Fuel Cell. Автомобили на топливных элементах

05.01.2010

Из нашего форума: «Братцы, помогите! Топливная батарейка перестала работать, самодиагностика показала утечку водорода, в чем может быть причина? Код неисправности Wххххххх»
Форум ЛЕГИОН-АВТОДАТА, 2019 год

Четыре года назад представители автомобильного концерна GM сделали прогноз, который многим показался фантастическим:

«… стоимость автомобилей на водородных топливных элементах в течение ближайших 10-15 лет сравняется со стоимостью бензиновых аналогов».



И стоило зарыться в информацию по данному вопросу, как оказалось, что все ведущие автомобильные компании уже давно занимаются этим вопросом. И не только занимаются, а уже начали выпускать серийные образцы в ограниченных версиях (к большому сожалению надо отметить, что российская автопромышленность не входит в число «ведущих» и продолжает штамповать автомобили с названиями «Жигули» и «Лада»).

Так как наш форум «япононаправленный», то первым представим автомобиль японского концерна:

На приведенной справа блок-схеме показано устройство и расположение компонентов:

- красным цветом выделены устройства, относящиеся к нововведениям \ system\fuel cell

- желтым: компоненты и устройства, использующие выработанную энергию (приблизительно как в автомобиле Prius)

Принцип действия Fuel Cell:

- это устройство, которое превращает энергию химических реакций в электрическую энергию

FUEL CELL (топливная ячейка, элемент) является электрохимическим устройством. Она похожа на обычный гальванический элемент, но отличается способом подачи вещества, необходимого для производства электрохимической реакции:

- в батарейке или аккумуляторе это вещество строго ограничено

- в Fuel Сell вещество для электрохимической реакции подается извне

Выработанная таким образом энергия передается в HV Battery Pack, имеющей такие параметры (для TOYOTA FCHV):

HV Battery Pack
Battery pack voltage 274-Volts
NiMH battery module dimensions (inches) 11x3/4x4
NiMH Battery module weight 2.2 lbs
Battery pack weight 100 lbs

Что говорят в мире о таком нововведении:

Fuel Cell является только промежуточным звеном и рассчитана на очень большой срок работы. Для примера:

- когда сжигается обычное топливо, его окисление производится кислородом, а выделившаяся энергия идет на совершение полезной работы.

- в топливном элементе реакции окисления топлива и восстановления кислорода разделены пространственно, а процесс «сжигания» происходит только тогда, когда ток отдается в нагрузку (топливный элемент не является тепловой машиной и не подчиняется законам Карно, эффективность его работы не определяется разностью температур).

Fuel Cell использует в качестве окислителя кислород. Топливом является водород.

Внутри Fuel Cell протекает такая химическая реакция:

2H2 + O2 → 2H2O + электричество + тепло

На выходе мы получаем полезную энергию и водяной пар. Самым простым устройством является Fuel Cell с протонообменной мембраной:

Принцип работы:

- поданый в Fuel Cell водород разлагается под воздействием катализатора на электроны и положительно заряженные ионы водорода H+

- мембрана играет роль электролита, как в обыкновенной батарейке (пропускает протоны и задерживает электроны)

- скопившиеся на аноде электроны создают избыточный отрицательный заряд, а ионы водорода создают положительный заряд на катоде (напряжение на элементе получается порядка 0,90-1,3 вольта)

- при включении FC в нагрузку, электроны потекут через FC к катоду, создавая ток и завершая процесс окисления водорода кислородом

- катализатором в Fuel Cell обычно применяется платина

- из-за такой структуры катализатор хорошо пропускает через себя газ и электричество

- рабочая температура FC равняется от 35 до 83 гр. Цельсия

В настоящее время существуют такие виды Fuell Cell:

