Series Future: Revolutionerende hydrogenbrændselscellepakke

Honda FCX klarhed

Princip for driften af ​​en brændselscelle De vigtigste komponenter i en brændstofcelle er elektroder, en polymerprotonbyttermembran, der fungerer som en fast elektrolyt og en katalysator. Hydrogen under tryk kommer ind i anodens overflade, mens det nedbrydes i to ioner og to elektroner (katalysatoren fremskynder denne proces). Elektroner går ind i det eksterne kredsløb, danner en elektrisk strøm og falder på katoden. På samme tid ankommer ilt også katoden fra luften, som rekombinerer med brintioner, der passerer gennem membranen og elektroner fra det ydre kredsløb for at danne vand.

Layoutet på kraftværket Honda FCX Clarity giver dig mulighed for at realisere et rummeligt interiør, en rummelig bagagerum og et chassis med skarp håndtering

FCX klarhed elektrisk drivstrøm koaksial Ved at placere hovedtransmissionsakslen inde i den hule rotor med permanente magneter kunne Honda-ingeniører placere motor, transmission og kølesystem i et enkelt hus

1999 Honda introducerer den første prototype brintbiler FCX-V1 og FCX-V2

2002 FCX-V4-prototypen blev den første brintbil, der nogensinde er godkendt til kommerciel brug.

2004 New York State bliver Hondas anden virksomhedskøber af brintbiler

2005 Honda introducerer anden generation af FCX. Bilen overføres til den rigtige familie af John Spallino

2007 Honda introducerer FCX Clarity med tredje generation af V Flow Stack-brændselscelle på Los Angeles Auto Show

2008 FCX Clarity bliver den første produktionsbrintbil

FCX Clarity samlebånd på fabrikken i Takanesawa ligner et videnskabslaboratorium snarere end en bilfabrik. Mange operationer udføres i specielle ultra-rene værelser. Den mest komplicerede proces med fremstilling af brændselsceller og deres efterfølgende installation i færdige pakker udføres på Honda Engineering i byen Haga. Ifølge chefen for Center for Avanceret Udvikling af Honda Katsuaku Umittsu er virksomheden allerede i stand til at producere tusinder af brintbiler hvert år, men på grund af den svage udvikling af brintinfrastrukturen i de næste tre år vil kun frigive 200 kopier af Honda FCX Clarity. Indtil videre koster hver FCX Clarity virksomheden $ 1 million.

Umittsu er overbevist om, at dette antal i løbet af få år vil blive reduceret mindst ti gange, og i fremtiden vil brintbiler være tilgængelige for masseforbrugeren.

De første fem heldige ejere af FCX Clarity blev udnævnt til en ceremoni i Takanesawa. Det viste sig at være Hollywood-producent Ron Yerks, filmskuespilleren Jamie Lee Curtis, forretningsmand og bilist Jim Salomon, Hollywood-skuespillerinden Laura Harris og den eneste ejer af den forrige generation af FCX-brintmodel i verden, John Spallino.

Ingen barnesygdomme

Den første brint Honda FCX Clarity blev vist sidste efterår på Los Angeles Auto Show. Japanerne blev tilbudt alle, der ønskede at teste det nye produkt på farten, men under prøvekørslerne var der ikke en eneste Honda-teknisk specialist i nærheden: At køre en brint FCX Clarity kræver ingen særlig uddannelse og træning. For at starte bilens kraftværk skal du blot indsætte nøglen i tændingskontakten og trykke på tænd / sluk-knappen. Samtidig høres der ingen lyd under hætten: kun de animerede skalaer på instrumentpanelet signalerer, at maskinen er klar til bevægelse. Turtælleren på panelet med det tredimensionelle billede blev taget af strømindikatoren. En kugle med en blålig baggrundsbelysning i midten informerer føreren om det aktuelle brændstofforbrug. Den skarpe håndtering, der er blevet kendetegnende for Honda, dets rummelige interiør, fremragende lydisolering og endda et lydsystem af høj kvalitet tillader os med tillid til at sige, at vi ikke står over for en laboratorieprøve, men med en ultramodern familiebil, fyldt med de nyeste elektroniske systemer, klar til bredt salg.

Reaktor ude af syne

I bund og grund er brændstofcellebiler elbiler. Faktisk i disse og i andre udføres bevægelsen takket være rotationen af ​​den elektriske motor. Den eneste forskel er i strømkilden: den elektriske bil modtager energi fra et foropladet batteri, og brintet fra en pakke brændselsceller, hvori elektrisk energi og vand genereres under oxidation af brint.

