На пути к “нулевому выборосу” с HydroGen4 от компании GM

• Европейская версия модели Chevrolet Equinox Fuel Cell
• Буферная батарея для улучшения ходовых качеств и рекуперации энергии при торможении
• Электрический турбонагнетатель подает воздух к топливным элементам

Модель HydroGen4 является автомобилем компании GM, относящимся к четвертому поколению технологии топливных элементов. "Применение энергетических установок, в которых в качестве топлива используется водород, подчеркивает стремление компании General Motors к тому, чтобы автомобиль перестал быть объектом экологических дебатов и снизить нашу зависимость от нефти", - говорит Карл-Петер Форстер (Carl-Peter Forster), Президент Отделения GM Europe. В модели HydroGen4 применена наиболее совершенная энергетическая установка на топливных элементах, когда-либо созданная компанией GM. Она служит важной вехой на пути к полному отходу от вредных выбросов и созданию конкурентоспособных технологий с топливными элементами для автомобилей. HydroGen4 демонстрирует значительный прогресс в пригодности к повседневной эксплуатации, динамике и надежности по сравнению с предшественником".

Разработка топливных элементов в компании GM также выходит на новый организационный уровень. "Исследовательское подразделение Fuel Cell Activities (FCA) с более чем 600 сотрудниками в настоящее время интегрируется в службы разработки серийной продукции, придавая этой теме особую важность", - добавляет Карл-Петер Форстер. "В этом заключается подготовка к серийному выпуску автомобилей на топливных элементах". Более 400 инженеров будут теперь действовать в рамках организации Powertrain, еще 100 - участвовать в разработке глобальных продуктов с целью их интеграции в автомобили GM будущих поколений с топливными элементами.

Более 100 автомобилей четвертого поколения готовы для глобального распространения

Модель GM HydroGen4 (длина/ширина/высота: 4796/1814/1760 мм) является европейской версией автомобиля Chevrolet Equinox Fuel Cell. Планируется, что осенью 2007 г. первая партия этих автомобилей с топливными элементами - общим числом в более чем 100 автомобилей - появится на дорогах США. Они примут участие в экстенсивном тестировании и демонстрационном проекте, называемом "Project Driveway". Автомобили будут переданы клиентам, поэтому специалисты компании GM смогут изучать все аспекты пользования автомобилем и его заправки водородом. Результаты наблюдений будут использованы в последующих разработках. С середины 2008 г. десять автомобилей HydroGen4 примут участие в повседневном тестировании в рамках работы организации Clean Energy Partnership (CEP) в Берлине. Во второй фазе тестирования, которое будет проводить CEP, автомобили будут переданы водителям с различными манерами вождения для испытаний в повседневной эксплуатации.

Топливная батарея модели HydroGen4 содержит 440 последовательно соединенных элементов. В целом система генерирует электрическую мощность до 93 кВт. С помощью асинхронного электродвигателя мощностью 73 кВт/100 л.с. она разгоняет автомобиль с нуля до 100 км/ч приблизительно за 12 секунд. Максимальная скорость переднеприводного автомобиля составляет около 160 км/ч.

Запланированная долговечность модели HydroGen4 составляет два года/80000 км пробега. Энергетическая установка может использоваться при минусовой температуре, что является значительным преимуществом по сравнению с предшественником, моделью HydroGen3, и важной особенностью с учетом необходимости использования автомобиля с топливными элементами в повседневной жизни. Такое усовершенствование стало возможным благодаря продуманному сочетанию термоизоляции, управления потоками воды и общей стратегии управления энергетической установкой.

Четырехместная модель обладает уровнем комфорта, безопасности и полезным пространством, характерными для обычного современного автомобиля. Она оснащается подушками безопасности для водителя и переднего пассажира. Устанавливаются также системы ABS, противобуксовочная система и система ESP.

