Устройство автомобиля на топливных элементах.

Основные технологические решения, которые Toyota применяет в современных автомобилях на топливных элементах.
На примере TOYOTA FCHV-adv ;)

Устройство автомобиля на топливных элементах.

Топливный элемент.

Топливные элементы построенные на основе мембраны обмена протонов на текущий момент считаются лучшим видом топливных водородных элементов для автомобилей. Химическая реакция между кислородом и водородом проходящая в этом устройстве производит электричество для питания автомобиля.

Топливный элемент содержит набор элементов MEA — мембранно-электродных сборок разделённых сепараторами.

MEA (Membrane Electrode Assembly) — это твёрдая и тонкая плёнка-мембрана из полимерного электролита со слоями специального катализатора. Полимер пропускает ионы водорода (протоны), но не пропускает электроны. Одна ячейка вырабатывает меньше 1 Вольта. Последовательное соединение несколько сотен элементов позволяет добиться достаточного для работы силовой электроники напряжения.
Сэндвич из топливных элементов называют fuel cell stack (FC stack) или блок топливных элементов.

Основное преимущество топливных элементов — это высокая энергетическая эффективность. Получать электричество из водорода без горения можно с очень высоким КПД. Теоретически, в электричество можно преобразовать 83% энергии содержащейся в молекуле водорода. Это больше чем удвоенная эффективность бензинового двигателя!

Механизм получения электрической энергии из водорода и кислорода в топливных элементах.

При работе водород подаётся к аноду, а воздух из атмосферы к катоду.

1. Водород поступает к стороне анода.
2. При помощи катализатора молекулы водорода теряют электроны.
3. Электроны освобождённые из водорода движутся по электрической цепи от анода к катоду, создавая электрический ток.
4. Потерявшие электрон молекулы водорода становятся ионами и движутся через мембрану из полимерного электролита от анода к катоду.
5. Ионы водорода связываются с содержащимся в подаваемом к катоду воздухе кислородом и электронами, образуя воду.

 

Аккумуляторная батарея.

Аккумуляторная батарея предназначена для хранения полученного топливным элементом электричества и сбора энергии торможения.
TOYOTA FCHV-adv оснащена NiMH аккумулятором с максимальной мощностью 21 кВт.

Электрический мотор.

В TOYOTA FCHV-adv применён специально разработанный мотор синхронного типа.
Этот же мотор функционирует как генератор в режиме рекуперативного торможения.
Максимальная мощность: 90 кВт. / 122 л.с.
Максимальный крутящий момент: 260 Нм.

Блок управления питанием.

Блок управления питанием в TOYOTA FCHV-adv содержит инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный для питания электромотора, и конвертера выдающего постоянный ток для зарядки аккумуляторной батареи и питания электрической системы автомобиля.
Блок осуществляет точный контроль за выходной мощностью блока топливных элементов, состоянием заряда и режимами работы аккумуляторной батареи.

Баки высокого давления.

В TOYOTA FCHV-ADV установлены водородные баки высокого давления 70 МПа. В самом внутреннем слое бак имеет вкладыш из полиамидного материала который обладает высокой прочностью и превосходной способностью предотвращения протекания водорода. Увеличение бака и снижения его веса были достигнуты за счёт использования самых оптимальных материалов, улучшения конструкции и методов производства, и сведения к минимуму толщины стенки за счет оптимизации угла намотки, напряжения и объема углеродного волокна.