gm hydrogen4 | Trendy | autoweek.cz

GM HydroGen4

GM HydroGen4

06.11.2009 | Rybecký Vladimír | Trendy

Vozy s palivovými články mají výhodu podstatně delšího dojezdu než auta s akumulátory, rychleji doplňují pohonné hmoty a přitom neprodukují žádné emise (jedná se o tzv. ZEV - Zero Emission Vehicle). Jejich přednosti se proto neuplatní jenom v městském provozu, jako v případě elektromobilů.

Výhodou vodíku jako pohonné hmoty je možnost využívat jej pro akumulaci energie získané z obnovitelných zdrojů, například větrných nebo slunečních elektráren, a následně k použití v dopravě. Současná světová produkce asi 50 milionů tun vodíku ročně by teoreticky stačila k provozu 300 milionů vozidel s palivovými články. Vodík se vyrábí z amoniaku (50 %), ropy (45 %) a chemickou cestou (3 %), pouhé 1 % se získává elektrolýzou z vody. Jenže elektrolýza by mohla po roce 2020 zásobovat asi polovinu všech provozovaných vozidel na světě. Nabízí tedy mnohem větší potenciál než výroba pohonných hmot z biomasy.

Použití vodíku v dopravě ale nelze realizovat bez vládní podpory, protože vyžaduje rozsáhlé investice do budování sítě čerpacích stanic. Vybudování potřebné infrastruktury v zemích EU do roku 2030 budevyžadovat investice okolo 60 miliard eur. Přednosti vodíku si v nejrozvinutějších zemích světa uvědomují a už realizují projekty, které vytvářejí podmínky pro komercializaci vodíkového pohonu. Ve Spojených státech, Japonsku a Německu se zdá být reálným komerční rozšíření vozidel s palivovými články od roku 2015. V roce 2050 by ze 200 milionů vozidel provozovaných v Evropě mohlo být 40 až 70 % poháněno palivovými články – záleží na tom, jakou podporu si doprava s využitím vodíku získá.

 

Palivové články

Palivové články vyrábějí elektrickou energii prostřednictvím chemické reakce vodíku s kyslíkem obsaženým ve vzduchu. Mezi elektrodami oddělenými difúzním médiem a reakčními membránami během této reakce vzniká napětí 1,2 V. Proto se články spojují do bloků, aby se dosáhlo vyššího napětí, potřebného pro napájení elektromotoru. Reakcí vodíku a kyslíku vzniká voda ve formě vodní páry.

Pro použití vodíku v autě je třeba rozhodnout, zda dát přednost jeho zkapalněné podobě (LHS - Liquid Hydrogen Storay, resp. LH2) nebo stlačenému plynu (CHS - Compressed Hydrogen Storay, resp. CGH2). U GM dali přednost stlačenému plynu o tlaku 70 MPa (700 bar), protože při jeho skladování nedochází ke ztrátám jako u zkapalněného (ten se neustále vypařuje do volného prostoru). Přitom mezi oběma způsoby uskladnění není významnější rozdíl v nárocích na prostor. Stlačený plyn navíc vyjde levněji, protože zkapalněný vyžaduje při distribuci neustálé udržování vysokého tlaku a nízké teploty (-253 °C). Zkapalněný vodík používá například BMW pro spalovací motor.

Při stejném objemu lze sice uložit 4,6 kg zkapalněného vodíku oproti 3,1 kg plynného, stlačeného na 70 MPa. To by teoreticky znamenalo dojezd 400 km u kapalného oproti 270 km u plynného. Jenže ve skutečnosti je ze 4,6 kg využitelných jen 3,3 kg, takže dojezd je jen 290 km. Stlačení vodíku na 70 MPa zvyšuje jeho výrobní náklady o 15 %, zatímco zkapalnění přidá 30 %.

 

HydroGen4

HydroGen4 vznikl z Chevroletu Equinox. Pro jeho pohon je připraveno 2x 220 článků typu PEM (Polymer Electrolyte Membrane), které mají celkový výkon 93 kW.

Ke stlačení vzduchu byl poprvé použit turbokompresor namísto šroubového, protože je tišší a má vyšší účinnost.

Pro zlepšení dynamiky vozidla jsou připraveny vysokonapěťové akumulátory NiMH (nikl-metal hydrid) využívající k dobíjení rekuperaci energie při brzdění, kdy hnací elektromotor pracuje jako generátor. Akumulátory jsou schopny přidat dalších 35 kW.

Trakční elektromotor je třífázový synchronní s integrovanými planetovými převody. Pro jeho pohon byl do elektrického obvodu zařazen konvertor ze stejnosměrného na střídavý proud. Elektromotor má stálý výkon 73 kW a největší výkon 94 kW. Točivý moment je 320 N.m prakticky v celém rozsahu otáček od nuly do maxima.

Nádrže na vodík tvoří tři válcové nádoby vyrobené z kompozitního materiálu na bázi uhlíkových vláken s křížovou strukturou vláken pro vyšší pevnost ve všech směrech. Při tlaku 70 MPa je v nich uloženo 4,2 kg vodíku. Nádrže jsou testovány proti proražení, proti požáru, musejí odolat vibracím, ale i proti průstřelu. Díky lehké konstrukci nádrží je zavazadlový prostor vozu takřka stejný jako u verze se spalovacím motorem, a to s objemem 960 l. Užitečná hmotnost dosahuje 340 kg

Změněný systém pohonu si vyžádal změnu nosné struktury vozu. Vozy s  fungujícím systémem pohonu palivovými články a s vodíkem v nádržích absolvovaly 15 crash-testů. Jejich výsledky byly zcela ve shodě s virtuálními crash-testy.

