Honda FCX на топливных элементах

Топливные элементы, вырабатывающие электричество из водорода и кислорода, сами по себе давно не новинка - уже более 30 лет назад они снабжали энергией американскую лунную экспедицию. Да и автомобиль на топливных элементах (ТЭ) тоже не новость. Десятки концептуальных моделей, выполненных с использованием этой технологии, украшают сегодня подиумы международных автосалонов. Не столь презентабельные внешне машины служат "подопытными кроликами" в лабораториях автомобильных концернов. Медленно, но верно определяется путь развития транспортных средств на ТЭ и его основные вехи.

Итак, по порядку. Что делать с водородом? Трудно найти более неудобное для хранения топливо. Самый легкий из известных газ сжижается только при -253°С, а в 50-литровом баллоне даже под давлением 25 МПа (250 атм) его поместится лишь чуть больше килограмма - сравните с обычной канистрой бензина. Сейчас его принято сжимать, а такие экзотические методы хранения, как использование металлогидридов или сжижение, похоже, не получат распространения. Как и приготовление водорода "на борту" из метанола или даже бензина.

Как преодолеть инертность топливных элементов? Как обеспечить тяжелой машине хорошую динамику разгона? Как бороться за наибольшую эффективность использования энергии? Придется добавить "буферную" батарею, чтобы запасать энергию ТЭ, когда они используются не на полную мощность, или при торможении двигателем.

Вот вам и схема большинства современных автомобилей на топливных элементах. Чем отличается "Хонда-FCX"? Вроде бы немногим. Основное - вместо аккумуляторов использован конденсатор. Он легче и проще адаптируется к запросам электросистемы автомобиля, а главное - более надежен, долговечен и не столь щепетилен к процессу зарядки. Созданный в научных лабораториях "Хонды" "ультраконденсатор" емкостью 8 фарад обладает удельной энергией 1,5 кВт.ч/кг. Это почти в три раза больше, чем у никель-гидридных аккумуляторов. В результате КПД силовой установки "Хонды-FCX" достиг 45% - вдвое больше, чем у современных бензиновых автомобилей и в 1,5 раза лучше, чем у гибридных схем.

НЕЗАМЕТНАЯ ЭВОЛЮЦИЯ

Первая экспериментальная "Хонда-FCX" появилась в 1999 году и внешне отличалась от нынешней только формой бамперов. Однако тот автомобиль вмещал только двоих, а запас водорода хранился в гидридном накопителе. Другой вариант расходовал свой внутренний объем на устройство, преобразующее метанол в водород. О ходовых качествах тех прототипов информации немного - главное, они могли перемещаться самостоятельно. Только третье поколение FCX в 2001 году пришло к современной схеме. Баллоны со сжатым водородом на 100 л под давлением 25 МПа расположились под полом багажника, основной объем которого занял конденсатор, а электродвигатель переменного тока мощностью 60 кВт обеспечивал максимальную скорость до 130 км/ч. На одной заправке машина третьего поколения проходила 180 км.

В четвертом поколении появились более прочные баллоны на 35 МПа (их объем возрос до 137 л), новые батареи ТЭ и конденсатор. Результат - скорость выросла до 140 км/ч, пробег на одной заправке достиг 315 км, появился багажник на скромные 98 л. Над пятым поколением компоновщики потрудились особенно тщательно: объем баллонов с водородом достиг 156 л. Модифицированный электродвигатель при тех же 60 кВт обеспечил более высокий крутящий момент, улучшив разгонную динамику "Хонды-FCX". Запас хода вырос до 355 км, а багажник - до 102 л.

В шестом поколении, появившемся в октябре 2003-го, дебютировали новые топливные элементы, разработанные "Хондой" самостоятельно. Благодаря более высокой рабочей температуре (95 против 80°С) и новым мембранам они эффективнее прежних на 10% и лучше приспособлены к серийному производству. Кроме того, они мощнее (86 кВт против 78), могут работать даже при температуре на улице до -20°С, а время прогрева сократилось на 20%, это позволило увеличить мощность тягового электродвигателя до 80 кВт. Результат - с тем же количеством водорода "Хонда-FCX" проходит без дозаправки уже 395 км. Прогресс впечатляет, не правда ли?

НА САМОМ ДЕЛЕ

В пресс-релизах все всегда выглядит замечательно. Но настал день, когда "Хонда" выкатила целых три FCX последнего поколения для пробной поездки. Основное различие между ними - расположение руля: справа для японской версии и слева для американской. Три машины - это не удивительно, ведь два десятка таких же опытных экземпляров уже проходят эксплуатационные испытания на улицах Токио и Лос-Анжелеса.

