Чистая энергия
Текст: Адель Хамитов | 2017-07-20 | 549
На фоне успехов, продемонстрированных компанией «Тесла», собственными разработками в области электрического привода занялись практически все крупные производители транспортных средств. При этом основную долю в сегменте электромотоциклов захватили американские и многочисленные китайские производители. Хорошую возможность включиться в конкурентную борьбу получила и российская компания «Интеллектуальные силовые системы»: разработанный ею электромотоцикл Deller по многим техническим параметрам обходит лучшие западные модели. Но вопрос в том, насколько быстро удастся вывести этот продукт на рынок. Соучредители компании – предприниматель Даниэль Башмаков и инженер Владимир Петров – рассказали нам о своей разработке.

– Насколько я знаю вашу историю, то начиналась она с небольшого детского электровелосипеда. Это действительно так?

Владимир (В.): Да. 4 года назад я решил сделать электровелосипед своему сыну, из-за чего у меня быстро возникла куча недоумений. К примеру, выяснилось, что купить хороший электродвигатель невозможно – их нет. Тот китайский моторчик, который я в итоге приобрёл, выдавал всего 500 ватт мощности, зато весил целых 3 килограмма. И я решил его полностью переделать. Электрикой я занимаюсь ещё со школы, и свои идеи по моторам у меня были давно. Руки до них никак не доходили, а тут появился хороший повод ими воспользоваться.

Когда электровелосипед был готов, и сын начал на нём кататься, я увидел реакцию окружающих. Не было ни дня, чтобы кто-то не подошёл и не поинтересовался, что это такое. Интерес был колоссальный. Как раз в этот момент подключился Даниэль Маратович, и уже совместно с ним у нас возникли идеи, как дальше развивать это дело.

Даниэль (Д.): Проект мне понравился с самого начала. Во-первых, я очень положительно отношусь к самой идее электротранспорта. Загазованность городов не может не беспокоить меня в вопросе того, что мы оставим своим детям и внукам. Ну а, во-вторых, мне достаточно интересно всё, что связано с мотоциклами. Если Владимир – мотокроссмен, то я – картингист, кандидат в мастера спорта.

Когда мы познакомились благодаря общему другу-мотоциклисту, Владимир искал инвестиции для следующего шага развития, а у меня была своя достаточно успешная компания, занимающаяся разработкой программно-аппаратных комплексов и способная профинансировать выход проекта из гаража на предсерийные образцы. На паритетных началах мы с Владимиром открыли новое направление, в котором он занимается в основном техническими вещами, а я – организационно-финансовыми.

– Даниэль, когда вы только присоединялись к проекту, то рассматривали его больше как хобби – то есть то, чем вам интересно заниматься самому и на что в принципе не жалко потраченных денег? Либо же вы изначально понимали, что у этого проекта есть хороший коммерческий потенциал?

Д.: Всё это действительно начиналось как хобби, как нечто инт

С течением времени оказалось, что для успешного развития проекта требуются несколько другие финансовые вложения, нежели те, которые мы обсуждали вначале. Поскольку нам нравилось то дело, которым мы занимаемся, и то, что получается в итоге, мы, естественно, решили расширить финансирование. Ну а сейчас уже чётко понимаем, что проект надо коммерциализировать, потому что вложения – финансовые, временные, кадровые – стали уже достаточно большими.

Основные заявленные характеристики спортивной версии электромотоцикла: мощность мотора – 30 кВт, максимальная скорость – 120 км/ч, время разгона до 100 км/ч – 4 с, пробег на 1 зарядке (при 60 км/ч) – 80 км, время зарядки аккумулятора – 1,2 часа, вес мотоцикла – 82 кг. Городская версия будет отличаться большей «максималкой» – 140 км/ч, увеличенным до 150 км пробегом на одной зарядке и большим весом мотоцикла – 98 кг.  

Расчётная цена мотоцикла (при выходе на серию в 3000 штук) составит 310 тысяч рублей для спортивной версии и 390 тысяч – для городской. Наиболее близкие по техническим характеристикам зарубежные аналоги стоят заметно дороже.  

– Свой мотоцикл вы целиком разработали самостоятельно?