AFC Alkaline Fuel Cell (щелочная топливная ячейка)
PAFC Phosphoric Acid Fuel Cell (фосфорно-кислотная топливная ячейка)
PEMFC или PEFC Proton Exchange Membrane Fuel Cell or Polymer Electrolyte Fuel Cell (топливная ячейка с протонной обменной мембраной или топливная ячейка электролита полимера
DMFC Direct Methanol Fuel Cell (топливная ячейка с прямым распадом метанола)
MCFC Molten Carbonate Fuel Cell (топливная ячейка расплавленного карбоната)
SOFC Solid Oxide Fuel Cell (топливная ячейка с постоянным содержанием кислорода)

В зависимости от типа применяемой FCell, топливом для неё могут быть такие вещества:

водород бензин
метанол метан
этанол пропан
окись углерода другие носители энергии с большим содержанием водорода

Однако широкому применению автомобилей, использующих Fuel Cell, пока что мешает неразвитая водородная инфраструктура. То есть, практически нет заправочных станций для подобных систем.

Кроме того, есть проблема в получении водорода и его хранении.

В настоящее время около 50 % водорода, производимого во всём мире, получают из природного газа. Все остальные способы пока что дорогие.

В катализаторе используется платина, что так же повышает стоимость.

Есть и другие проблемы, пока что нерешенные…

Как говорит Тарас Ванкевич, вице-президент сингапурской компании Horizon Fuel Cell Technologies, которая производит продукцию, работающую на топливных элементах "Эту технологию очень сложно ввести в повседневную жизнь, возможность ездить на автомобиле, приводимом в движение чем-то, что не горит и не загрязняет атмосферу, до сих пор относят к разряду фантастических".

Однако автомобильные компании видят в такой технологии будущую прибыль и уже сейчас начинают активно заниматься этим вопросом:

Ford Focus FCV

Honda FCX Clarity

Kia Sportage FCEV

Mazda RX-8 RE

Mitsubishi Nessie SUV

Toyota Fine-T (Fine-X)

В Калифорнии (США) уже применяются и проходят полевые испытания заправочные станции.

На снимке слева: Honda FCX Hydrogen Concept Car производит дозаправку




© 1999 – 2009 Легион-Автодата

Приложения:
* Статья: "Автомобили, топливные элементы и многоуровневые конверторы" Автор: Евгений Карташев, к. т. н. ссылка
* История вопроса: "...Топливные элементы были открыты еще в далеком 1839 гуду сэром Вильямом Гровом, когда он изучал электролиз воды" ссылка
* Автомобили ведущих автопроизводителей, использующих альтернативное топливо, фото и описания ссылка
* TOYOTA FCHV-adv,- фото, описание и ТТХ автомобиля ссылка
* Список автомобилей, использующих альтернативное топливо ссылка
* Видео-ролик: Honda FCX Hydrogen Fuel Cell Car ссылка
* Видео-ролик: Toyota fuel cell: Ссылка 1 / Ссылка 2
* Описание, ТТХ, блок-схемы автомобиля TOYOTA FCHV ссылка
*  Водородные программы Японии и других стран мира ссылка




Автокниги и Автолитература от Легион-Автодата

Книги по ремонту автомобилей от
интернет-магазина Легион-Автодата

• низкие цены от издателя
• оперативная доставка в любой регион
(почта, пункты выдачи, курьером)
• оплата при получении
• широкий ассортимент
дисконтная карта на скидку в Autodoc.ru, EMEX.RU и в других компаниях в подарок при покупке!