Hovedkomponenten i kraftværket og den vigtigste energikilde FCX Clarity er den revolutionerende pakke af brintstrømceller fra den tredje generation af V Flow Stack. Virksomhedens ingeniører formåede at skabe en overraskende kompakt og effektiv reaktor - den er tre gange lettere end den første generation af cellepakker, der blev udviklet i 1999, næsten tre gange mere kompakt, og dens specifikke styrke øges fire gange. Hvis før problemet med optimal placering af en pakke med celler på chassiset forvirrede designere, nu passer en let metalboks på størrelse med en computersystemenhed nemt i en central tunnel. I den nye V Flow Stack er gaskanalerne 17% tyndere. Kildegasserne passerer gennem cellerne lodret, fra top til bund: dette arrangement forenkler dræning af vand fra cellens genererende lag, hvilket er ekstremt vigtigt for en stabil proces med elproduktion. Men endnu vigtigere er det ved udformningen af ​​V Flow Stack-pakken, at man leverer arbejdsgasser til elektroderne og effektiv afkøling af cellerne, ikke lige som før, men bølgelignende ledende kanaler.

På bølgen af ​​effektivitet

Bølgelignende separatorkanaler er et kritisk element i en pakke med flere hundrede flade brændselsceller samlet som en sandwich. Brændselscellen består af to elektroder, der er adskilt af en filmelektrolytisk membran, og to diffusionslag, en pr. Anode (brint) og katode (oxygenelektrode).

Hver celle isoleres fra andre naboceller ved at adskille lag-separatorer, der penetreres af de fineste bølgelignende kanaler, der leverer brint og ilt til elektroderne. En separat lodret kanal er designet til at dræne vand fra overfladen af ​​elektroderne. Gasledende kanaler i separatorlaget er orienteret lodret, og vandrette bølgelignende kanaler i kølesystemet fletter dem som fibre i et stof. Den bølgelignende form øger kanalernes volumen med en størrelsesorden og skaber turbulensen af ​​gasser, der er nødvendige for deres effektive distribution over overfladen. Cellepræstationen i den nye V Flow Stack-pakke i den nye FCX Clarity er 10% højere end den forrige generation af celler.

For normal drift af cellerne er et stabilt temperaturregime kritisk. Den bølgelignende form af kanalerne fik lov til at halvere deres antal. Hvis der tidligere var en kanal pr. Celle, fjerner nu en kanal med et kølemiddel overskydende varme fra to celler på en gang. Som et resultat lykkedes det japanske ingeniører at reducere størrelsen på hele pakken med 20% i længden og 30% i højden. Effektiv lodret dræning af vandet, der genereres under hydrogenoxidationsreaktionen, har dramatisk forbedret ydelsen af ​​pakningen ved lave temperaturer. Den nye FCX Clarity starter roligt ved en temperatur på -30 ° C, og den tid det tager at opvarme posen til den optimale driftstemperatur er fire gange lavere.

Fyldt motor

Det næste trin efter forbedring af batteriets ydeevne var forbedringen af ​​motoren - en jævnstrøm elektrisk motor. To år før havde Honda-ingeniører oprettet en anstændig enhed til EV Plus-konceptets elbil, og projektledelsen besluttede at bruge sin ændrede version med en koaksial integreret transmission på FCX Clarity.

Den permanente magnetrotor er hul; hovedtransmissionsakslen passerer indvendigt. Antallet af magneter reduceres fra 12 til 8 for at øge strukturstyrken inde i rotoren, installeres en central afstivning. De nye magneter giver 20% bedre specifikt drejningsmoment og 50% højere enhedseffekt end den almindelige EV Plus-elektriske motor. Rotorakslen modtog nye tryklagre, hvilket positivt påvirkede motorens dynamiske egenskaber. Eksperter bemærker, at det er kendetegnet ved overraskende stille og blød drift i hele hastighedsområdet op til 12.500 o / min.

Det koaksiale arrangement af motoren, den kompakte transmission og Power Drive Unit (PDU), der er ansvarlig for at ændre egenskaberne ved strømforsyningen til kraftværket, gjorde det muligt at samle alle disse tre elementer i et enkelt tilfælde med et fælles kølesystem. Som et resultat er motoren og transmissionen af ​​den nye FCX Clarity 16 cm kortere og 24 cm kortere end den foregående generation. Samtidig steg installationens maksimale effekt med 20% og udgjorde 134 hk. Momentet respekteres selv af ejere af dieselbiler - hele 256 N • m fra de laveste hastigheder.

