей, которые заявили, что для его достижения потребуется государственное финансирование в миллиарды долларов.

Экологическая группа «Safe Climate Transport Campaign» заявила, что Белый дом не пошел достаточно далеко, и назвала приверженность автопроизводителей необязательной цели ненадежной.

General Motors Co (GM.N), Ford Motor Co (FN) и материнская компания Chrysler Stellantis NV (STLA.MI) заявили в совместном заявлении, что они стремятся «достичь продаж на уровне 40-50% от годового объема продаж электромобилей в США. … к 2030 году ». Reuters сообщило о запланированном объявлении автопроизводителя во вторник. подробнее

Цели Байдена и автопроизводителей включают в себя электромобили с аккумуляторной батареей, топливные элементы и гибридные автомобили с подзарядкой от сети, которые также имеют бензиновый двигатель.

Байден неоднократно сопротивлялся призывам многих демократов установить обязательные требования для внедрения электромобилей или последовать примеру Калифорнии и некоторых стран в установлении 2035 года в качестве даты поэтапного отказа от продажи новых легковых автомобилей с бензиновым двигателем перед лицом оппозиции. профсоюзом United Auto Workers (UAW).

Президент UAW Рэй Карри, присутствовавший на мероприятии, отметил цель EV, но сказал, что профсоюз был сосредоточен «на сохранении заработной платы и льгот, которые были сердцем и душой американского среднего класса».

После подписания указа на южной лужайке Белого дома Байден запрыгнул в ожидающий электромобиль Jeep, который он продолжил быстро объезжать по территории.

СМЕШАННАЯ РЕАКЦИЯ

Сенатор Гэри Питерс от Мичигана согласился с решением Байдена не устанавливать жесткий крайний срок для отказа от бензиновых автомобилей.«Гибкость важна … но в то же время вы должны ставить перед собой амбициозные цели», — сказал он.

ФОТО ФАЙЛА: Розетка для зарядки на совершенно новом электрическом автомобиле Ford Motor Co Mustang Mach-E во время фотосессии в студии в Уоррене, штат Мичиган, США, 29 октября 2019 года. REUTERS / Rebecca Cook / File Photo

Подробнее

Указ устанавливает график разработки новых стандартов выбросов как минимум до 2030 года для легковых автомобилей и уже до 2027 года для более крупных транспортных средств.

Дэн Беккер, директор кампании Safe Climate Transport Campaign, раскритиковал этот план. «Добровольные обещания автомобильных компаний делают новогоднее решение похудеть как юридически обязывающий контракт», — сказал он.

Генеральный директор General Motors Мэри Барра и генеральный директор Ford Джим Фарли были среди присутствующих.

Генеральный директор Tesla Inc (TSLA.O) Илон Маск, чья компания производит электромобили, написал в Твиттере рано утром в четверг: «Кажется странным, что Tesla не пригласили».

На вопрос, не пригласил ли Белый дом Маска, потому что Tesla не профсоюзный магазин, пресс-секретарь Белого дома Джен Псаки ответила: «Я позволю вам сделать свой собственный вывод.

Автопроизводители Detroit 3 заявили, что агрессивные цели продаж электромобилей могут быть достигнуты только с помощью государственных стимулов на миллиарды долларов, включая потребительские субсидии, сети зарядки электромобилей, а также «инвестиции в НИОКР и стимулы для расширения производства электромобилей и цепочек поставок. в Соединенных Штатах ».

Hyundai (005380.KS) заявила, что поддерживает цель продаж электромобилей на 2030 год: 40-50%, в то время как Nissan заявил, что у нее есть цель, чтобы к 2030 году более 40% продаж автомобилей в США составляли электромобили.

Toyota (7203.T) в своем заявлении назвала эту цель «полезной для окружающей среды» и сказала, что она «внесет свой вклад в нашу работу».

Между тем, регулирующие органы США планируют предложить пересмотреть откат бывшего президента Дональда Трампа в марте 2020 года стандартов экономии топлива до 1,5% ежегодного повышения эффективности до 2026 года.