Новинки компании Легион-Автодата:

Давление в шинах и моменты затяжек колёс 2017 (настенный ламинированный плакат, 49 марок 765 моделей)
Давление в шинах и моменты затяжек колёс 2017 (настенный ламинированный плакат, 49 марок 765 моделей)
Автомобильные кондиционеры 2017 (рабочие жидкости и объемы) (настенный ламинированный плакат 49 марок производителей автомобилей, более 675 моделей)
Автомобильные кондиционеры 2017 (рабочие жидкости и объемы) (настенный ламинированный плакат 49 марок производителей автомобилей, более 675 моделей)
Nissan Diesel двигатели FE6, FE6A, FE6B, FE6C, FE6E, FE6T, FE6TA, FE6TB. Серия ПРОФЕССИОНАЛ. Ремонт.Диагностика.ТО
Nissan Diesel двигатели FE6, FE6A, FE6B, FE6C, FE6E, FE6T, FE6TA, FE6TB. Серия ПРОФЕССИОНАЛ. Ремонт.Диагностика.ТО
FORD Explorer 2002-10 (III, IV)  с бензиновыми двигателями V6(4,0 л) и V8(4,6 л). Ремонт. Эксплуатация. ТО (в фотографиях)
FORD Explorer 2002-10 (III, IV) с бензиновыми двигателями V6(4,0 л) и V8(4,6 л). Ремонт. Эксплуатация. ТО (в фотографиях)
Dodge RAM 2009-12 с бензиновыми V6(3,7 л); V8: 4,7 и 5,7 л (Hemi) и турбодизельным V6(Cummins 6,7 л) двигателями Ремонт.Эксплуатация.ТО(в фотографиях)
Dodge RAM 2009-12 с бензиновыми V6(3,7 л); V8: 4,7 и 5,7 л (Hemi) и турбодизельным V6(Cummins 6,7 л) двигателями Ремонт.Эксплуатация.ТО(в фотографиях)
Dodge RAM 2002-08 с бензиновыми и турбодизельными двигателями. Ремонт. Эксплуатация. ТО (в фотографиях)
Dodge RAM 2002-08 с бензиновыми и турбодизельными двигателями. Ремонт. Эксплуатация. ТО (в фотографиях)
FREIGHTLINER Columbia/Century Class S/T с 2000 года выпуска. Серия ПРОФЕССИОНАЛ. Шасси. Кабина. Электрооборудование. Ремонт. ТО.Эксплуатация
FREIGHTLINER Columbia/Century Class S/T с 2000 года выпуска. Серия ПРОФЕССИОНАЛ. Шасси. Кабина. Электрооборудование. Ремонт. ТО.Эксплуатация
Ford F150 2004-14 с бензиновыми двигателями, включая рестайлинг с 2009. Ремонт. Эксплуатация. ТО (в фотографиях)
Ford F150 2004-14 с бензиновыми двигателями, включая рестайлинг с 2009. Ремонт. Эксплуатация. ТО (в фотографиях)
Mercedes-Benz Viano (W639) 2004-14 диз OM651(2,2), OM646(2,2), OM642(3,0) и бенз M272(3,5), рестайлинг 2010 РемонтЭксплТО(ФОТО+Каталог расходных з/ч)
Mercedes-Benz Viano (W639) 2004-14 диз OM651(2,2), OM646(2,2), OM642(3,0) и бенз M272(3,5), рестайлинг 2010 РемонтЭксплТО(ФОТО+Каталог расходных з/ч)
Mitsubishi Outlander III c 2012 рестайлинг 2015 c бенз. 4B11(2,0), 4B12(2,4), 6B31(3,0) серия ПРОФЕССИОНАЛ. Ремонт.Экспл.ТО(+Каталог расходных з/ч)
Mitsubishi Outlander III c 2012 рестайлинг 2015 c бенз. 4B11(2,0), 4B12(2,4), 6B31(3,0) серия ПРОФЕССИОНАЛ. Ремонт.Экспл.ТО(+Каталог расходных з/ч)
Mitsubishi ASX с 2010 года серия ПРОФЕССИОНАЛ Ремонт. Эксплуатация. ТО (+Каталог расходных з/ч. Характер. неисправ)
Mitsubishi ASX с 2010 года серия ПРОФЕССИОНАЛ Ремонт. Эксплуатация. ТО (+Каталог расходных з/ч. Характер. неисправ)
