Nowe rozwiązania do sterowania ogniwami paliwowymi w samochodach

Nowe rozwiązania do sterowania ogniwami paliwowymi w samochodach

Producent ogniw paliwowych, Inteligent Energy, zlecił w ramach projektu Technology Strategy Board, firmie Prodrive opracowanie elektronicznego urządzenia sterującego (ECU) do zarządzania i monitorowania pracy wodorowych ogniw paliwowych w samochodach. Intelligent Energy wybrało właśnie Prodrive ze względu na ich prototypowy sterownik PP150, który umożliwi szybkie wdrożenie systemu do produkcji.

„ECU ma za zadanie monitorować wszystkie parametry ogniwa paliwowego, włącznie z jego temperaturą, generowaną energią, napięciem, oraz ilością pochłanianego tlenu tak, by chronić ogniwo przed samym sobą.” – powiedział Pete James, technik specjalista z Prodrive. „Steruje zaworami i siłownikami regulującymi przepływ wodoru, tlenu oraz wody będącej efektem ubocznym reakcji.”

Prodrive zaoferował Intelligent Energy jeden ze swoich szybkich prototypowych kontrolerów, na którym będzie można oprzeć algorytmy sterujące oraz monitoring ogniw paliwowych. „Po porostu byliśmy w stanie zbudować ECU dokładnie zgodnie z ich specyfikacjami.” – powiedział James.

Wyzwaniem dla Prodrive była kwestia współpracy ECU z nowymi technologiami. „Niektóre z czujników, czy napędów były inne niż te do których przywykliśmy. Natomiast standardowe napędy wykorzystywane do sterowania ogniwami paliwowymi nie znajdują zastosowania w przemyśle motoryzacyjnym, w związku z czym musieliśmy tak zaprojektować obwody, by mogły one współpracować z oboma środowiskami.” – powiedział James.

Urządzenie musi być w stanie pracować w szerokim zakresie temperatur. Komponenty stosowane w przemyśle motoryzacyjnym musza wytrzymywać temperatury od -40 stopni Celsjusza do +85 stopni Celsjusza, a pod maską, nawet do +125 stopni Celsjusza.

„Jeśli zostawisz swój samochód na noc w Szwecji, łatwo może być narażony na działanie temperatur na poziomie -40 stopni Celsjusza, a gdy do niego wsiadasz, spodziewasz się, że przekręcisz kluczyk i on się po prostu uruchomi,” – powiedział James. „Dla ogniw paliwowych jest to prawdziwy problem, gdyż z zasady musza one być mokre wewnątrz.”

Kolejnym etapem projektu Technology Strategy Board jest skonstruowanie konwertera DC-DC dla silników hybrydowych i elektrycznych. „Konwerter pobiera energię ze źródła, którym akurat dysponuje samochód i transformuje ją do poziomu dostosowanego do silnika elektrycznego.” – powiedział James.

Według James’a, nie istnieje dziś w przemyśle motoryzacyjnym porównywalny system, a może on być kluczem do przyszłości pojazdów elektrycznych i hybrydowych, gdyż umożliwiłby redukcją rozmiaru stosowanych baterii i kondensatorów.

„Jednym z problemów ogniw paliwowych jest ich bezwładność. Jeśli naciśniesz na gaz, reagują one dopiero po kilku sekundach, a gdy ściągniesz nogę z gazu, jeszcze przez kilka sekund dostarczają one dużą ilość energii, która niespożytkowana może doprowadzić do ich uszkodzenia.” – zauważył James.

„Jeśli uda się połączyć ogniwa paliwowe z bateriami, albo superkondensatorami, powstanie alternatywne przejściowe źródło zasilania. Jednakże zadziała to tylko wtedy, gdy będziemy w stanie właściwie zarządzać energią pomiędzy nimi. I to właśnie jest zadanie konwertera DC-DC.” – dodał.

Chociaż system ogniw paliwowych jest dziś zaledwie w fazie testów, James wierzy, że zestawienie tych systemów pozwoli zbudować kompletne rozwiązanie dla przyszłych elektrycznych i hybrydowych pojazdów.