Tag Archives: toyota

Toyota FCV Mirai

 

Toyota взяла твердый курс на водородные технологии. Глава корпорации Такеши Учиямада (Takeshi Uchiyamada) заявил, что водород и водородные топливные ячейки изменят правила игры в социальном и экономическом плане, а водород станет топливом будущего. Именно поэтому тойотовцы назвали свое творение Mirai, что означает «будущее». В Toyota уверены, что Mirai – это автомобиль, который откроет дверь в будущее для их компании.

Toyota Mirai – четырехдверный среднеразмерный переднеприводной седан на топливных элементах, который может составить полноценную конкуренцию автомобилям с ДВС. На его заправку уходит всего лишь 3-5 минут, а дальность поездки достигает 482 км. Топливные ячейки Mirai могут работать при температуре до 30 градусов мороза. Силовая установка ускоряет Mirai до 100 км/ч за 9 секунд, разгон с 40 до 65 км/ч занимает 3 секунды, а максимальная скорость составляет 178 км/ч.

Основные элементы TFCS

 

В Mirai используется фирменная система Toyota Fuel Cell System (TFCS), использующая технологии топливных ячеек и гибридные технологии. Она включает в себя также собственные разработки Toyota: блок топливных ячеек (FC Stack), повышающий преобразователь (FC boost converter) и водородные баллоны высокого давления. TFCS намного энергоэффективнее ДВС и не выделяет при работе CO2 и канцерогенных веществ.

Toyota FC Stack

 

Максимальная мощность нового блока топливных элементов достигает 114 кВт (153 л.с.). Эффективность генерации электричества повышена за счет использования тончайших 3D каналов. Каналы расположены в тонкой трехмерной решетчатой структуре и повышают дисперсию воздуха (кислорода), что позволяет достичь равномерной выработки электроэнергии на поверхности ячеек. Это, в свою очередь, обеспечивает компактные размеры и высокий уровень производительности – плотность выходной мощности достигает 3,1 кВт/л или 2 кВт/кг. Это один из самых высоких показателей в мире. Каждый блок состоит из 370 ячеек толщиной 1,34 мм и весит 102 грамма. В отличие от предыдущих устройств, разработанных Toyota, новый FC Stack не требует применения увлажнителя. Значительного сокращения стоимости топливных элементов удалось добиться также за счет уменьшения использования драгоценных металлов (количество платины в катализаторе снизилось на две трети, а обработка поверхности золотом была исключена). Батарея топливных элементов располагается под передними сиденьями.

FC Boost Converter

Новый компактный (13-литровый), высокоэффективный преобразователь большой емкости был разработан для повышения энергии, генерируемой батареей топливных ячеек, до 650 В. Увеличение напряжения позволило уменьшить размер электродвигателя и количество блоков топливных элементов, что привело к снижению общей стоимости системы. Преобразователь расположен непосредственно перед батареей топливных элементов.

Водородные баллоны высокого давления

Два баллона, имеющие трехслойную структуру, изготовлены из пластика, армированного углеродным волокном и других материалов. Водород хранится в них под давлением 70 МПа (около 700 бар). Трехслойная структура включает в себя:

  • Внутренний слой: пластиковый вкладыш (предотвращает утечку водорода).
  • Средний слой: пластик, армированный углеродным волокном (структурная основа).
  • Внешний слой: пластик, армированный стекловолокном (защищает внешнюю поверхность от истирания).

 

Передний баллон вмещает 60 литров, задний – 62,4 литра. Общая масса хранимого водорода – около 5 кг. По сравнению с баллонами, которые использовались в Toyota FCHV-adv, объем увеличился почти на 20% при уменьшении веса и размеров. Плотность хранения водорода достигает 5,7% (самый высокий показатель в мире).

Электродвигатель и батарея

Силовая установка включает в себя также электродвигатель, блок управления мощностью и никель-металлгидридную (NiMH) батарею. Электромотор развивает мощность 113 кВт (152 л.с.) и 335 Нм крутящего момента.