Д.: Желания всё делать самим у нас никогда не было и нет сейчас. В частности, как и все другие производители мотоциклов, колёса, руль, вилку и амортизаторы мы берём уже готовыми. А вот электропривод нам действительно пришлось разрабатывать самостоятельно, поскольку с теми комплектующими, которые есть на рынке, выйти на результаты, которые мы рассчитывали достичь, было невозможно. Электропривод мотоцикла состоит из трёх больших частей: мотора, аккумуляторной батареи и контроллера.

Электромотор мы полностью сконструировали сами, большую часть деталей сделав на собственном оборудовании и отдав на сторону только изготовление валов со шлицами.

Второй элемент – контроллер – представляет собой электронное устройство, состоящее из электронных компонентов и программного обеспечения. С его помощью осуществляется тонкое управление двигателем и батареей. Когда нужно, контроллер, например, может повысить или понизить мощность. Микросхемы, процессоры и конденсаторы для сборки котроллера мы используем импортные. Но саму разводку, саму его конструкцию (где и какую микросхему ставить, где и какой процессор или конденсатор использовать) придумали и сделали наши конструкторы-электронщики. Уже с учётом получившейся структуры контроллера наши программисты разработали его программное обеспечение.

Теперь что касается батареи. К сожалению, в России не выпускают элементы, которые можно было бы использовать для её сборки. Поэтому мы закупаем импортные элементы, точно такие же, из которых состоят аккумуляторы «Теслы». Они очень похожи на пальчиковые батарейки, немного увеличенные в размере. Но если в разных вариациях батарей для «Теслы» таких элементов используется 7, 9 или 11 тысяч, то у нас их всего 330 штук. Сборку элементов в единый блок и его программирование тоже осуществляли наши электронщики.

В.: Хотелось сделать изделие, достойное всеобщего внимания. Поэтому от китайских комплектующих отказались сразу. Электродвигатели у них огромных размеров, а мощность выдают маленькую. Как я уже говорил, даже велосипедный моторчик мощностью 500 ватт имеет массу 3 килограмма. Для сравнения: одна из модификаций нашего двигателя мощностью 40 киловатт весит всего 7 килограммов. Чувствуете разницу?

То же самое и с контроллерами. Если наш компактен, весит 2,5 кг и выдаёт 600 ампер, то аналоги, которые мы встречали, в 2-3 раза тяжелее и в 1,5-2 раза больше по габаритам. Контроллеры, сходные с нашим по габаритно-массовым параметрам, существуют, но и выдают они, соответственно, в лучшем случае 300 ампер.

Американские электромотоциклы – те, которые представлены в широкой продаже, – комплектуются, как правило, также не самыми лучшими корейскими двигателями и китайскими контроллерами, а значит и у западных коллег подходящего нам решения тоже не было.

Отдельная наша гордость – это тормозная ручка. Такой ручки, как у нас, нет ни у кого в мире. Обычно, когда человек пользуется электрическим тормозом, нажимая на ручку, то он не чувствует, как сжимает колодки. То есть обратная связь полностью отсутствует. Эту проблему мы решили, вставив внутрь ручки рычажную систему и датчик, который выдаёт не угол нажатия на ручку, а силу, с которой вы на неё давите. Эта сила программно завязана с тормозным моментом. Помимо самих ощущений, работает такой тормоз намного эффективнее, чем обычный.

За время работы мы получили несколько патентов. Они касаются самих двигателей, конструкций системы охлаждения, крепления двигателя, компоновки самого мотоцикла, ручек газа и тормоза.

– Очень сложно поверить в то, что в плане своих разработок вам удалось превзойти известные и обладающие достаточно большими ресурсами компании. В чём секрет?

В.: Всё началось с хобби, а хобби, как известно, делается не ради денег, а ради получения результата. Ну и большую роль, конечно, сыграло то, что изначально мы ориентировались на применение наших мотоциклов в спорте, где не допускается ни одного лишнего грамма. Если у тебя есть запас по мощности, то ты должен использовать его по полной, если, конечно, хочешь оказаться в гонке первым. В электротехнике есть такие понятия как номинальный и пиковый режимы. Возьмите любой электромотор. Допустим, на нём написано: номинал 20 киловатт. Но выжать из него можно в два, а то и в три раза больше. Правда, кратковременно, иначе он сгорит. Так вот, мы изначально ориентировались только на максимально возможную мощность. Это значит, что нам предстояло решить задачу, чтобы мотор мог держать такую нагрузку долговременно.