Предлагаемые Байденом правила, которые охватывают 2023-2026 годы, как ожидается, будут аналогичными в общее сокращение выбросов транспортных средств в рамках соглашения Калифорнии в 2019 году с некоторыми автопроизводителями, направленного на повышение экономии топлива 3.Источники сообщили Reuters, что 7% годовых до 2026 года.

BMW (BMWG.DE), Honda (7267.T), Volkswagen (VOWG_p.DE), Ford и Volvo Cars (0175.HK) — которые ранее заключили сделку в Калифорнии — заявили в совместном заявлении, что они поддерживают электромобиль администрации. цель, но федеральное правительство должно предпринять «смелые действия … для создания потребительского спроса».

Консалтинговая компания AlixPartners заявила в июне, что инвестиции в электромобили к 2025 году могут составить 330 миллиардов долларов. По прогнозам компании, электромобили в настоящее время составляют около 2% от общих мировых продаж автомобилей и к 2030 году составят около 24% от общего объема продаж.

Байден призвал выделить 174 миллиарда долларов на государственные расходы на развитие электромобилей, включая 100 миллиардов долларов на стимулы для потребителей. Двупартийный законопроект об инфраструктуре, принятый Сенатом, включает 7,5 млрд долларов на зарядные станции для электромобилей, но ничего на новые стимулы для потребителей.

Зарегистрируйтесь сейчас и получите БЕСПЛАТНЫЙ неограниченный доступ к reuters.com

Зарегистрироваться

Отчетность Дэвида Шепардсона и Джеффа Мейсона; дополнительный репортаж Сьюзан Хиви; Под редакцией Маргариты Чой, Гранта Маккула и Лесли Адлер

Наши стандарты: принципы доверия Thomson Reuters.

как мир будет производить достаточно?

Эра электромобилей приближается. Ранее в этом году американский автомобильный гигант General Motors объявил, что он намерен прекратить продажу бензиновых и дизельных моделей к 2035 году. Audi, базирующаяся в Германии, планирует прекратить производство таких автомобилей к 2033 году. Многие другие автомобильные транснациональные корпорации выпустили аналогичные дорожные карты. . Внезапно, медленные попытки крупных автопроизводителей электрифицировать свои автопарки превратились в спешку к выходу.

Электрификация личной мобильности набирает обороты, о чем несколько лет назад даже не мечтали даже самые ярые ее сторонники. Во многих странах правительственные поручения ускорят перемены. Но даже без новой политики или правил половина мировых продаж легковых автомобилей в 2035 году будет приходиться на электроэнергию, по данным консалтинговой компании BloombergNEF (BNEF) в Лондоне.

Это масштабное промышленное преобразование знаменует собой «переход от топливоемкой к материалоемкой энергетической системе», как заявило Международное энергетическое агентство (МЭА) в мае ¹ .В ближайшие десятилетия сотни миллионов транспортных средств выйдут на дороги с массивными батареями внутри (см. «Переход на электричество»). И каждая из этих батарей будет содержать десятки килограммов материалов, которые еще предстоит добыть.

Источник: исх. 2

Предвидя мир, в котором будут преобладать электромобили, материаловеды работают над двумя большими проблемами. Один из них — как сократить количество металлов в батареях, которые являются дефицитными, дорогими или проблематичными, поскольку их добыча сопряжена с серьезными экологическими и социальными издержками.Другой — улучшить переработку аккумуляторов, чтобы ценные металлы в отработанных автомобильных аккумуляторах можно было эффективно повторно использовать. «Вторичная переработка будет играть ключевую роль в этом процессе», — говорит Кваси Ампофо, горный инженер, ведущий аналитик BNEF по металлургии и добыче полезных ископаемых.

Производители аккумуляторов и автомобилей уже тратят миллиарды долларов на снижение затрат на производство и переработку аккумуляторов электромобилей (EV) — отчасти благодаря государственным стимулам и ожиданиям предстоящих нормативных актов.Национальные спонсоры исследований также основали центры по изучению более эффективных способов производства и переработки батарей. Поскольку добыча металлов в большинстве случаев все еще обходится дешевле, чем их переработка, ключевая цель состоит в разработке процессов извлечения ценных металлов с достаточно низкой стоимостью, чтобы конкурировать с только что добытыми металлами. «Больше всего говорят о деньгах», — говорит Джеффри Спангенбергер, инженер-химик из Аргоннской национальной лаборатории в Лемонте, штат Иллинойс, который руководит финансируемой США инициативой по переработке литий-ионных аккумуляторов под названием ReCell.