Внешность "Хонды-FCX", конечно, на любителя. Своеобразная "двухэтажность" контрастирует с привычными пропорциями. Необычность силовой установки и требования пассивной безопасности диктуют именно такую "комплекцию" - кто сказал, что машины на ТЭ должны выглядеть как обычные? Под полом располагаются топливные элементы; под капотом - электродвигатель, двухступенчатый редуктор, система управления питанием, теплообменники ТЭ и электродвигателя. Под задним сиденьем нашлось место для баллонов с водородом, за ними "ультракондесатор", а еще - небольшой багажник. Если не обращать внимания на необычно высокий пол в машине, ее вполне можно считать типичным современным хэтчбеком "гольф-класса". Впрочем, нет - под полом мощная лонжеронная рама, со всех сторон окружающая баллоны и топливные элементы. Проведенные "Хондой" крэш-тесты показали, что при всех возможных ударах в пределах сертификационных требований (спереди, сбоку, сзади) разгерметизации систем не происходит. Но даже если удар все-таки достигнет баллонов с водородом, взрыва все равно не должно быть - трехслойная конструкция (алюминий внутри, углеволокно в середине и стекловолокно снаружи) выдержит. Так что называть ТЭ-автомобиль "водородной бомбой" - явное преувеличение. Довольно страшилок, пора и за руль.

КРУГ ПОЧЕТА

Вокруг "хондовского" полигона ведет обычная двухполосная дорога, имитирующая загородное шоссе. Плавные повороты, несколько показательных неровностей, перекресток и переезд - вот и весь "круг почета" длиной шесть с небольшим километров. Пожалуй, самое необычное ощущение - полная тишина в салоне, когда повернут ключ зажигания. Впрочем, стоит лишь передвинуть селектор в положение "R" или "D", как тишину нарушает негромкий шум проснувшейся батареи топливных элементов: жужжание многочисленных насосов и вентиляторов. На панели приборов место тахометра занял указатель мощности батареи топливных элементов и заряда конденсатора, а указатель количества топлива в баке дополнен дисплеем запаса хода. Голубой столбик показывает, сколько можно проехать в текущем режиме движения, белый - в экономичном.

На ходу впечатления от "Хонды-FCX" тоже необычные, но отнюдь не пугающие. Плавность хода покоряет - тяжелый (почти 1,7 т) автомобиль не замечает неровностей покрытия. Динамика разгона спокойная, но скорости выше 100 км/ч легко достижимы. "Максималка" в 150 км/ч сомнений не вызывает. О напряженности работы силового агрегата говорит лишь указатель мощности на панели приборов и стремительно убывающий заряд конденсатора. Восьми фарад хватает только на один разгон до максимальной скорости. При равномерном движении со скоростью 100 км/ч потребуется несколько минут, чтобы заряд пришел в норму. Или нужно просто дать машине "выкатиться" с этой скорости. Об управляемости можно с уверенностью сказать лишь одно - в обычных режимах движения "Хонда-FCX" ничем не отличается от современного мини-вэна.

Автору довелось поездить на других машинах с ТЭ. По сравнению с прототипами от "Дженерал моторс" и "Даймлер-Крайслер" "Хонда-FCX" гораздо больше похожа на серийную, чем на экспериментальную. Значит, ждать осталось недолго - возможно, первые "коммерческие" ТЭ-автомобили появятся всего через два-три года. Хотя инженерам предстоит решить еще немало задач, связанных с совершенствованием их конструкции и созданием сети заправочных станций. Но даже сегодня "Хонду-FCX" можно рассматривать не как диковинный самодвижущийся экипаж, а как полноценный, хотя и с некоторыми ограничениями, автомобиль.

МЫСЛИ О БУДУЩЕМ

Вы наблюдали, как строится большое здание? Поначалу кажется, что строители никогда не вылезут из котлована: проходят месяцы, порой годы, а на поверхности нет ни малейших изменений. Но когда фундамент наконец появляется из земли, этажи начинают прибавляться чуть ли не ежедневно.

Так и машины на топливных элементах: пока строится "фундамент", масштабы труда незаметны. А когда подготовительные работы закончатся, новые автомобили станут радовать нас едва ли не каждый день. Наверняка среди них окажутся и машины "Хонды". По крайней мере, есть основания полагать, что ранние образцы транспортных средств нового поколения будут очень похожи на "Хонду-FCX".

Разгон "в пол" - до 108 км/ч: мощность ТЭ на максимуме (голубой сектор слева), заряд конденсатора почти исчерпан. Под капотом наиболее заметны крышки системы управления тяговым электродвигателем. Багажник невелик, но формально присутствует. Батарея ТЭ на 10% эффективнее канадской "Баллард", а деталей меньше. "Ультраконденсатор" нетребователен к току и напряжению зарядки. Два заправочных лючка: чтобы открыть задний, надо подключить заземление.