HYDROCAR PREMIER – polski samochód zasilany wodorem

HYDROCAR PREMIER to samochód elektryczny z wodorowym magazynem energii. Jest to projekt realizowany wspólnie przez firmę Riot Technologies, AGH oraz WAT.

 

Hydro Car 2_m

 

Zastosowano w nim prototyp nowatorskiego zbiornika pozwalający gromadzić wodór w fazie stałej (w metalicznym proszku). Zapewnia on, z powodu zastosowanego unikalnego rozwiązania inżynierskiego, możliwość szybkiego ładowania, co nie jest typowe dla tego typu układów. Zbiornik jest skalowalny i na tyle uniwersalny, że można w nim zastosować różne materiały absorbujące wodór. Gaz ten zamieniany jest na prąd elektryczny za pomocą ogniwa paliwowego (o relatywnie niskiej mocy) pracującego w układzie hybrydowym tzn. doładowującym akumulatory pojazdu. Akumulatory zasilają 4 niezależnie sterowane, chłodzone cieczą silniki, każdy napędzający jedno koło samochodu. Zastosowanie wydajnych akumulatorów pozwala osiągnąć wysoką moc układu napędowego, natomiast zastosowanie ogniwa paliwowego pozwala na zwiększenie jego zasięg. .

Należy wspomnieć, że samochód został zaprojektowany i wykonany od podstaw przez ekspertów doświadczonych w budowie samochodów wyścigowych w klasie formuła student (AGH Racing Team) oraz systemów mechatronicznych (RIOT Technologies spin-off AGH). Zarówno jego bryła, konstrukcja nośna i układ napędowy nie jest bazowany na żadnej komercyjnie czy niekomercyjnie dostępnej konstrukcji.

 

Hydro Car 1_m

 

Samochód jest unikatową konstrukcją opracowaną przez zespół inżynierów i naukowców, przy współpracy z wieloma firmami zewnętrznymi. Jest to prototyp dwuosobowego sportowego samochodu typu roadster wyposażonego w napęd elektryczny. Jako baza jezdna zastosowana została specjalnie zaprojektowana i wykonana konstrukcja ramowa wraz z karoserią powstałą w całości z włókien węglowych. Dzięki takiej technologii rama nośna pojazdu daje dowolność w umieszczaniu podzespołów jezdnych, a z kolei karoseria może mieć unikatowy design ograniczony jedynie opracowanymi założeniami projektowymi. Za projekt kształtu nadwozia i wykonanie elementów kompozytowych odpowiedzialni są bracia Władysław Hamiga (absolwent AGH) i Stefan Hamiga (absolwent ASP).

Prototyp auta zaprojektowany został jako samochód drogowy i wyposażono go w takie układy jak: wspomaganie kierownicy, reflektory ksenonowe, światła w technologii LED, skórzaną kierownicę, tapicerkę, opony niskoprofilowe, zawieszenie gwintowane z możliwością regulacji oraz dwa wygodne miejsca dla kierowcy i pasażera. Z technicznego punktu widzenia najważniejsze są jednak podsystemy składowe samochodu, które stanowią swoistego rodzaju laboratorium badawcze dla testowania zaawansowanych układów napędowych oraz systemów przetwarzania energii.

 

Hydro Car 3_m

 

Jako napęd zastosowano cztery silniki BLDC, z których każdy odpowiada za napęd jednego koła. Łączna moc zespołu napędowego wynosi 270 KM. Silniki sterowane są dedykowanymi stopniami mocy opracowanymi przez RIOT, a cały układ napędu 4×4 pracuje pod kontrolą procesora zbudowanego jako SoPC i zaimplementowanego w układzie FPGA, realizując funkcję elektronicznego dyferencjału oraz kontroli prędkości dla rożnych konfiguracji ruchu. Dzięki takiemu rozwiązaniu otrzymano szerokie możliwości konfiguracji systemu obejmujące takie funkcje jak: możliwość niezależnego aktywnego sterowania momentem obrotowym na każdym kole, tempomat, system zapobiegający poślizgowi kół, czy wspomaganie jazdy pod górkę. Silniki oraz stopnie mocy chłodzone są cieczą, która następnie dzięki wymuszonemu obiegowi przekazuje ciepło do wymienników umieszczonych na przodzie auta.

