Как правильно измерять расход у электромобилей
Одна из классических и всем понятных характеристик любого традиционного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания — расход топлива в литрах на 100 км. Но как этот параметр будет выглядеть в эпоху электромобилей и на что станут ориентироваться покупатели при выборе машины на электротяге? Сегодня мы все непосредственно наблюдаем зарождение электромобильной эры, а вместе с ней — новых стандартов, требований, новых критериев оценки и выбора машин потребителем, новых приёмов рекламирования продукта, чтобы привлечь к нему покупателя. Автопроизводители находятся на стадии нащупывания верного пути развития, экспериментируют с моторами, аккумуляторами, технологиями зарядки. Автолюбители же ещё не привыкли к новым стандартам, чтобы сравнивать один электромобиль с другим, хотя машины с двигателями внутреннего сгорания оценивают и сравнивают запросто. Посмотрим, к каким новым терминам и понятиям нам придётся привыкать в электромобильную эпоху, чтобы разобраться, хороший электромобиль перед нами или так себе. Ёмкость или запас энергии? Мы привыкли сравнивать ёмкость аккумуляторов смартфонов по показателю ампер-часов (миллиампер-часов) ёмкости. Но этой цифры достаточно, если у всех сравниваемых батарей — одинаковое напряжение. И в мире смартфонов это так: все их батареи — на напряжение в 3,7 вольт. Ёмкость тяговой батареи автомобиля — крайне важный параметр, определяющий во многом ресурс пробега машины на одной зарядке. Однако единых стандартов напряжения в электромобилестроении пока нет (хотя автопроизводители постепенно приходят к оптимуму в пределах 360–400 вольт), и сравнивать «в лоб» ампер-часы, как мы это делаем со смартфонами, нельзя. Поэтому у тяговых батарей электромобилей принято сравнивать не ёмкость, а энергию, измеряемую в ватт-часах. А точнее — в киловатт-часах. Большинству эта единица измерения энергии известна лишь по показаниям квартирного электросчётчика в квитанции об оплате — мы её рассматриваем как количество энергии, «съеденное» потребителями квартиры за месяц. Но она же характеризует и запас энергии, заключённый в батарее. Чтобы получить киловатт-часы, номинальное напряжение аккумулятора умножают на его заряд в ампер-часах. Получившиеся цифры уже можно сравнивать между собой смело — хотя, разумеется, с учётом массо-габаритного класса автомобиля. Но понятно, что 100 киловатт-часов батареи полноразмерного премиум-седана от Tesla в любом случае радикально эффективнее, чем 30 киловатт-часов городского малыша С-класса Nissan Leaf, даже с поправкой на разницу в весе машин. «Сколько вешать в килограммах?» Кстати, есть ещё один параметр, который важен для оценки энергоэффективности электромобиля будущим покупателем. Это удельная ёмкость аккумулятора, измеряющаяся в ватт-часах на килограмм (Втч/кг). Дело в том, что на сегодняшний день существует и применяется добрый десяток разных химических технологий создания батарей на основе лития, и количество их в дальнейшем будет расти. «Литий-кобальт», «литий-марганец», «литий-никель-марганец-кобальт-оксид», «литий-железо-фосфат», «литий-титанат» и другие. И если взять несколько полностью заряженных литиевых батарей одной и той же массы, максимальный запас энергии в них будет различен в зависимости от технологии изготовления. А поскольку аккумулятор электромобиля имеет большой вес (200–600 килограммов у легковой машины), то возить этот вес — значит расходовать на него ценную энергию. Поэтому чем легче будет батарея (при неизменных электрических характеристиках, разумеется), тем эффективнее машина станет тратить заряд, вырастет динамика и максимальная скорость. Впрочем, самодостаточной характеристикой удельная ёмкость не может считаться, поскольку она неотъемлема от ряда других характеристик аккумуляторов и всегда участвует в компромиссе свойств. К примеру, как оценить, что лучше: батарея «А» с удельной ёмкостью 200 Втч/кг; батарея «В» с удельной ёмкостью 170 Втч/кг, но заряжающаяся вдвое быстрее; батарея «С» с удельной ёмкостью 150 Втч/кг, но почти не теряющая ёмкость на морозе. Также надо отметить, что параметр удельной ёмкости (как, кстати, и многие другие параметры классического автомобиля сегодня) оставляет производителю пространство манёвра для заморачивания голов покупателям и тонкого лукавства без прямого обмана. Как минимум с ходу можно назвать два варианта измерения удельной ёмкости — по отдельным, нефасованным элементам и по аккумулятору как законченному узлу в сборе. Который может иметь лёгкий корпус, а может — тяжёлый и выполняющий несущие функции; может обладать системой принудительного водяного охлаждения или естественного воздушного и т. п. Да и вообще, никто не мешает выставлять этот параметр на передний план, если он выдающийся, и лукаво игнорировать, если он посредственный. Ватт-часы и километры Однако ёмкость батареи в киловатт-часах (даже с уточнением удельной ёмкости в ватт-часах на килограмм) нельзя