Литиевое будущее

Первой задачей исследователей является сокращение количества металлов, которые необходимо добывать для аккумуляторов электромобилей. Количество различается в зависимости от типа аккумулятора и модели автомобиля, но один автомобильный литий-ионный аккумулятор (типа, известного как NMC532) может содержать около 8 кг лития, 35 кг никеля, 20 кг марганца и 14 кг кобальт, согласно данным Аргоннской национальной лаборатории.

Аналитики не ожидают в ближайшее время отказа от литий-ионных батарей: их стоимость упала настолько резко, что они, вероятно, станут доминирующей технологией в обозримом будущем.Сейчас они в 30 раз дешевле, чем тогда, когда они впервые вышли на рынок в качестве небольших портативных батарей в начале 1990-х годов, даже несмотря на то, что их производительность улучшилась. BNEF прогнозирует, что стоимость литий-ионных аккумуляторных батарей для электромобилей к 2023 году упадет ниже 100 долларов США за киловатт-час, что примерно на 20% ниже, чем сегодня (см. «Резкое снижение стоимости аккумуляторов»). В результате электромобили, которые по-прежнему дороже обычных, должны достичь паритета цен к середине 2020-х годов. (По некоторым оценкам, электромобили уже дешевле, чем автомобили с бензиновым двигателем, в течение всего срока их службы, благодаря меньшей стоимости питания и обслуживания.)

Для производства электричества литий-ионные батареи перемещают ионы лития из одного слоя, называемого анодом, в другой, катод. Они разделены еще одним слоем — электролитом. Катоды — это главный ограничивающий фактор в характеристиках аккумуляторов, и именно в них находятся самые ценные металлы.

Катод типичного литий-ионного аккумуляторного элемента представляет собой тонкий слой слизи, содержащей микрокристаллы, которые часто похожи по структуре на минералы, встречающиеся в естественной коре или мантии Земли, такие как оливины или шпинели.Кристаллы соединяют отрицательно заряженный кислород с положительно заряженным литием и различными другими металлами — в большинстве электромобилей это смесь никеля, марганца и кобальта. Перезарядка батареи вырывает ионы лития из этих кристаллов оксида и притягивает ионы к аноду на основе графита, где они хранятся, зажатые между слоями атомов углерода (см. «Электрическое сердце»).

Источник: адаптировано из G. Harper et al. Natur e 575 , 75–86 (2019) и G. Предложение et al.Природа 582 , 485–487 (2020).

Литий сам по себе не в дефиците. В июньском отчете BNEF ² говорится, что текущие запасы этого металла — 21 миллион тонн, по данным Геологической службы США — достаточны для перехода на электромобили до середины века. И запасы — это податливая концепция, потому что они представляют собой количество ресурса, который может быть экономически выгодно извлечен при текущих ценах и с учетом текущих технологий и нормативных требований.Для большинства материалов, если спрос возрастет, в конечном итоге тоже появятся запасы.

По словам Ампофо, по мере того, как автомобили электрифицируются, проблема заключается в увеличении производства лития для удовлетворения спроса. «В период с 2020 по 2030 год он вырастет примерно в семь раз».

Это может привести к временному дефициту и резким колебаниям цен, говорит он. Но икота на рынке не изменит картину в долгосрочной перспективе. «По мере наращивания производственных мощностей эта нехватка, вероятно, исчезнет сама собой», — говорит Хареш Камат, специалист по хранению энергии в Исследовательском институте электроэнергетики в Пало-Альто, Калифорния.