Energireserve

Det konceptuelle Honda FCX modelår 2005 var udstyret med to brinttanke, og den nye FCX Clarity har kun en. Men ingeniørerne formåede at øge sin brugbare kapacitet og reducere størrelsen med 24%. Fra nu af er alle hjælpeenheder i brændstofforsyningssystemet - ventiler, gearkasse og trykreguleringssystem - i et enkelt hus. Antallet af dele i elsystemet reduceres med 74%. Nu er en kompakt, holdbar aluminiums- og carbonfiberbeholder placeret bag bageste sæder i bilen, hvilket bevarer næsten hele det brugbare volumen i bagagerummet. Den maksimale køretøjs kilometertal på en brinttank er 450 km. På et kilogram brint kan FCX ​​Clarity køre 116 km.

I tidligere brintmodeller brugte Honda en massiv blok af ultra-kondensatorer som en ekstra kilde og opbevaring af elektricitet, placeret bag bagerste sæder og besatte næsten halvdelen af ​​bagagerummet. Denne beslutning var tydeligvis ikke egnet til en produktionsbil. FCX Clarity var den første, der udviklede et kompakt og rummeligt lithium-ion-batteri, der let passer under bagsædet. Derudover absorberer det meget mere energi fra ultrakapacitorer fra bremsenergegenvindingssystemet.

Nu returneres næsten 60% af denne energi til arbejdscyklussen. Batteriet leverer strøm til køretøjets elektroniske systemer, lyd- og klimasystemer, men om nødvendigt kan energien, der er gemt i batteriet, bruges til at drive motoren under spidsbelastning. Dens opladning udføres ved hjælp af et regenererende bremsesystem: når bilen bremser ned til 57% af den kinetiske energi returneres til batteriet.

Størrelsesreduktionen af ​​FCX Clarity-kraftværket, dets høje specifikke kraft, kombineret med god aerodynamik i kroppen, førte til en reduktion i energitab i form af overskydende varme. Honda-ingeniører besluttede at kombinere radiatoren i brændselscellepakken, radiatoren for motorens kølesystem og radiatoren for klimasystemet i en enkelt enhed med en enkelt ventilator. Tests har vist effektiviteten af ​​en sådan løsning. Som et resultat blev der genindfanget så meget som 40% af det anvendelige volumen under bilens hætte.

Selv tankning

Et af de vigtigste aspekter ved brug af brintbiler er reduktion af skadelige emissioner i atmosfæren. En brintbil er meget mere effektiv end benzin og elektriske kolleger. Brændselscellen har en virkningsgrad på cirka 80%, men den modtagne energi skal stadig konverteres til den kinetiske energi ved rotation af bilens hjul. Den elektriske motor og transmission har samme effektivitet - 80%. En brintbil har således en teoretisk effektivitet på 64%. Honda siger, at FCX Clarity er 60% effektiv. Til sammenligning konverterer en benzinbil kun 20-30% af energien i brændstof til mekanisk arbejde. En elbil er i stand til at bruge lidt over 70% af batteriets energi.

Den største hindring for den massive brug af brint som brændstof til biler er infrastruktur. Situationen ligner et klassisk dilemma: hvad skete der før - en kylling eller et æg? Det er umuligt at sælge ultra-dyre brintbiler, selv på acceptable leasingbetingelser uden et udviklet netværk af tankstationer. At opbygge et tankstationsnetværk uden en brintflåde er risikabelt. Hvad hvis hundreder af millioner aldrig vil betale sig? Hvor skal man starte?

Honda tilbyder sine kunder Home Energy Station, et eksperimentelt hjemmekraftværk, der omdanner naturgas til varme, elektricitet og brint til brændstof til en bil. Siden 2003 har en sådan forsøgsfacilitet været i drift i den californiske by Torrance. I øjeblikket er den fjerde generation af Home Energy Station blevet oprettet, meget mere kompakt og praktisk end de første tre. Et hjemmekraftværk forsyner et stort individuelt hus med elektricitet og varme fuldt ud, og genererer om nødvendigt brint fra naturgas for at tanke bilen. Japanerne har til hensigt intensivt at markedsføre Home Energy Station på markedet og skabe de første vækstpunkter for at omdanne brintbiler fra science fiction til virkelighed. Og alligevel, hvis vi tager højde for vanskelighederne i forbindelse med den industrielle produktion af brint, kan vi med sikkerhed sige: en brintbils vej til masserne vil ikke være let.

Artiklen blev offentliggjort i tidsskriftet Popular Mechanics (nr. 9, september 2008).

Anbefalet

Den britiske F-35 fløj for første gang sammen med den "usynlige" B-2
2019
“Ok Google, hvad er det?”: Genkendelse af mobilobjekter
2019
Hvem opfandt lynlåsen, og hvornår?
2019