Когда детали в центре внимания

Компания сфокусировала свое внимание на нескольких ключевых аспектах использования энергии водорода. В первую очередь это очистка воздуха для предотвращения загрязнения ячейки вредными газами, такими как SO2, О3, NOX, и NH3, а также частицами РМ (сажи). MAHLE ведет разработку высокоэффективной многослойной фильтрующей среды, где материал подложки обеспечивает ее механическую стабильность, слой сажевого фильтра удаляет NaCL, молекулярный слой предотвращает попадание NH3 в топливный элемент, слой активированного угля поглощает нежелательные углеводороды, а дополнительный, специально пропитанный слой активированного угля, адсорбирует SO2, H2S и NOx.

Топливные элементы также чувствительны к примесям масла. Электрический компрессор, используемый для подачи питающего воздуха, должен быть oil-free — работать без масла. Это касается и подшипника вала, так как даже небольшое количество масла может привести к необратимым повреждениям ячеек. Поэтому компрессор, разрабатываемый MAHLE, использует особенные высокоскоростные роликовые подшипники, которые предотвращают попадание смазки к топливным элементам посредством специального уплотнения, также разрабатываемого MAHLE.

На эффективность и срок службы топливного элемента с полимерным электролитом существенно влияет его водный баланс. В случае, если диафрагма высыхает, то это приводит к прорыву газа. С другой стороны, избыток воды оказывает нежелательный эффект, позволяя газам свободно входить в каталитический нейтрализатор. Поэтому недостаточно только фильтровать наружный воздух, подаваемый в топливный элемент, влажность воздуха тоже должна контролироваться. С этой целью компания MAHLE совместно с аффилированными партнерами и при финансовой поддержке Федерального министерства экономики и технологий Германии разработала плоский увлажнитель мембраны, обеспечивающий надежное увлажнение подаваемого воздуха.

Для охлаждения топливной ячейки использован деионизированный хладагент, поскольку он обладает малой электропроводностью и не вызовет нежелательного тока при повреждении системы охлаждения. В результате используемые охладители надуваемого воздуха должны быть устойчивы к ионизированной жидкости. С этой целью компания MAHLE разработала специальный процесс пайки, который не только делает охладитель подаваемого воздуха очень прочным, но и предотвращает ионизацию охлаждающей жидкости.

Спецификации часто требуют разделения воды, газов и водяного пара по потоку за топливным элементом. По эстетическим соображениям жидкость не должна выделяться из выходящего воздуха. Компания MAHLE разработала сепараторы воды, которые позволяют контролировать водоотведение.

Система управления подаваемым воздухом оказывает влияние на акустический шум, создаваемый автомобилем. Шум, создаваемый электроприводом компрессора и движением воздуха по воздушному тракту, должен быть минимальным. В результате целостного системного подхода MAHLE разработала пластиковый воздуховод вывода воздуха для автомобилей, работающих на топливных элементах. Разработанный воздуховод на 70% легче аналогичных стальных конструкций и существенно уменьшает звуковой резонанс в диапазоне частот от 1200 до 5000 Гц.

Использование топливных элементов приводит к созданию более сложных систем охлаждения и более крупных теплообменников для хладагента. Это связано с потребностью в трех отдельных контурах охлаждения: для топливных элементов, аккумуляторной батареи и электроники, электродвигателя, а также из-за общего увеличения отработанного тепла и пониженной рабочей температуры по сравнению с двигателем внутреннего сгорания. Увеличение объема охлаждающей жидкости необходимо для того, чтобы компенсировать более низкий перепад температур между внешней средой и рабочей температурой. Все компоненты также должны быть устойчивы к деионизированному теплоносителю.

Транспортные средства с приводом на топливных элементах имеют резервную аккумуляторную батарею. Зарядка и разрядка батарей приводит к потере эффективности, при этом некоторая энергия преобразуется в тепло. Поскольку литий-ионные батареи должны работать в определенном температурном диапазоне, здесь также требуется охлаждение батареи. Это достигается за счет вторичной цепи, в которой охлаждающая жидкость течет через охлаждающую пластину под батареей. После поглощения тепла охлаждающая жидкость отдает его в охладителе. Снижение температуры в охладителе вызвано испарением другого хладагента, циркулирующего в первичной цепи.

Топливные элементы требуют постоянного контроля во время работы. Контроль предотвращает повреждение, а также позволяет контролировать важные входные переменные, такие как подача газа или воздуха. Модуль контроля топливных элементов MAHLE Fuel Cell Monitor имеет два микропроцессора, которые обрабатывают сигналы из стека топливных элементов и обеспечивают обратную связь с центральным блоком управления. Когда требуется, напряжение в батарее топливных элементов можно использовать сразу через полупроводниковый модуль. Для обеспечения бесперебойной работы распределитель мощности и разрядный резистор должны быть размещены на охлаждающей пластине.