Отложения соли на заводе по производству лития на солончаках Уюни в Потоси, Боливия Фото: Карлос Бесерра / Bloomberg / Getty

Увеличение добычи лития несет в себе собственные проблемы для окружающей среды: существующие формы добычи требуют большого количества энергии (для лития, извлекаемого из породы) или воды (для извлечения из рассолов). Но более современные методы извлечения лития из геотермальной воды с использованием геотермальной энергии для управления процессом считаются более безопасными.И, несмотря на этот ущерб окружающей среде, добыча лития поможет заменить разрушительную добычу ископаемого топлива.

Исследователей больше беспокоит кобальт, который является наиболее ценным ингредиентом современных аккумуляторов электромобилей. Две трети мировых запасов добываются в Демократической Республике Конго. Активисты-правозащитники выразили обеспокоенность по поводу условий там, в частности по поводу детского труда и вреда для здоровья рабочих; как и другие тяжелые металлы, кобальт токсичен при неправильном обращении.Можно использовать альтернативные источники, такие как богатые металлами «конкреции», обнаруженные на морском дне, но они представляют свою собственную опасность для окружающей среды. Никель, еще один важный компонент аккумуляторов электромобилей, также может столкнуться с нехваткой ³ .

Управление металлами

Чтобы решить проблемы с сырьем, ряд лабораторий экспериментировали с катодами с низким содержанием кобальта или без кобальта. Но материалы катода должны быть тщательно спроектированы так, чтобы их кристаллическая структура не разрушалась, даже если более половины ионов лития удаляется во время зарядки.А отказ от кобальта часто снижает удельную энергию батареи, говорит ученый-материаловед Арумугам Мантирам из Техасского университета в Остине, потому что он изменяет кристаллическую структуру катода и то, насколько прочно он может связывать литий.

Мантирам принадлежит к числу исследователей, которые решили эту проблему — по крайней мере, в лаборатории — показав, что кобальт можно удалить с катодов без ущерба для рабочих характеристик. ⁴ . «Материал, не содержащий кобальта, о котором мы сообщаем, имеет ту же кристаллическую структуру, что и оксид лития-кобальта, и, следовательно, такую ​​же плотность энергии» или даже лучше, — говорит Мантирам.Его команда добилась этого, отрегулировав способ производства катодов и добавив небольшие количества других металлов, сохранив при этом кристаллическую структуру оксида кобальта катода. Мантирам говорит, что внедрение этого процесса на существующих заводах должно быть несложным, и основал новую фирму под названием TexPower, чтобы попытаться вывести ее на рынок в течение следующих двух лет. Другие лаборатории по всему миру работают над безкобальтовыми батареями: в частности, новаторский производитель электромобилей Tesla из Пало-Альто, Калифорния, заявил, что планирует исключить металл из своих аккумуляторов в ближайшие несколько лет.

Сунь Янг-Кук из Университета Ханян в Сеуле, Южная Корея, — еще один ученый-материаловед, добившийся аналогичных показателей в работе с бескобальтовыми катодами. Sun говорит, что при создании новых катодов могут остаться некоторые технические проблемы, потому что процесс основан на переработке богатых никелем руд, для чего может потребоваться дорогая атмосфера чистого кислорода. Но многие исследователи теперь считают проблему кобальта по существу решенной. Мантирам и Сан «показали, что можно делать действительно хорошие материалы без кобальта и [они] работают очень хорошо», — говорит Джефф Дан, химик из Университета Далхаузи в Галифаксе, Канада.

Рабочие добывают кобальт возле шахты между Лубумбаши и Колвези в Демократической Республике Конго Фото: Федерико Скоппа / AFP / Getty

Никель, хотя и не такой дорогой, как кобальт, тоже не дешев. Исследователи тоже хотят удалить его. «Мы решили проблему нехватки кобальта, но из-за того, что мы так быстро наращиваем объемы, мы идем прямо к проблеме никеля», — говорит Гербранд Седер, ученый-материаловед из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Беркли, Калифорния.Но удаление как кобальта, так и никеля потребует перехода на совершенно другие кристаллические структуры катодных материалов.

