В Southwest Research Institute (SwRI) придумали, как тестировать топливные элементы для водородных автомобилей без гонок по трекам и без динамометров.

Топливный элемент — это «батарейка», которая генерирует электричество за счет реакции водорода с кислородом. В отличие от двигателя внутреннего сгорания, здесь нет взрыва — энергия выделяется „холодным“ способом, а КПД достигает 60%.

Суть в том, что инженеры разработали систему управления, которая полностью контролирует работу водородного двигателя. Теперь можно вытащить топливные элементы из машины и проверить, как они ведут себя в разных условиях — от обычной езды до экстремальных нагрузок. Это помогает создавать алгоритмы для повышения эффективности и надежности таких двигателей.

Водородные машины работают так: набор топливных элементов преобразует газ в электричество через химическую реакцию. На выходе — только вода и тепло. Это делает их перспективными для экологии, плюс они дают большой запас хода и быстро заправляются. Система SwRI точно регулирует подачу топлива, воздуха и температуру. Теперь не нужно гонять машины по дорогам для тестов — все можно имитировать в лаборатории.

Проект начали с разбора серийного водородного автомобиля, чтобы понять, как устроена его система. Потом топливные элементы извлекли и поместили в контролируемую среду для экспериментов.

Наш контроллер позволяет нагружать элементы сильнее, чем разрешено штатными системами безопасности. Так мы видим, как они поведут себя в условиях, которые иначе не проверить, — объясняет Мэттью Кьюбеш, один из руководителей проекта. — Эти данные помогут масштабировать технологию для тяжелой техники.

За три этапа работы SwRI полностью изучил конструкцию топливных элементов и разработал новые методы тестирования. Сейчас команда занята алгоритмами для управления влажностью — это критически важно для эффективности.

Если влаги слишком много, элементы «захлебываются» и теряют мощность. Если мало — растет сопротивление, что ведет к перегреву и поломкам, — говорит Венката Чундру, старший инженер. — Мы подбираем оптимальное соотношение топлива и воздуха, чтобы поддерживать баланс.

В планах — тесты многослойных систем для грузовиков и другой тяжелой техники.  «Будущее водородных технологий именно там, — уверен Чундру. — Но чтобы они стали коммерчески выгодными, нужны умные системы управления. Наш проект как раз этим и занимается».

Главный плюс — ускорение разработки водородных двигателей. Раньше тесты требовали месяцев пробега, теперь же можно за неделю «прогнать» элементы в режиме десятилетней эксплуатации. Это удешевит R&D для производителей. Вторая выгода — безопасность: система SwRI выявляет слабые места до того, как они приведут к аварии. И наконец, метод универсален — подойдет и для легковых авто, и для поездов/судов.

Исследование не учитывает долгосрочное влияние циклических нагрузок на материалы. Водород вызывает хрупкость металлов, а ускоренные тесты могут не выявить этот эффект. Также непонятно, как система поведет себя с «неидеальным» топливом — например, с примесями, которые неизбежны в промышленных условиях.

Ранее мы опубликовали 10 инноваций в развитии автопрома.