Электромобили большие и маленькие

Повсеместный перевод колесного транспорта на электрическую тягу становится основным трендом будущего десятилетия и охватывает технику самого различного масштаба. О самых маленьких электромобилях мы подробно написали в статье про электрокар Zetta:
Мини-электрокар Зетта из Тольятти - реально ли это?

А теперь речь пойдет об самых больших автомобилях - карьерных самосвалах.

Электрическая трансмиссия

Большегрузные карьерные самосвалы являются пионерами в области применения электротяги. Произошло это вовсе не от стремления улучшить экологию в карьере, а по чисто техническим причинам. Применяемая в данной технике гидротрансмиссия имеет проблемы масштабирования мощности. По мере увеличения грузоподъемности самосвалов страдает надежность конструкции гидротрансмиссии и снижается эффективность ее работы. Из-за этого большегрузные самосвалы стали делать с электрической трансмиссией - по схеме с электромоторами на колесах и мощными генераторами, подключенными к дизельному двигателю. БелАЗ, являющийся мировым лидером по производству большегрузных карьерных самосвалов применяет электротрансмиссию, начиная с грузоподъемности в 90 тонн.

По КПД электрическая трансмиссии уступает механической, поскольку в ней присутствуют лишние преобразования энергии. Но в карьерных самосвалах особо большой грузоподъемности она является безальтернативным решением. Один из решающих факторов - это проблема торможения на затяжных спусках, которая в электрической трансмиссии делается в генераторном режиме путем рассеивания энергии на оснащенных вентиляторами балластных резисторах. Обычные гидравлические тормоза в таких условиях закипают через полкилометра, а электрические - справляются.

Рекуперация энергии в суперконденсаторах

Еще в 2003 году в Институте горного дела на Урале предложили использовать в карьерных самосвалах БелАЗ рекуперативное торможение на суперконденсаторах.

Движение самосвала с грузом при подъеме из карьера осуществляется за счет основного дизельного мотора, а движение на горизонте и маневрирование при погрузке-разгрузке - за счет энергии, запасенной в суперконденаторах. Зарядка суперконденсаторов выполняется при спуске порожнего самосвала в карьер.

Сохранение энергии торможения в конденсаторах, масса которых составляет всего 1.5% от массы самосвала, позволяет обеспечить полукилометровый пробег с выключенным дизельным мотором - это экономит ресурс силовой установки и позволяет снизить расход дизельного топлива в типичных условия использования на 10%. Срок службы батареи суперконденсаторов составляет 15 лет.

Применение суперконденсаторов ограничивается их небольшой емкостью, что не позволяет отказаться от использования мощного дизельного мотора - который остается основным источником энергии.

Проекты дизель-троллейвоза и электросамосвалов БелАЗ

C 2018 года на БелАЗе возобновилась программа создания дизель-троллейвозов - карьерных самосвалов, которые в дополнение к дизельному мотору использующих дополнительный внешний источник электроэнергии. Съем энергии выполняется пантографами, как на троллейбусе. Проект экспериментального дизель-троллейвоза грузоподъемностью 240 тонн позволяет снизить расход солярки на 80% и вдвое увеличить скорость подъема с грузом. Дизельный двигатель малой мощности при этом применяется для маневрирования в зонах погрузки-выгрузки и на спуске. Подробнее о ходе реализации проекта можно прочитать в нашей новости 2021 года:
Самый большой троллейбус - 220-тонный дизель-троллейвоз БелАЗ-7530E

Следующим логическим шагом является являет отказ от дизель-генератора в пользу аккумуляторных батарей. Окончательный перевод на электротягу прорабатывается совместно с производителем Li-Ion аккумуляторов - российским "Лиотехом". Модернизации будет заключаться замене дизельного двигателя на блоки аккумуляторных батарей, замене силовых шкафов, управления и доработке программного обеспечения. Ей подвергнутся самосвалы с электрической трансмиссией грузоподъемностью 90 тонн и более - это будут самые тяжелые в мире электромобили! Помимо электросамосвалов c нулевыми выбросами, на электротягу будут переводиться подземные погрузочно-доставочные машины, приспособленные для работы в условиях закрытых разработок. О ходе реализации этого проекта мы сообщили в новости:
Карьерный самосвал БелАЗ-7558E с аккумуляторной батареей вместо дизельного мотора

Экономическая сторона перевода на электротягу

Чувствительным вопросом является экономическая сторона использования электросамосвалов. С одной стороны, аккумуляторы позволяют запасать энергию торможения, которая сейчас впустую сбрасывается в балластных резисторах. Материал на эту тему с обсуждением швейцарского электросамосвала eDumper на базе Komatsu только что появился на Автомалиновке. А с другой стороны, аккумуляторы увеличивают вес карьерного самосвала на несколько тонн и стоят дорого. Важные инженерно-коммерческие аспекты перевода самосвалов на электротягу подробно обсуждаются в интересной статье НПФ Вектор.

Так появится ли у нас огромные электрические самосвалы? Интерес к электрической карьерной технике растет во всем мире, многое будет зависеть от характеристик аккумуляторных батарей - увеличения их удельной емкости скорости зарядки и долговечности, а также снижения издержек производства. Многое, но не все. Эффективность электромобилей зависит от применяемых в них технических решений, который могут быть более или менее консервативными. В этом смысле интересно, что предлагаемые инновации подобны как в больших машинах БелАЗ, так и в маленьких городских электромобильчиках, со ссылки на обсуждение которых мы начинали эту статью. Правда Zetta "забуксовала", но с начала 20-x годов активно с 2021 года проект российского мини-электромобиля "Кама":
Танки грязи не боятся: миникроссовер-электромобиль Кама-1

С ноября 2022 года "Кама" получила название "Атом", что намекает на длину автомобильчика - ровно 4 метра. От великого до малого - один шаг... И везде ключевым вопросом становится энергетическая эффективность электрической техники в сравнении с техникой, основанной на традиционном ДВС.