Equinox poháněný zážehovým motorem má kombinovanou spotřebu 9,6 l/100 km, zatímco ekvivalent energie dodávané palivovými články přepočtený na množství benzinu je 4,6 l/100 km. To ukazuje, že systém pracuje s dvojnásobnou účinností.

HydroGen 4 je schopen spouštění i při teplotách pod bodem mrazu, protože kombinací tří systémů se podařilo předcházet zamrzání vody v článcích a tím i riziku poškození membrán. Díky tomu se může provozní teplota okolí pro bezproblémový provoz vozidla HydroGen 4 pohybovat v rozmezí -25 až +45 °C.

Díky lehké konstrukci nádrží z uhlíkových kompozitů je zavazadlový prostor vozu takřka stejný jako u verze se spalovacím motorem.

Každý z vozů HydroGen4 stál okolo půl milionu eur. Projektovaná životnost vozidla je 2,5 roku resp. 80 000 km.

 

Auta u zákazníků

V rámci projektu Driveway koncern General Motors vyrobil přes sto vozidel HydroGen4. Ve Spojených státech už tato vozidla v rámci nejrozsáhlejšího zákaznického testu na světě najezdila více takřka milion km a za jejich volanty se vystřídalo přes 4000 lidí, kteří se mohli přihlásit prostřednictvím internetu. Ze 100 000 uchazečů bylo vybráno vždy 30 rodin, které dostaly vozidla k běžnému užívání na dva až tři měsíce. Vloni Opel vybral devět významných společností, které se staly jejími partnery v rámci projektu Berlin CEP (Clean Energy Partnership). Každá dostala jedno vozidlo k běžnému každodennímu použití. Tato desítka vozů (desátý používá Opel) přijela do Berlína ze Šanghaje po ose a dnes už mají najeto kolem 10 000 km bez sebemenších problémů.

Cílem projektu je jednak sběr zkušeností z užívání těchto vozidel a jejich doplňování pohonnými hmotami běžnými zákazníky, stejně jako propagace tohoto systému pohonu.

 

Jízda

Jedno z vozidel HydroGen4 jsme si mohli vyzkoušet v ulicích Berlína. Po spuštění elektrického obvodu je potřeba asi minutu počkat na přípravu systému. Po signalizaci povolující rozjezd už vše probíhá jako u normálního vozu se samočinnou převodovkou. Pouze chybí charakteristický zvuk motoru, který nahrazuje zvuk kompresoru, zásobujícího články stlačeným vzduchem.

Mohutný točivý moment je k dispozici při jakýchkoliv otáčkách. Elektromotor ovšem nemá žádný brzdný moment, což vzhledem k poměrně málo účinným brzdám Chevroletu s následným prudkým náběhem představovalo jediný problém, se kterým se bylo třeba chvíli vyrovnávat.

Rozdíl zaznamenáváme po zastavení, když ještě chvíli vycházejí z výfuku obláčky. Nelze odolat si nečichnout - je to opravdu jen čistá vodní pára.

Zkusili jsme i tankování vodíku. Je snadné, v podstatě shodné s doplňováním benzinu či nafty. Doplnění nádrží trvá okolo tří minut. Je to umožněno tím, že u tohoto vozu je potřebné už jen jediné spojení vozu s čerpací stanicí - kromě doplňování vodíku je vůz propojen prostřednictvím WLAN se stanicí pro automatickou výměnu dat určených pro servisní stanici vozidla.

 

GM HydroGen4

Charakteristika

Pětidveřový čtyřmístný crossover s pohonem předních kol.

Základní rozměry

Délka 4796 mm, rozvor náprav 2858 mm. Zavazadlový prostor 960 l. Pohotovostní hmotnost 2010 kg, užitečná 340 kg. Nádrž na 4,2 kg vodíku o tlaku 70 MPa (700 bar).

Pohonná jednotka

Třífázový synchronní elektromotor, stálý výkon 73 kW, největší 94 kW. Točivý moment 320 N.m v celém rozsahu otáček.

2x 220 palivových článků typu PEM (Polymer Electrolyte Membrane), celkový výkon 93 kW. Akumulátory NiMH o 35 kW.

Bezpečnostní výbava

4 airbagy (dva čelní a dva pro případ převrácení, což je ve shodě s americkými standardy), TC, ESP StabiliTrak.

Jízdní výkony

Největší rychlost 160 km/h, zrychlení z 0 na 100 km/h za 12,0 s. Dojezd 320 km. Provozní teplota okolí -25 až +45 °C.

 

  • GM HydroGen4
  • GM HydroGen4
  • GM HydroGen4
  • GM HydroGen4
  • GM HydroGen4
  • GM HydroGen4
  • GM HydroGen4
  • GM HydroGen4
  • GM HydroGen4
  • GM HydroGen4
  • GM HydroGen4
  • GM HydroGen4
  • GM HydroGen4