Один из подходов — использовать материалы, называемые неупорядоченными каменными солями. Они получили свое название из-за своей кубической кристаллической структуры, которая похожа на структуру хлорида натрия, где кислород играет роль хлора, а смесь тяжелых металлов заменяет натрий. За последнее десятилетие команда Седера и другие группы показали, что определенные богатые литием каменные соли позволяют литию легко входить и выходить, что является важным свойством для повторной зарядки ⁵ .Но, в отличие от обычных катодных материалов, неупорядоченные каменные соли не требуют, чтобы кобальт или никель оставались стабильными во время этого процесса. В частности, они могут быть сделаны из марганца, который дешев и в большом количестве, говорит Седер.

Утилизация лучше

Если батареи будут производиться без кобальта, исследователи столкнутся с непредвиденными последствиями. Металл является основным фактором, который делает переработку аккумуляторов экономичной, поскольку добыча других материалов, особенно лития, в настоящее время обходится дешевле, чем переработка.

На типичном заводе по переработке аккумуляторы сначала измельчаются, в результате чего элементы превращаются в порошкообразную смесь всех используемых материалов. Затем эта смесь распадается на элементарные составляющие либо путем ее сжижения в плавильном заводе (пирометаллургия), либо путем растворения в кислоте (гидрометаллургия). Наконец, металлы осаждаются из раствора в виде солей.

Механический измельчитель аккумуляторных модулей, показанный на этом фото, на заводе по переработке отходов в Дузенфельде в Германии Фото: Вольфрам Шролл / Duesenfeld

Исследования были сосредоточены на улучшении процесса, чтобы сделать переработанный литий экономически привлекательным.Подавляющее большинство литий-ионных аккумуляторов производится в Китае, Японии и Южной Корее; соответственно, возможности вторичной переработки там растут быстрее всего. Например, расположенная в Фошане компания Guangdong Brunp — дочерняя компания CATL, крупнейшего в Китае производителя литий-ионных элементов — может перерабатывать 120 000 тонн батарей в год, по словам представителя компании. Это эквивалент того, что будет использоваться в более чем 200 000 автомобилей, и компания способна восстановить большую часть лития, кобальта и никеля. Политика правительства способствует этому: в Китае уже есть финансовые и нормативные стимулы для компаний, производящих аккумуляторные батареи, которые получают материалы у компаний по переработке, а не импортируют только что добытые, — говорит Ханс Эрик Мелин, управляющий директор консалтинговой компании Circular Energy Storage в Лондоне.

Европейская комиссия предложила строгие требования по переработке аккумуляторов, которые могут быть введены поэтапно с 2023 года, хотя перспективы блока по развитию отечественной индустрии переработки являются неопределенными. ⁶ . Администрация президента США Джо Байдена, тем временем, хочет потратить миллиарды долларов на развитие отечественной индустрии производства аккумуляторов для электромобилей и поддержку утилизации, но еще не предложила правила, выходящие за рамки существующего законодательства, классифицирующие аккумуляторы как опасные отходы, которые необходимо безопасно утилизировать. .Некоторые начинающие компании в Северной Америке заявляют, что они уже могут извлекать большую часть металлов из аккумуляторных батарей, включая литий, по затратам, которые сопоставимы с затратами на их добычу, хотя аналитики говорят, что на данном этапе общая экономическая выгода только потому, что кобальт.

Измельченный аккумуляторный порошок, или «черная масса», очищается от пластин на предприятии по переработке аккумуляторов Li-Cycle в Кингстоне, Онтарио, Канада. Фото: Christinne Muschi / Bloomberg / Getty

Более радикальный подход состоит в том, чтобы повторно использовать катодные кристаллы, а не разрушать их структуру, как это делают гидро- и пирометаллургия.ReCell, совместное предприятие стоимостью 15 миллионов долларов, которым управляет Спангенбергер, включает три национальных лаборатории, три университета и множество игроков отрасли. Он разрабатывает методы, которые позволят переработчикам извлекать катодные кристаллы и перепродавать их. Одним из важных шагов после того, как батареи были измельчены, является отделение катодных материалов от остальных с помощью тепла, химикатов или других методов. «Причина, по которой мы с таким энтузиазмом относимся к сохранению кристаллической структуры, заключается в том, что для ее создания потребовалось много энергии и ноу-хау.В этом заключается большая ценность », — говорит Линда Гейнс, физико-химик из Аргонна и главный аналитик ReCell.

