مبدأ العمل واتجاه التطوير
المركبات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود
1. مقدمة عن مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية
تستخدم المركبات الكهربائية العاملة بخلايا الوقود الكهرباء لتشغيل المحرك. وبالمقارنة بالمركبات الكهربائية الأخرى، تستخدم المركبات الكهربائية العاملة بخلايا الوقود الهيدروجينية لتوليد الكهرباء بدلاً من سحب الكهرباء من البطاريات فقط. أثناء عملية تصميم المركبة، يحدد مصنعو المركبات قوة المركبة بحجم المحرك، الذي يتلقى الطاقة من خلايا الوقود وحزم البطاريات ذات الحجم المناسب. وعلى الرغم من أن شركات صناعة السيارات يمكنها تصميم مركبة كهربائية تعمل بخلايا الوقود مزودة بوظيفة التوصيل لشحن البطارية، فإن معظم المركبات الكهربائية العاملة بخلايا الوقود اليوم تستخدم البطاريات لاستعادة طاقة الكبح، وتوفير طاقة إضافية أثناء أحداث التسارع القصيرة، وتنعيم الطاقة التي توفرها خلية الوقود من خلال تحديد وضع الخمول أو إيقاف تشغيل خلية الوقود أثناء انخفاض الطلب على الطاقة. تستخدم المركبات الكهربائية العاملة بخلايا الوقود الهيدروجين النقي المخزن في خزان وقود المركبة كوقود. وعلى غرار محركات الاحتراق الداخلي التقليدية، يمكن إعادة تزويدها بالوقود في أقل من 4 دقائق ولديها مدى يزيد عن 500 كيلومتر. لا تنتج المركبات الكهربائية العاملة بخلايا الوقود الهيدروجينية انبعاثات ضارة من أنبوب العادم، فقط بخار الماء والهواء الساخن. يوضح الشكل 1 المكونات الرئيسية للمركبة الكهربائية العاملة بخلايا الوقود الهيدروجينية.
(1) البطارية المساعدة: في المركبات الكهربائية، توفر البطارية المساعدة ذات الجهد المنخفض الطاقة اللازمة لبدء تشغيل المركبة قبل تشغيل بطارية القيادة؛ كما توفر الطاقة لملحقات المركبة.
(2) مجموعة البطارية: تخزن هذه البطارية ذات الجهد العالي الطاقة المولدة بواسطة الكبح المتجدد وتوفر طاقة إضافية لمحرك الدفع الكهربائي.
(3) محول التيار المستمر/التيار المستمر (DC/DC): يقوم هذا الجهاز بتحويل طاقة التيار المستمر ذات الجهد العالي من مجموعة بطاريات الطاقة إلى طاقة التيار المستمر ذات الجهد المنخفض المطلوبة لتشغيل ملحقات السيارة وشحن البطاريات المساعدة.
(4) محرك الدفع الكهربائي: يستخدم هذا المحرك الطاقة من خلية الوقود وحزمة البطارية لتشغيل العجلات. تستخدم بعض المركبات مولدًا كهربائيًا متكاملًا يقوم بوظيفتي الدفع والتجديد.
(5) مجموعة خلايا الوقود: مكون يستخدم الهيدروجين والأكسجين لتوليد الكهرباء.
(6) حشو الوقود: يتم توصيل فوهة الوقود الموجودة على موزع الوقود بمقبس في المركبة من خلال منفذ الحشو لإعادة تزويد المركبة بالوقود.
(7) خزان الوقود (الهيدروجين): يتم تخزين الهيدروجين على متن المركبة.
(8) وحدة التحكم في إلكترونيات الطاقة في FCEV: يتحكم هذا الجهاز في الطاقة التي توفرها خلية الوقود وبطارية الطاقة، ويتحكم في سرعة محرك الدفع وعزم الدوران الذي ينتجه.
(9) نظام الإدارة الحرارية (التبريد): يحافظ هذا النظام على نطاق درجة حرارة التشغيل المناسبة لخلية الوقود والمحرك والإلكترونيات القوية والمكونات الأخرى.
(10) ناقل الحركة: ينقل ناقل الحركة القوة الميكانيكية لمحرك الدفع الكهربائي إلى العجلات.