Наш двигатель имеет редко используемую из-за целого ряда проблем, в том числе и с отводом тепла, конструкцию с внешним ротором. Эти проблемы нам удалось устранить, и сейчас у нас есть очень компактный и мощный двигатель с высоким моментом. Благодаря этому мы сделали ещё и безредукторную схему. Звёздочка ставится на сам мотор, и момент с него с помощью цепи передаётся на заднее колесо. Почему у нас в итоге всё получилось? Да просто постарались. Всегда нравилось не просто сделать изделие, а довести его до совершенства. Если знаешь, что есть запас в 3,5%, – спать не можешь, пока не выжмешь оттуда всё, что можно. Ну и в итоге за несколько итераций мы достигли желаемых результатов.

Что же касается представленных на рынке коммерческих компаний, то люди там работают, прежде всего, за деньги, а весь процесс выглядит примерно так: компания заказывает кому-то разработку мотора такой-то мощности и с таким-то моментом. Конструкторы его делают. Заказчик смотрит: параметры соблюдены, всё хорошо функционирует. И принимает работу. А то, что из этого двигателя можно было вытянуть ещё 20% мощности, уже никого не волнует. Просто такой задачи не стояло изначально, а сами заказчики – те, кто платит деньги, — об этом просто и не знают. Возьмите любой серийный двигатель именитого производителя – Mersedes, BMW, Audi… Из него всегда без ущерба для ресурса можно извлечь дополнительную мощность, чем, собственно, и занимаются всевозможные тюнинговые ателье.

Опустить планку всегда проще, чем поднять её. Мы делаем спортивную технику, которая легко преобразуется в гражданскую. Понятно, что зарабатывать деньги можно только на гражданских моделях, а спорт – это расходная статья. Но достижения делаются именно в спорте, а не в гражданской технике. Спорт всегда был и остаётся флагманом.

– Много образцов двигателя пришлось сделать, прежде чем вы пришли к тому, что есть сейчас?

В.: Двенадцать.

– За счёт чего нашли возможность уменьшить вес конструкции? Ведь взять стенки и просто сделать их тоньше нельзя…

В.: Их надо сделать минимальными, но при этом достаточными. А вообще основную массу двигателя составляет статор, и главный потенциал для снижения веса скрыт именно в нём. Это означает, что нужно заниматься оптимизацией магнитных потоков.

Начнём с самого главного. Магнитная система считается плохо. Допустим, мы проводим расчёты двигателя с использованием магнитов толщиной 4 и 5 миллиметров. Тот же ANSYS (программа автоматизированных инженерных расчётов) показывает, что особой разницы между ними нет. Но мы-то знаем, что она есть, поскольку установили это опытным путём. Поэтому, когда мы создаём новый двигатель, то заказываем наборы магнитов разных толщин, делаем целый ряд статоров и проводим замеры всех магнитных потоков. В итоге мы, как правило, получаем всё, что хотели, но при этом видим и то, что можно было бы ещё улучшить, и улучшаем.

Как пример: не так давно из Пензы нам заказали планерный мотор. Сделали мы его быстро, сразу выдав все те показатели, которые требовались. Вскоре они начали с ним летать. Мы же, покрутив на стенде, поняли, что параметры можно улучшить ещё. После этого дополнительно было сделано четыре мотора. В конечном итоге 80 килограмм статической тяги мы довели до 100,5 килограмм тяги, не увеличив при этом массы мотора, а только оптимизировав. Важно, что ресурс мотора при этом не меняется.

– Ваши разработки весьма активно обсуждаются на нескольких форумах, посвящённых мотоциклам. Достаточно часто там высказывается мнение, что двигатель с такими техническими характеристиками будет быстро перегреваться. Также высказываются сомнения по поводу заявленного запаса хода на одной зарядке батареи в 150 километров. Что вы можете на это ответить?

В.: При такой высокой удельной мощности, как у нас, нагрев происходит достаточно серьёзный, и это тепло надо отводить. Но те мощности, которые двигатель выдаёт, могут реализовать только спортсмены, да и то на очень тяжёлом грунте (на песке или в грязи). На трассе в Ижевске спортсмен около полутора часов гонял на нашем мотоцикле в тренировочно-спортивном режиме, и ни один датчик температуры не показал превышения допустимой границы.