Эти методы обработки работают с различными кристаллическими структурами и составами, говорит Гейнс. Но если центр переработки получает поток отходов, который включает в себя многие типы батарей, различные типы катодного материала в конечном итоге попадут в котел для переработки. Это может усложнить попытки выделить различные типы катодных кристаллов. Хотя процессы, разработанные ReCell, позволяют легко отделить никель, марганец и кобальт от других типов ячеек, таких как, например, те, которые используют фосфат лития-железа, им будет трудно разделить два типа, которые оба содержат кобальт и никель, но в разных пропорции.По этой и другим причинам, для аккумуляторов будет крайне важно иметь какой-то стандартизованный штрих-код, который сообщает переработчикам, что находится внутри, говорит Спангенбергер.

Рабочий автомобильной фирмы Renault готовится разобрать аккумулятор. Компания заявляет, что перерабатывает все свои аккумуляторы для электромобилей — на данный момент всего пару сотен в год Фото: Оливье Геррен, Photothèque Veolia

Еще одно потенциальное препятствие заключается в том, что химический состав катодов постоянно развивается.Катоды, которые производители будут использовать через 10–15 лет — в конце жизненного цикла современных автомобилей — вполне могут отличаться от нынешних. Самый эффективный способ получить материалы — это для производителя собрать свои собственные батареи в конце жизненного цикла. И батареи должны разрабатываться с нуля так, чтобы их было легче разбирать, добавляет Гейнс.

Специалист по материалам Эндрю Эбботт из Университета Лестера, Великобритания, утверждает, что переработка будет намного более прибыльной, если она пропускает стадию измельчения и напрямую разбирает клетки.Он и его сотрудники разработали метод разделения катодных материалов с помощью ультразвука ⁷ . Это лучше всего работает с аккумуляторными элементами, которые упакованы плоско, а не свернутыми (как обычные «цилиндрические» элементы), и, добавляет Эбботт, может сделать переработанные материалы намного дешевле, чем первичные добытые металлы. Он участвует в исследовательской программе правительства Великобритании по устойчивости батарей под названием ReLiB стоимостью 14 миллионов фунтов стерлингов (19 миллионов долларов США).

Увеличьте объем

Какие бы процессы рециркуляции не стали стандартными, поможет масштабирование.По словам Мелина, хотя в сообщениях СМИ надвигающийся поток отработанных батарей описывается как надвигающийся кризис, аналитики видят в этом большие возможности. Как только у миллионов больших батарей закончится срок службы, появится эффект масштаба, который сделает переработку более эффективной, а экономическое обоснование этого — более привлекательным.

Трубопровод для производства электромобилей на заводе Nio в Хэфэе, Китай Фото: Цилай Шен / Bloomberg / Getty

Аналитики говорят, что пример свинцово-кислотных аккумуляторов — тех, которые запускают бензиновые автомобили — дает повод для оптимизма.Поскольку свинец токсичен, эти батареи классифицируются как опасные отходы и подлежат безопасной утилизации. Но вместо этого была создана эффективная промышленность, в которой их перерабатывают, даже несмотря на то, что свинец дешев. «Более 98% свинцово-кислотных аккумуляторов восстанавливаются и перерабатываются», — говорит Камат. «Ценность свинцово-кислотного аккумулятора даже ниже, чем у литий-ионного аккумулятора. Но из-за объема в любом случае есть смысл утилизировать », — говорит Мелин.

Может пройти некоторое время, прежде чем рынок литий-ионных аккумуляторов достигнет своего полного размера, отчасти потому, что эти аккумуляторы стали исключительно долговечными: нынешние автомобильные аккумуляторы могут прослужить до 20 лет, говорит Камат.В типичном электромобиле, продаваемом сегодня, аккумуляторная батарея переживет автомобиль, в который он был встроен, говорит Мелин.