Диагностический адаптер ELM327 Bluetooth Mini размер S + MotorData OBD
Диагностический адаптер ELM327 Bluetooth Mini размер S + MotorData OBD
Экскаваторы-погрузчики JCB 3CX & 4CX и их модификации 1991-2010 (2,3,4 поколения) c диз. PERKINS(4,0), JCB(4,4). Серия ПРОФЕССИОНАЛ. Ремонт.Экспл.ТО
Экскаваторы-погрузчики JCB 3CX & 4CX и их модификации 1991-2010 (2,3,4 поколения) c диз. PERKINS(4,0), JCB(4,4). Серия ПРОФЕССИОНАЛ. Ремонт.Экспл.ТО
Volvo S40, Volvo V50 2004-07 с бензиновыми и дизельными двигателями. Ремонт. ТО. Эксплуатация (в фотографиях) + Каталог расходных запчастей
Volvo S40, Volvo V50 2004-07 с бензиновыми и дизельными двигателями. Ремонт. ТО. Эксплуатация (в фотографиях) + Каталог расходных запчастей
Mercedes-Benz Vito (W639) 2003-14 рестайлинг 2010 c диз. OM651 (2,2) OM646 (2,2) Ремонт. Экспл.ТО (ФОТО+Каталог расход. з/ч. Характер. неисправности)
Mercedes-Benz Vito (W639) 2003-14 рестайлинг 2010 c диз. OM651 (2,2) OM646 (2,2) Ремонт. Экспл.ТО (ФОТО+Каталог расход. з/ч. Характер. неисправности)
Диагностический адаптер ELM327 Bluetooth размер M + MotorData OBD
Диагностический адаптер ELM327 Bluetooth размер M + MotorData OBD
Toyota Land Cruiser Prado 150 c 2009 диз. 1KD-FTV(3,0) Серия Автолюбитель Ремонт. Эксплуатация. ТО (+Каталог расходных з/ч. Характерные неисправности)
Toyota Land Cruiser Prado 150 c 2009 диз. 1KD-FTV(3,0) Серия Автолюбитель Ремонт. Эксплуатация. ТО (+Каталог расходных з/ч. Характерные неисправности)
Opel Astra, Zafira 1998-05 & Chevtolet VIva 2004-08 с бензиновыми двигателями. Ремонт.ТО.Эксплуатация (+ Каталог расходных запчастей) (в фотографиях)
Opel Astra, Zafira 1998-05 & Chevtolet VIva 2004-08 с бензиновыми двигателями. Ремонт.ТО.Эксплуатация (+ Каталог расходных запчастей) (в фотографиях)
Opel Astra, Zafira 1998-05 с диизельными двигателями. Ремонт. ТО. Эксплуатация (+ каталог расходных запчастей, в фотографиях)
Opel Astra, Zafira 1998-05 с диизельными двигателями. Ремонт. ТО. Эксплуатация (+ каталог расходных запчастей, в фотографиях)
Nissan Teana L33 с 2014 с бензиновым двигателем QR25DE(2,5 л). Руководство по ремонту . Эксплуатация. Техническое обслуживание
Nissan Teana L33 с 2014 с бензиновым двигателем QR25DE(2,5 л). Руководство по ремонту . Эксплуатация. Техническое обслуживание
Ответить на комментарий
Чтобы оставить комментарий авторизуйтесь через социальные сети или укажите ваше имя и заполните код с картинки:
Имя/Ник с форума autodata.ru*
Введите код с картинки*
CAPTCHA
Оставить комментарий
Чтобы оставить комментарий авторизуйтесь через социальные сети или укажите ваше имя и заполните код с картинки:
Имя/Ник с форума autodata.ru*
Введите код с картинки*
CAPTCHA
Войти как пользователь
Вы можете войти на сайт, если вы зарегистрированы на одном из этих сервисов:




Автокниги - ремонтируйте автомобиль своими силами