А при городском режиме вообще задействуется только половина или даже 30% от максимальной мощности. Кроме того, в отличие от бензиновых двигателей, которые перегреваются в пробках и на светофорах, электромоторы в этот момент, наоборот, охлаждаются. Как только вы остановились, сбросили газ, двигатель тоже останавливается: нет ни тока, ни напряжения – он остывает.

Но в любом случае систему отвода тепла мы тоже основательно проработали. Основной источник нагрева в нашем двигателе – медная обмотка. Через цепочку элементов (диэлектрическая прокладка, статор, электротехническая сталь, алюминиевые компоненты) тепло от медной обмотки доводится до ребристой поверхности двигателя, после чего уходит в атмосферу. Набрать рёбрами поверхность теплоотвода проблем не составляет. Проблема кроется в длине той самой цепочки элементов, по которой должно пройти тепло. Соответственно, стояла задача цепочку оптимизировать, что мы и сделали за счёт целого ряда усовершенствований. Стальные элементы, где это возможно, делали тоньше, алюминиевые – наоборот, утолщали. Да и сам путь отвода тепла удалось укоротить.

Д.: Если вы заедете в какую-нибудь пустыню, зароете мотоцикл в полколеса в песок и будете держать полный газ, то перегреется даже двигатель с водяным охлаждением. Естественно, перегреется и наш электромотор. Но даже на этот случай мы предусмотрели решение, поместив в двигатель датчик температуры, который замеряет её каждые полсекунды. Если по какой-то причине двигатель разогревается больше чем на ? от температуры, которую он способен выдержать, то контроллер начинает снижать мощность двигателя, и, соответственно, рост температуры замедляется, либо она начинает падать. Такие же датчики температуры стоят в аккумуляторной батарее и в контроллере, поскольку и у них есть термопределы, выше которых они нагреваться не должны. Такая система контроля стоит как на спортивном, так и на городском варианте мотоцикла.

В нашей следующей модели мотоцикла, который будет аналогом 250 куб. см., мы закладываем более мощный двигатель и как опцию планируем сделать жидкостное охлаждение. По нашим расчётам, в городском варианте этот двигатель будет спокойно работать и с воздушным охлаждением, а вот для спорта жидкостное охлаждение понадобится. Кстати, мотоцикл с нашим мотором мы планируем выставить для участия в Дакаре-2018. Нашим партнёром является гонщик Арно Жакар, который в Дакаре-2017 участвовал на электрическом мотоцикле собственной конструкции, причём несколько её элементов были нашими. И здесь достичь хорошего результата без жидкостного охлаждения, конечно, не получится.

– А что всё-таки с запасом хода?

Д.: Заявленные нами цифры означают следующее: на большой батарее, состоящей из 600 элементов, вы можете проехать 150 км в городском режиме со средней скоростью 50-60 км/ч при плюсовой температуре. Батарея может спокойно работать до минус 10-15 градусов, но при этом она, конечно, потеряет часть своей ёмкости. Для более низких температур нужны более дорогие батареи.

Мы намеренно делаем батарею относительно небольшой, потому что понимаем важность такого параметра как стоимость. Но в следующей модели у нас будет возможность опционально добавлять ещё одну батарею и тем самым увеличить пробег чуть ли в не в два раза. Но при этом увеличится и вес мотоцикла, и его цена.

Сейчас в мире активно ведутся разработки новых элементов питания. Производители обещают, что через год-два аккумуляторные элементы будут в два раза легче, в два раза мощнее, в два раза дешевле. На этот случай мы сделали такую конструкцию батареи, которая может быть заменена в любой момент.

Вообще, что касается запаса хода, то я считаю, что для города и 150 километров вполне достаточно. Потому что редко кто из мотоциклистов за день проезжает больше. И если просто приучить себя, что каждый день свою технику нужно подключать к розетке, то ни с какими проблемами мы не столкнёмся. На самом деле к этому нас уже приучили смартфоны. Мы заряжаем их каждый день и особых неудобств от этого не чувствуем. То есть проблема эта, скорее, не в технике, а в нашей голове. Конечно, если ты едешь далеко, то встаёт вопрос о сети зарядных станций, но это – отдельная тема.