считать исчерпывающей энергетической характеристикой электромобиля. По сути, этот параметр идентичен объёму бензобака в литрах и ничего не говорит сам по себе об экономичности автомобиля и проистекающих из неё стоимости пройденного километра и максимальной дальности пробега. Да, ёмкость батареи чрезвычайно важна — но только в комплексе с характеристикой двигателя, массой машины, аэродинамикой! Конструкции разных моторов могут существенно различаться — количеством фаз, частотами питающих токов, степенью линей зависимости крутящего момента на валу от потребляемого тока. И вот тут мы как раз приходим к параметру, который можно считать наиболее близким к нашим традиционным «литрам на сотню», а именно — к количеству израсходованных ватт-часов батареи на километр пробега. Или более понятной и более привычной для большинства людей форме — количеству затраченных киловатт-часов на 100 км. Пока ещё электромобиль для большинства людей — диковинка, и цифры киловатт-часов на 100 км не самая понятная величина для потребителя. Но после тотального вхождения электротранспорта в быт понимание сформируется. На слуху у большинства автовладельцев будет диапазон характеристик, свойственных продвинутым и не слишком продвинутым с технической точки зрения электромобилям. Как сегодня мы все понимаем, какие цифры бензинового «жора» экономичны, а какие расточительны. Скажем, 20 киловатт-часов на 100 км для трассы — это результат туда-сюда, типа как литров 8-9 горючего в режиме «трасса» для седана среднего класса с двигателем внутреннего сгорания, а вот 100 киловатт-часов на километр в тех же условиях — это очень круто. Как измерять «прожорливость» у EV Формула измерения автомобильной «прожорливости» — узкое горло на пути к истине. Долгие годы средний расход топлива автомобилям измерялся по стандартизованным алгоритмам, разным для различных регионов мира. Существовали европейский, японский и американский измерительные циклы — NEDC, JC08 и EPA соответственно. В целом измерительный циклы были похожи — в каждом из них автомобиль должен был проехать фиксированное расстояние за фиксированное время, с определённым количеством разгонов, торможений и участков поддержания стабильной скорости, учитывая городской режим, трассовый и расчёт смешанного из первых двух. Проблему создавали различия в подходах к вводным условиям в Азии, Европе и Америке. Японский алгоритм был слишком мягким — по нему полученные цифры расхода радовали невероятной экономичностью, но редко достигались на практике обычными автовладельцами. Американский — наоборот, наиболее жёсткий, с более высокими скоростями, интенсивными стартами, включёнными потребителями энергии. Европейский — нечто среднее между ними, хотя в целом тоже с излишне мягкими условиями. По этим же правилам тестировались и EV, Electric Vehicle — электромобили. Правда, полученный результат представлял собой не три цифры в литрах (город/трасса/микс), а максимальный пробег на одном заряде батареи. И это, в общем-то, нельзя было считать вполне корректным как минимум с учётом сильной зависимости ёмкости батареи от температуры окружающей среды в странах, где разница между зимой и летом весьма существенна... Неразберихи добавляли и отличия в условиях тестирования, по которым, например, тот же Nissan Leaf в своё время демонстрировал запас хода в 160 км по американской системе EPA, 175 — по европейской NEDC и аж 200 — по родной для него японской JC08. Впрочем, с 2015 года (формально, а фактически — с 2018) в мире постепенно внедряется единая система измерительного ездового цикла, сменяющая прежние региональные — WLTP, или Worldwide Harmonized Light-Duty Vehicles Test Procedure. Эта система тестирования более длительна, чем ранее используемые, учитывает более близкий к реальности стиль вождения, использования электроприборов и в конечном итоге более достоверна. Однако когда электромобильные стандарты окончательно устаканятся и если к тому времени учёные-аккумуляторщики не победят холодобоязнь батарей, хотелось бы всё же видеть в официальных спецификациях автопроизводителей как минимум две цифры запаса хода на одном заряде: «летнюю» и «зимнюю», да ещё и с поправкой на конкретный регион, для которого предназначена поставка машин. Ибо в условиях российской зимы отопитель электрической машины потребляет от 4 до 5 киловатт в час, что чуть ли не вдвое сокращает потенциальный пробег небольшого и недорого хетчбека, типа того же Leaf. Это необходимо знать, чтобы понять, подходит ли нам конкретная модель машины, исходя из плотности сети электрозаправок в районе проживания и энергетической прожорливости. Ведь можно не сомневаться, что когда электромобили полностью вытеснят бензиновые и дизельные машины, очереди на «электроколонках» станут реальностью, стоимость заправочной электроэнергии существенно повысится, а всевозможные муниципальные льготы и бонусные киловатты, прилагающиеся к купленному авто в подарок от производителя, исчезнут.