Это означает, что когда старые электромобили отправляются на металлолом, аккумуляторы часто не выбрасывают и не перерабатывают. Вместо этого их вынимают и повторно используют для менее требовательных приложений, таких как стационарные накопители энергии или приводы лодок. После десяти лет использования автомобильный аккумулятор, такой как Nissan Leaf, который первоначально имел 50 киловатт-часов, потеряет не более 20% своей емкости.

Еще один майский отчет МЭА, организации, известной своими исторически осторожными прогнозами, включал дорожную карту ⁸ по достижению к середине столетия чистых нулевых выбросов, которая включает в себя переход на электрический транспорт в качестве краеугольного камня. Уверенность в том, что это достижимо, отражает растущий консенсус среди политиков, исследователей и производителей в отношении того, что проблемы электрификации автомобилей теперь полностью решаемы — и что если мы хотим иметь хоть какую-то надежду удержать изменение климата на управляемом уровне, нельзя терять время. .

Но некоторые исследователи жалуются, что электромобили, кажется, соответствуют невыполнимым стандартам с точки зрения воздействия их батарей на окружающую среду. «Было бы неудачно и контрпродуктивно отказываться от хорошего решения, настаивая на идеальном решении», — говорит Камат. «Это, конечно, не означает, что мы не должны активно работать над вопросом утилизации батарей».

Как сделать ваши силовые колеса быстрее

В декабре прошлого года McLaren прислала нам версию своего суперкара 720S Power Wheels с рабочим освещением, стереосистемой и кожаным сиденьем.Моя дочь мгновенно стала владелицей самой красивой машины в нашем гараже и одной из миллионов детей, которые впервые ощутили автомобильную свободу благодаря игрушке с электроприводом. Power Wheels в той или иной форме существует уже более 35 лет. Это означает, что если вы родились после 1980 года, скорее всего, ваши самые ранние воспоминания о месте водителя связаны с пластиковым рулевым колесом и парой электродвигателей.

И, наверное, разочарование какое-то. Jeep Wrangler Power Wheels моего двоюродного брата был источником постоянного разочарования, когда мы были детьми.Он был ледниково медленным и затруднялся любой поверхностью, более шероховатой, чем мощеная подъездная дорога. Он кончился менее чем за полчаса, а на его подзарядку ушел целый день. Я убежден, что целое поколение американцев выросло, ненавидя как продукцию Chrysler, так и электромобили из-за этой самой модели. Несмотря на впечатляющее развитие технологий аккумуляторных батарей и электродвигателей с 1984 года, в мире Power Wheels ничего не изменилось. 720S моей дочери поставлялся с такой же тяжелой гелевой батареей на 12 В, что и тот старый Wrangler.И, как и Jeep, McLaren был медленным, быстро утомлялся, и на его подзарядку уходили ошеломляющие восемь часов. Даже самые быстрые колеса Power Wheels развивают скорость около 6 миль в час. Темп ходьбы. Киддо наскучила эта штука через 10 минут. Вряд ли что-то подходит с именем Брюса Макларена на спине.

Эта история впервые появилась в майском выпуске журнала Road & Track за 2020 год.

Бет Боуман

Итак, я сделал то, что сделал бы он: я сделал это быстрее.Проблема не в моторах. Это аккумулятор. А в Интернете полно руководств о том, как заменить современные литий-ионные элементы, которые питают почти все современные беспроводные инструменты. Список покупок был прост: встроенный предохранитель на 30 ампер, дешевый регулятор скорости двигателя и USB-адаптер источника питания для батареи дрели. Общая стоимость: 35 долларов. Если вы умеете обращаться с паяльником и отверткой, вы сможете вытащить старую батарею и установить новую установку менее чем за час. Преимущества очевидны: он легче; вместо мизерных 12 вольт получается 20; у него такое же время работы, но гораздо более быстрая зарядка.И, если вы похожи на меня, у вас уже есть пять аккумуляторных блоков на полке гаража. Разрядился аккумулятор? Поменяйте местами новый и продолжайте ехать.

Бет Боуман

Автомобиль значительно быстрее. Он пронесется сквозь траву, поднимется по холмам и бросит ее по подъездной дорожке с удвоенной скоростью, ее кудрявые рыжие волосы развеваются на ветру, а она радостно кудахтает.