Безопасность

Toyota начала разработку топливных ячеек в начале 1990-х и создала ряд «водородных» автомобилей, общий пробег которых составил свыше 1,6 млн. км. Водородные баллоны из углеволокна не раз подвергались испытаниям в краш-тестах. Весь накопленный опыт отражен в безопасности и надежности Mirai. В центре безопасности Toyota автомобиль был подвергнут обширным краш-тестам, включающим фронтальные, боковые и задние удары. Структура кузова спроектирована таким образом, чтобы энергия удара распределялась и поглощалась несколькими его элементами.

Особое внимание было уделено защите водородных баллонов и батареи топливных элементов при деформациях кузова. Баллоны оснащены датчиками водорода, которые подают сигнал тревоги и перекрывают запорные клапаны в случае утечки. Все элементы, содержащие и подающие водород, размещены вне пассажирского салона, что обеспечивает, в случае утечки, его быстрое рассеивание в окружающей среде.

Каркас блока топливных элементов изготовлен из недавно разработанного термопластичного армированного углеродным волокном пластика. Это легкий, прочный и легко внедряемый в массовое производство материал. Он защищает FC Stack, поглощая удары от неровностей дорожного покрытия.

Водородные технологии Toyota

В конце ХХ века многие поверили в то, что в скором времени на смену нефти придут топливные элементы. Не осталась в стороне от всеобщего увлечения водородными технологиями и Toyota. Наряду с гибридом Prius, японцы в том же 1997 году создали и первый прототип своего «водородомобиля» Toyota FCHV-1. Основой для его создания послужила модель Highlander. В течение последующих пяти лет (в 1999 и в 2001 годах) были созданы усовершенствованные варианты FCHV-2 и FCHV-3, пока в 2002 году не появился первый серийный вариант FCHV-4. Однако полномасштабного коммерческого выпуска японцы не планировали. Ограниченная серия из 20 автомобилей была отдана для тестирования в различные университеты, корпорации и правительственные учреждения в США и Японии.

Силовая установка Toyota FCHV состояла из блока топливных элементов мощностью 90 кВт, которая питала 90-киловаттный электродвигатель, развивавший 260 Нм крутящего момента. Никель-металлгидридная батарея служила дополнительным источником энергии для подпитки электромотора во время ускорений и для движения на малых скоростях. Ее емкости хватало на 50 километров пробега. Принцип работы силовой установки очень похож на работу гибридной установки Hybrid Synergy Drive (HSD), применяемой на Toyota Prius. Главное отличие состояло в том, что вместо ДВС использовался блок топливных элементов. А вот механизм совместной или раздельной работы батареи и топливных элементов, система рекуперативного торможения остались прежними. Toyota FCHV, имея снаряженную массу почти 1900 кг, разгонялась до 155 км/ч, а запаса водорода хватало на 330 км пробега.

В 2008 году появилась новая версия «водородомобиля» под названием Toyota FCHV ADV. Окончание ADV означало «Advanced» — «Улучшенный». В чем же заключались улучшения? Прежде всего, в существенной доработке блока топливных элементов. Изменения, внесенные в его конструкцию, увеличили энергоотдачу на 25% и, что самое главное, позволили FCHV ADV надежно работать при температурах до -30°С. Новые баки позволили хранить водород при давлении, вдвое превышающем прежнее, а, значит, вмещать большее его количество. Кроме того, заметно снижено энергопотребление вспомогательных систем и увеличена эффективность системы рекуперации энергии торможения. В результате всех этих улучшений Toyota FCHV ADV способен преодолеть без дозаправки 800 км! Остальные же «автомобильные» характеристики остались прежними.

В июне 2008 года водородомобиль получил сертификат серийного автомобиля. В январе 2010 года Toyota объявила о начале трехлетних демонстрационных испытаний 100 экземпляров FCHV-ADV на дорогах США. Как и прежде, автомобили будут работать в университетах и госучреждениях, доказывая преимущества этого вида «зеленого» транспорта и стимулируя развитие инфраструктуры для «водородомобилей». А полномасштабное серийное производство японцы обещают начать не ранее 2015 года. А к этому времени, как считают специалисты Toyota, и более точно определится вектор развития "зеленого" транспорта — то ли это будут автомобили на топливных элементах, то ли "чистые" электромобили.