Energia do poruszania się samochodu zmagazynowana jest w dwóch rodzajach akumulatorów oraz w specjalnie zaprojektowanym magazynie wodoru. W przedniej części samochodu umieszczone są lekkie pakiety akumulatorów LiFePO4 o łącznym napięciu 96 V, natomiast w tylnej części auta zastosowano akumulatory trakcyjne charakteryzujące się wysoką wydajnością podczas długich rozładowań. Pakiety baterii odpowiedzialne są za zasilanie silników oraz podsystemów elektrycznych samochodu, takich jak: elektronika sterująca, światła czy systemy wspomagania jazdy. Energia elektryczna zmagazynowana w akumulatorach odpowiedzialna jest za dynamiczną jazdę samochodu oraz za poruszanie się auta na krótkich dystansach.

 

Hydro Car 4_m

 

Jako drugi magazyn energii, pozwalający na zwiększenie dystansu jazdy, zastosowany został system przetwarzania wodoru na energię elektryczną. Sercem tego systemu jest zbiornik na wodór oparty na wodorkach metali, który jest w stanie zmagazynować więcej gazu w jednostce objętości niż najlepsze obecnie wysokociśnieniowe zbiorniki wodoru wykonane z materiałów kompozytowych, pracujące pod gigantycznymi ciśnieniami sięgającymi nawet 700 bar. Dzięki zastosowaniu opatentowanego w Wojskowej Akademii Technicznej rozwiązania, zbiornik ten pracuje pod niskim ciśnieniem rzędu kilku bar i charakteryzuje się bardzo dużą zdolnością do wymiany ciepła. Taka konstrukcja, w porównaniu z innymi zbiornikami tego typu, pozwala na bardzo szybkie tankowanie, a z drugiej strony niska temperatura wytwarzana podczas jego pracy może być wykorzystana do chłodzenia systemów jezdnych auta np. silników i elektroniki. Prostota i uniwersalność tego rozwiązania pozwala także na zastosowanie różnych badanych materiałów do przechowywania wodoru w stanie stałym przy jednoczesnym zachowaniu wysokich parametrów użytkowych. Zmagazynowany wodór zamieniany jest następnie z wysoką efektywnością na prąd elektryczny w ogniwie paliwowym PEM, dając możliwość doładowywania baterii samochodu podczas jazdy. Cała instalacja umieszczona została z tyłu samochodu.

Kierowca samochodu może obserwować parametry jezdne auta na elektronicznym wyświetlaczu, który na bieżąco pokazuje prędkość jazdy, liczbę przejechanych kilometrów, stan naładowania baterii oraz bilans energetyczny zbiornika wodorowego. Wszystkie podsystemy samochodu zarządzane są przez autorski centralny komputer pokładowy zbudowany w oparciu o układy FPGA. Komputer ten pozwala także na zdalne sterowanie samochodem przez aplikację w telefonie komórkowym (jazda przód, tył oraz skręcanie prawo-lewo). Dodatkowo komputer centralny auta zbudowany jest tak, że ma szerokie możliwości konfiguracji, w tym posiada interfejs do podłączenia go z autonomicznymi systemami sterowania (wspomagającymi jazdę samochodem bez udziału kierowcy) stosowanymi powszechnie w robotach mobilnych. Systemy te pozwalają prowadzić samochód, omijając przeszkody znajdujące się na drodze, a używane algorytmy sterujące są cały czas testowane.

 

Hydro Car 5_m

 

Aktualnie samochód przechodzi płynnie do kolejnej fazy projektu, jaką są zaawansowane testy eksperymentalne. Ta faza projektu powinna dać szereg odpowiedzi na pytania z obszaru techniki magazynowania energii oraz systemów napędowych, elektroniki i układów jezdnych, a także powinna dać informację, w którym kierunku rozwijać opracowane technologie. Cały czas przy samochodzie wykonywane są prace badawcze, modyfikacje i ulepszenia oraz badane jest zachowanie auta podczas jazdy. Wyniki tych badań są publikowane w czasopismach naukowych i prezentowane na konferencjach branżowych. Autorzy projektu mają nadzieję, że prototyp samochodu będzie początkiem nowej ery odważnych interdyscyplinarnych projektów inżynierskich, które nastawione są na testowanie zintegrowanych systemów mechatronicznych. Przyszłość pokaże, w jakim stopniu rozwiązania zastosowane w zbudowanym samochodzie testowym znajdą odzwierciedlenie na rynku, szczególnie w przemyśle motoryzacyjnym.

 

Źródło: WAT, AGH

Zdjęcia: AGH

 

Authors

Related posts

Góra
English