Схема испытательного стенда для безопасного проектирования электромобилей на водородных топливных элементах

В настоящее время, из‑за высокого роста промышленного производства, остро стоит вопрос обеспечения экологической безопасности населения. Повышенное содержание углекислого газа в атмосфере существенно влияет на экологию. В связи с увеличением затрат на эксплуатацию традиционного автотранспорта и повышением требований к экологической безопасности в мире все более популярными становятся электромобили. А именно электромобили на водородных топливных элементах. В России подобных разработок на данный момент нет, что открывает перед научным сообществом большие возможности. Однако применение водорода в качестве альтернативного источника топлива на автомобильной технике требует соблюдения повышенных мер контроля из-за его высокой пожароопасности.

Ввиду этого при проектировании транспорта, построенного на водородной энергосиловой установке, возникает вопрос о безопасном проведении испытаний. Ученые Пермского Политеха разработали схему испытательного стенда для электромобиля на водородных топливных элементах с учетом необходимых параметров для обеспечения работоспособности и безопасности.

Результаты исследования опубликованы в журнале «Безопасность труда в промышленности», 2023.

Полностью электрические автомобили получают достаточно широкое распространение в мире. Но из-за специфического климата России и холодных зимних условий возникают серьезные проблемы с запасом хода электромобилей и длительностью зарядки аккумуляторных батарей. Учитывая это, использование водорода в качестве источника электроэнергии на автотранспорте становится наиболее оптимальным вариантом.

Ученые отмечают, что на данном уровне развития технологий разработка электромобилей на водородном топливном элементе экономически невыгодна, по сравнению с аккумуляторной батареей. Однако низкая энергоемкость аккумулятора не обеспечивает его эффективную работу особенно в условиях низких температур, поэтому в России целесообразно внедрение энергосиловой установки именно на водородных топливных элементах высокой мощности.

Такие технологически сложные системы требуют дополнительных испытаний на стадии разработки для проверки пожарной безопасности и герметичности конструкции. Испытательный стенд предназначен для проведения тщательных контрольных тестирований разрабатываемого продукта. Хранение водорода – серьезный процесс, сопряженный с повышенной взрывоопасностью вещества. Надежность проведения испытаний энергосиловой установки на основе водородных топливных элементов напрямую зависит от количества заправленного в топливный бак водорода, который не должен вступать в контакт с кислородом. Поэтому важно обеспечить герметичность систем хранения, транспортировку и подготовку водорода при проведении тестирований.

– Системы испытаний электрических силовых установок на топливных элементах должны давать возможность динамического моделирования всех этапов преобразования водорода – от хранения в топливном баке до питания энергосиловой установки.  Стенд должен быть оснащен дополнительной системой защиты от возникновения пожаров и взрывов – системой контроля опасных накоплений. Которая, в свою очередь должна быть основана на газоаналитическом волоконно-оптическом резонансном датчике, отслеживающем накопление взрывоопасных газов, – объясняет ведущий инженер кафедры «Автомобили и Технологические машины» Ольга Иванова.

Ученые представили разработанную схему испытательного стенда для энергосиловой установки, мощность которой составляет до 150кВт. Разработка отвечает всем требованиям безопасности при проведении испытаний. В схеме определены все технические модули стенда, такие как система подачи водорода, система охлаждения, система подачи воздуха, силовая установка и блок для моделирования потенциальной нагрузки на электродвигатель транспортного средства.

Политехники отмечают, что испытательный стенд должен располагаться на большом, незаселенном, специально оборудованном участке, где будет безопасно проводить тестирования техники такого рода.

Разработанная схема поможет смоделировать и протестировать энергосиловую установку, тем самым предотвращая все опасные ситуации, которые могут возникнуть при применении водорода на автомобильном транспорте. В дальнейшем ученые планируют продолжать постепенное внедрение электромобилей на водородных топливных элементах, изучая все мощностные характеристики топливного элемента, разрабатывая сам испытательный стенд и тестируя энергоустановку.

Разработка ученых приближает российское сообщество к возможности использования более экологичного топлива на водородной основе для электромобилей.