Есть ли будущее у транспорта на топливных элементах?
- Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям
- Опубликовано 23.07.2016 19:50
- Автор: Abramova Olesya
Топливные элементы в качестве двигательной установки автомобиля во многом превосходят аккумуляторные батареи, так как эквивалентное количество энергии в этом случае занимает меньше веса и объема. На рисунке 1 показана практическая дальность пробега автомобиля с питанием от топливных элементов в сравнении со свинцово-кислотными, никель-металл-гидридными и литий-ионными аккумуляторными батареями. (Смотрите также BU-210: Как устроен топливный элемент).
Рисунок 1: Дальность пробега в зависимости от способа аккумуляции энергии. Нелинейная зависимость у аккумуляторных батарей накладывает ограничения на их размер и вес. Топливные элементы же имеют более линейную зависимость и этим похожи на двигатели внутреннего сгорания.
Примечание: 35 МПа резервуар с водородом подразумевает давление в 5 000psi, а 70 МПа — 10 000psi.
Приведенная информация дает понять, что аккумуляторные батареи становятся слишком тяжелыми вследствие попыток создания электромобиля, способного преодолеть большое расстояние. Топливные же элементы обладают характеристиками, сходными с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), и их эксплуатация для вождения на большие расстояния будет требовать лишь дополнительного топлива.
Вес топлива является крайне важным моментом для воздушного транспорта. Авиалайнеры заправляются только тем количеством топлива, которое необходимо для достижения точки назначения, и по мере полета потребляют все меньше топлива из-за снижения своего веса. По расчетам, если бы керосин в самолете был заменен на аккумуляторные батареи, полет продолжался бы всего 10 минут.
Хотя топливные элементы для транспортных средств и имеют сходство с ДВС, их инертность и ограниченный диапазон мощности все таки вынуждают дополнительно комплектовать такие транспортные средства аккумуляторными батареями. В связи с этим, автомобиль на топливных элементах напоминает электромобиль со встроенным зарядным устройством, которое поддерживает уровень заряда аккумуляторной батареи. Это приводит к возникновению коротких циклов зарядки/разрядки, которые снижают износ аккумуляторной батареи в сравнении с эксплуатацией обычного электромобиля; такой двигательный агрегат имеет сходство с гибридным.
| Standard Range AGM | Deep Cycle Range AGM | Gellyte Range GEL |
 |
 |
 |
| 10 - 12 лет / 600 циклов | 10 - 12 лет / 700 циклов | 10 - 12 лет / 750 циклов |
| универсальная серия AGM | для глубоких разрядов AGM | универсальная серия GEL |
Топливный элемент автомобиля среднего размера генерирует мощность около 85 кВт (114 л. с.) для зарядки 18 кВт*ч аккумуляторной системы и питания электродвигателей. При запуске такой автомобиль полностью зависит от аккумулятора, топливный элемент способен прийти на помощь только после достижения стабильного состояния в течение 5-30 секунд. Во время прогрева аккумулятору также необходимо обеспечить питание воздушного компрессора и насосов. После нагрева топливный элемент уже способен обеспечить достаточную мощность для движения, однако при ускорении или преодолении подъема все еще будет требоваться помощь аккумулятора. Возникающая при торможении кинетическая энергия используется для подзарядки аккумуляторной батареи.
Водород стоит примерно в два раза дороже бензина, но более высокий КПД топливного элемента по сравнению с ДВС уравнивают эти две системы. Дополнительным преимуществом топливных элементов является отсутствие выбросов парниковых газов.
Водород чаще всего получают из природного газа. Вы можете спросить: «Почему бы не сжигать природный газ в генераторе вместо того, чтобы преобразовывать его в водород методом паровой конверсии, а затем превращать в электричество в топливном элементе для питания электродвигателя?». Ответ на этот вопрос состоит в эффективности. Сжигание природного газа в камере внутреннего сгорания для выработки электроэнергии имеет КПД всего 26-32%, в то время как эффективность топливного элемента находится на уровне 35-50%. Но с другой стороны, оборудование, требуемое для поддержки топливного элемента, является более дорогостоящим и требует большего ухода в сравнении с простым процессом горения.
Недостатком транспорта на топливных элементах является дороговизна создания водородной инфраструктуры. Заправочная станция, способная преобразовывать природный газ в водород, достаточный для заправки 2 300 автомобилей, стоит более $2 млн, или $870 на автомобиль. Для сравнения, зарядная станция второй категории для электромобилей может брать энергию прямо из бытовой электросети. Преимуществом автомобиля с топливным элементом в этом сравнении будет быстрое пополнение запасов топлива, сравнимое с заполнением бака жидким топливом.
| Marin GEL Range | Deep Cycle GEL Range | Solar GEL Range |
 |
 |
 |
| 10 - 12 лет / 800 циклов | 10 - 12 лет / 800 циклов | 10 - 12 лет / 800 циклов |
| для электромоторов лодок и катеров | для глубоких циклических разрядов | для солнечных электростанций |
Долговечность является еще одним фактором, сдерживающим распространение топливных элементов, но постепенно улучшения затрагивают и эти факторы. Срок службы автомобиля с топливным элементом уже увеличен с 1 000 часов до 2 000 часов. Целью ближайшего будущего является доведение этого показателя до 5 000 часов или 240 000 километров.
Еще одной проблемой является стоимость автомобиля с топливным элементом, которая значительно превышает не только аналог с ДВС, но и подключаемый гибрид При низких ценах на топливо, альтернативные двигательные установки не могут быть экономически оправданными, и актуальны лишь с точки зрения экологии. В Японии предпринимаются усилия по созданию нового поколения топливных элементов, которые смогут стать полноправной альтернативой ДВС и электромобилям. Компания Toyota вообще планирует постепенный отказ от ДВС к 2050 году, другие автопроизводители также постепенно присоединяются к подобным начинаниям.
Последнее обновление 2016-03-06
Контроль и защита аккумуляторов
| Батарейный монитор | Защита от глубокого разряда | Батарейный балансир |
 |
 |
 |
| контроль более 25 параметров, история и синхронизация | защита от низкого и высокого напряжения, возможность регулировки | для 12, 24, 36 и 48В систем, возможность параллельного подключения |