В.: Батарею мы поместили в алюминиевый корпус. Внутри – пластиковые сепараторы, жёсткие соединения всех элементов, системы отвода тепла и подогрева батареи, защита от коротких замыканий и перегрева, датчики влаги и несколько процессоров. Благодаря всему этому батарея функционирует очень надёжно. Причём всё это совершенно герметично, то есть можно заехать в воду, выехать и двигаться дальше. Падений батарея тоже не боится. В процессе тестирования мы благополучно роняли её с высоты 10 метров.

– С какими основными сложностями столкнулись в процессе работы?

В.: Всё шло последовательно. Разработали один компонент – принимались за другой. Побороли двигатель – начинали бороться с электроникой. Могу сказать, что с электроникой возились даже дольше, чем с моторами. И мозгов, и времени, и денег в неё было вложено в разы больше, чем в само железо.

Но разработать мотоцикл было только половиной пути. Когда у нас это всё поехало, то начались испытания на трассе: прыжки, удары, падения. Оказалось, что испытания на стенде и в реальности – совершенно разные вещи. На стенде двигатель работает на одних и тех же оборотах, с одним и тем же моментом. А в гонке газ и тормоз могут поменяться несколько раз в секунду. Я уже не говорю о том, какие там нагрузки: вы летите в воздухе, даёте газу для стабилизации полёта, с этим газом приземляетесь и получаете резкое ударное торможение. Наши программисты долго занимались оптимизацией программы, чтобы она всё это смогла переваривать.

Нагрузки, которые может получить двигатель в спортивном режиме, невозможно рассчитать с самого начала. Испытания на стенде ничего не дают. Всё это надо ловить только в реальных, боевых условиях. Более того, влияют и многие другие факторы: трасса, покрышки, погода… И всё это нужно было учесть.

– Сколько мотоциклов вы на данный момент сделали?

В.: Три спортивных и один городской. Сейчас мы завершаем их тесты. Но фактически это одна модель, которая и пойдёт в серию. Двигатель, рама, подвеска – и для кроссового, и для городского будут одинаковы. Для городского варианта это очень даже круто – иметь подвеску, которая выдерживает 40-метровые прыжки. На то, чтобы делать совершенно разные модели кроссового и городского мотоциклов, финансовых средств у нас сейчас нет. Городской от кроссового будет отличаться только колёсами и большей батареей. Также в городском будут добавлены поворотники и фары.

Когда мотоциклы уже будут запущены в серию, в городском варианте также, скорее всего, будем использовать более простые переднюю вилку и амортизаторы.

– Каковы у вас планы на ближайший год?

Д.: Сейчас мы находимся на стадии переговоров по привлечению инвестиций для запуска серийного производства и определяемся с мощностями, на которых могли бы производить двигатели и контроллеры. Делаем всё возможное, чтобы уже через год начать продажи наших электромотоциклов. Один из рабочих вариантов – это Удмуртия. Мы общались и с правительством республики, и с представителями местных заводов, говоря о том, что было бы неплохо возродить марку Иж, назвав её Иж Электро. Интерес в республике к этому есть, но пока мы только ведём переговоры и оцениваем, насколько реально это реализовать.

– Если мотоцикл пойдёт в серию, то каким образом планируете осуществлять сервисное обслуживание?

В.: Желающих поучаствовать в дилерской сети достаточно много. Обслуживание и ремонт таких мотоциклов намного проще, чем бензиновых. Там нет трущихся деталей, за исключением двух подшипников. ТО такого мотоцикла – это фактически только обслуживание амортизаторов и переднего тормоза.

– Ну и в заключение: имеет ли ваша разработка потенциал для тиражирования?

Д.: Наша главная компетенция – это электропривод, который может использоваться в любых транспортных средствах, везде, где что-то движется. Электромотоцикл – это лишь одна из областей, где он востребован. Уже сейчас мы включены в проекты по созданию очень интересного электрического квадроцикла и электрических планеров. Двигатели для каждого из направлений свои. Они могут отличаться статорами, роторами, но технология их создания одна и та же – та, которую мы уже отработали на мотоциклах.