4,2 кг сжатого водорода обеспечивают запас хода до 320 км

В ходе разработки модели HydroGen4 ученые и инженеры компании GM, работавшие в научно-исследовательских центрах в районе Honeoye Falls (Нью-Йорк), Торрэнс (Калифорния) и Майнц-Кастель (Германия), имели возможность пользоваться многочисленными материалами и опытом, полученными при экстенсивных и жестких натурных тест-драйвах предшественника, выпущенного в 2002 г. (см. соответствующий раздел).

Существовало, например, две версии модели HydroGen3. Один вариант работал на сжиженном и охлажденном до -253°C водороде, другой - на сжатом водороде. Выбор был сделан в пользу газообразного водорода. "Главной причиной отказа от жидкого водорода стало его неизбежное кипение", - объясняет д-р Удо Винтер (Udo Winter), Директор Отделения GME Fuel Cell Activities. "Даже при наличии оптимальной термоизоляции содержимое бака постепенно нагревается, что приводит к испарению жидкого водорода и увеличению давления в баке. Через несколько дней необходимо удалять газообразный водород на неподвижном автомобиле с неизбежным снижением запаса его хода. Таких потерь нет в автомобилях с баком, в котором хранится газообразный водород".

Модель HydroGen4 оснащается баком, изготавливаемым из углепластика, с тремя секциями, в которых находится газообразный водород, сжатый до 700 бар. Бак может содержать 4,2 кг водорода. Этого количества топлива хватает для пробега 320 километров.

Буферная аккумуляторная батарея позволяет рекуперировать энергию при торможении

В состав новой энергетической установки входит никель-металл-гидридная буферная аккумуляторная батарея емкостью 1,8 кВт ч. Она позволяет улучшить ходовые характеристики автомобиля и сглаживает пиковые нагрузки в энергетической установке. Повышена и эффективность энергетической установки в целом, поскольку энергия, выделяемая при торможении модели HydroGen4, может возвращаться в энергетическую установку. При торможении или движении с отпущенной педалью акселератора система переключается в режим генератора для заряда аккумуляторной батареи.

Если необходимо более сильное торможение, замедление обеспечивается при помощи гидропривода, такого же, как в обычных автомобилях. Эта комбинация рекуперативного и традиционного торможения называется "смешанным торможением". К действию этой системы подключаются такие системы повышения устойчивости, как ABS или ESP. Обычный тормозной гидропривод используется и тогда, когда требуется замедление, которого не может обеспечить система рекуперации, что связано с размерами генератора и ограничением входной мощности аккумуляторной батареи.

Наличие аккумуляторной батареи и технологии смешанного торможения важны также для создания инновационного электромобиля GM E-Flex, над которым сейчас работает компания.

Электрический турбонагнетатель подает воздух к топливным элементам

"Сердцем" модели HydroGen4 является батарея топливных элементов. В топливных элементах происходит преобразование химической энергии в электрическую без сгорания топлива. В результате электрохимической реакции водород соединяется с кислородом при образовании воды, и выделяется электроэнергия.

Электрохимический процесс в топливных элементах происходит следующим образом: водород на анодном катализаторе расщепляется на фотоны и электроны. Положительно заряженные фотоны проходят через мембрану к катоду, в то время как отрицательно заряженные электроны проходят по внешнему контуру, создавая при этом электрический ток. На катодном катализаторе кислород вступает в реакцию с электронами и протонами с образованием воды. Батарея, состоящая из большого числа топливно-гальванических элементов, способна генерировать мощность, достаточную для привода электродвигателя.

В отличие от предшественника, топливные элементы в батарее располагаются горизонтально, а не вертикально, что связано с компоновочными особенностями - для оптимального расположения отдельных компонентов в автомобиле. Другим отличием от энергетической установки HydroGen3 является то, что в модели HydroGen4 вместо винтового компрессора, устанавливаемого возле катода, применяется электрический турбокомпрессор для подачи воздуха к топливным элементам. Это позволило повысить эффективность установки и снизить уровень шума.

Технические характеристики модели GM HydroGen4