Американцы построили первый в мире водородный среднетоннажный грузовик. А что в России?

В США завершились испытания первого в мире водородного среднетоннажника. Электромобиль на топливных элементах FCEV Class 6, разработанный компаниями Plug Power и Lightning Systems, полностью готов к серийному производству.

Альтернативная энергетическая установка, разработанная компаниями Plug Power и Lightning Systems, предназначена для автомобилей, осуществляющих транспортировку продуктов между портами, складами и распределительными центрами.

FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) создается на платформе Chevrolet 6500XD Low Cab Forward полной массой 11 770 кг. На базе, по сути, японского грузовика Isuzu Elf компания Lightning Systems предлагает батарейный электромобиль. Самым важным преимуществом электромобиля, оборудованного топливными элементами, является его рабочий диапазон. Сообщается, что 

водородный фургон будет иметь на одной заправке водорода (20 кг) пробег 200 миль (322 км). 

Также преду­смотрена опция для увеличения дальности, удваивающая пробег до 400 миль (644 км).

С аппаратной точки зрения версия автомобиля с расширенным диапазоном получается добавлением второго резервуара для хранения водорода и связанного с ним регулирующего клапана. Резервуар или, в зависимости от конфигурации, резервуары идентичны использующимся для хранения водорода в базовой версии.

FCEV Class 6 работает на топливных элементах мощностью 90 кВт, состоящих из трех модулей по 30 кВт, подключенных параллельно. Каждый модуль представляет собой законченный автономный блок питания, который включает в себя топливную ячейку, системы подачи воздуха, охлаждения и преобразователь постоянного тока (DC/DC). В системе используется инновационный мембранный электродный блок MEA (Membrane Electrode Assembly), обладающий повышенной эффективностью и долговечностью.

Plug Power приступила к выпуску MEA в третьем квартале 2018 года на своем заводе в Рочестере, штат Нью-Йорк, после приобретения American Fuel Cell. «Мы используем существующий опыт и инфраструктуру в области технологий топливных элементов, а также тонкопленочных покрытий и рулонного производства», — отметил Keйт Шмид, главный операционный директор Plug Power. На сегодня более 30 тыс. систем топливных элементов показали свыше 300 млн часов работы в отрасли погрузочно-разгрузочных работ. Изначально разработанные для погрузчиков водородные топливные системы Plug Power были спроектированы достаточно тяжелыми, чтобы соответствовать массе свинцово-кислотных батарей в электрическом вилочном погрузчике, где последние использовались в качестве противовеса. Но для сектора автомобилей было важно облегчить систему, чтобы повысить эффективность электромобиля за счет его грузоподъемности. Снижение массы топливных элементов достигалось применением легких материалов, более тонких металлических пластин топливного стека и следующего поколения технологии МЕА. Всё это позволило достичь гораздо более высокой удельной мощности, чем топливные ячейки предыдущего поколения.

Силовой привод электрофургона состоит из электродвигателя мощностью 220 кВт и двухступенчатой механической КП. В базовой версии используются высоковольтные ячейки мощностью от 160 до 192 кВт·ч, содержащие 2700 ячеек каждая, плюс литий-ионные никель-марганцево-кобальтовые (Li-ion NMC) батареи мощностью 64 кВт·ч, которые хранятся в двух упаковках с активной системой терморегулирования.

Силовая установка компонуется на месте штатного ДВС под кабиной и соединяется с ведущим мостом штатным карданным валом. С 2018 года платформа и модули хранения водорода прошли лабораторные и дорожные испытания. Окончательное производство и испытания новых автомобилей будут завершены в штаб-квартире Plug Power в Лэтеме, штат Нью-Йорк. Модули топливных элементов подвергаются типичным профилям нагрузки, чтобы обеспечить соответствие техническим характеристикам. Окончательные заводские испытания каждого FCEV Class 6 перед доставкой заказчикам будут включать не менее 200 миль дорожных испытаний. Ожидается, что FCEV Class 6 поступит в продажу в третьем квартале 2020 года. Сколько будет стоить такая машина, производитель пока не сообщает.

Между тем, сотрудничество Plug Power и Lightning Systems далеко не единственный пример создания прототипов водородных среднетоннажников. Например, компания UPS в мае 2020 года объявила об очередном испытании прототипа электромобиля на топливных элементах с расширенным диапазоном действия. Машина спроектирована для нужд крупнейшего американского сервиса экспресс-доставки и будет эксплуатироваться в парке транспорта на альтернативном топливе. C 2017 года UPS сотрудничает с Министерством энергетики США, Центром электромеханики Университета Техаса и другими партнерами над созданием первого в своем роде грузовика средней грузоподъемности (Class 6) с нулевой эмиссией, который должен соответствовать тем же требованиям к работе на линии, что и обычные транспортные средства. Грузовик UPS оснащен энергетическим модулем мощностью 32 кВт, аккумуляторной батареей на 45 кВт·ч и системой хранения 10 кг водородного топлива.

Прототип компактного электромобиля с энергоустановкой на основе водородных топливных элементов был создан в России еще в 2019 году. В ее разработке принимали участие Центр компетенций НТИ по технологиям новых и мобильных источников энергии при ИПХФ РАН, ООО «ИнЭнерджи» и ООО «Электротранспортные Технологии». 

Базой для электромобиля стала Lada Ellada. В нее установили электродвигатель без постоянных магнитов, гибридную энергоустановку, включающую в себя высоковольтную аккумуляторную батарею и систему на основе топливных элементов с водородными баллонами высокого давления, обеспечивающими энергоемкость 20 кВт·ч. Такая энергоустановка обеспечивает пробег до 300 км, что для поездок по городу совершенно достаточно. Пока в модели электромобиля использовали баллоны относительно небольшого объема, в будущем разработают конструкцию автомобиля, позволяющую увеличить объем баков для хранения водорода, тогда он сможет проходить дистанции до 650–800 км.