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Parque da Indústria Automóvel de Chengli
Revisão das principais tecnologias do sistema de controlo de potência híbrido baseado num veículo com chassis de célula de combustível de hidrogénio
Sistemas de energia híbridos de células de combustível de hidrogénio para veículos: Uma revisão completa
Índice
Introdução
Pilhas de combustível de hidrogénio estão a ganhar terreno como um ator-chave no futuro dos transportes limpos. Estes sistemas fantásticos ajudam os carros e camiões a funcionar quase sem gases nocivos. Pense neles como pequenas centrais eléctricas que transformam o hidrogénio em eletricidade através de um processo limpo.
Automóveis com células de combustível de hidrogénio oferecem grandes vantagens. Podem ir longe sem parar. Podem ser enchidos com combustível em apenas alguns minutos. E o melhor de tudo é que só produzem água como resíduo - sem fumo sujo!
Este artigo analisa o modo como estes sistemas funcionam e porque é que muitos pensam que são o caminho a seguir para veículos mais ecológicos.
Como funcionam as pilhas de combustível de hidrogénio nos automóveis
As células de combustível de hidrogénio funcionam como magia, mas é tudo ciência. Na pilha de combustível, o hidrogénio e o oxigénio têm um encontro especial. Este encontro produz eletricidade e água - e é tudo!
Eis o que acontece passo a passo:
- O gás hidrogénio entra na célula de combustível
- O oxigénio vem do ar
- Reagem em conjunto com a ajuda de materiais especiais
- Esta reação produz eletricidade para alimentar o automóvel
- O vapor de água é o único produto residual
A maioria dos veículos a pilha de combustível não depende apenas da pilha de combustível. Utilizam um sistema elétrico híbrido que combina células de combustível com baterias. Esta combinação inteligente funciona melhor do que qualquer uma delas isoladamente.
Tecnologias-chave em sistemas de controlo de energia híbrida
1. Sistemas de distribuição de energia
O coração de qualquer veículo a pilha de combustível de hidrogénio é a forma como gere a energia. Os sistemas modernos utilizam controladores especiais para decidir quando utilizar a energia da pilha de combustível e quando utilizar a bateria.
Os melhores sistemas utilizam algo chamado quadro port-Hamiltoniano. Este nome sofisticado significa que o automóvel pode ser super inteligente ao utilizar a quantidade certa de potência no momento certo.
2. Sistemas de gestão térmica
O controlo do calor é muito importante nestes automóveis. O Toyota Mirai (um verdadeiro carro a hidrogénio que pode comprar!) utiliza um sistema inteligente que pode:
- Manter a célula de combustível à temperatura ideal
- Utilizar calor extra para aquecer o automóvel no inverno
- Controlar o grau de arrefecimento ou aquecimento das diferentes partes
Vejamos alguns dados de testes reais do Mirai:
| Condição de teste | Temperatura medida | Temperatura simulada | Taxa de erro |
|---|---|---|---|
| Arranque à potência máxima | 75°C | 78°C | 3.8% |
| Condução estável a 80km/h | 68°C | 70°C | 2.9% |
| Modo de aquecimento ligado | 62°C | 65°C | 4.8% |
Isto mostra como o desempenho real está próximo do que os engenheiros previram. Isso é boa engenharia!
Veículos a pilhas de combustível de hidrogénio: Alimentando um futuro limpo
Alimentar o futuro
As células de combustível de hidrogénio oferecem uma forma limpa e eficiente de alimentar veículos, produzindo apenas água como subproduto.
Hidrogénio vs. Elétrico: Tempo de reabastecimento
Principais tecnologias e vantagens
| Caraterística | Célula de combustível de hidrogénio | Bateria eléctrica |
|---|---|---|
| Densidade energética | 120-140 MJ/kg | 0,5-1 MJ/kg |
| Tempo de reabastecimento | < 5 minutos | Mais de 30 minutos |
| Emissões | Zero | Zero (no tubo de escape) |
Exemplos do mundo real
| Modelo | Caraterísticas principais |
|---|---|
| Toyota Mirai | Célula de combustível de 110 kW, 500 km de autonomia |
| Hyundai Nexo | Célula de combustível de 110kW, durabilidade melhorada |
3. Estratégias de controlo para diferentes condições de condução
Os automóveis precisam de funcionar em todos os tipos de condições - condução na cidade, auto-estradas, colinas e muito mais. Os melhores sistemas de células de combustível utilizam diferentes métodos de controlo:
| Método de controlo | Quando é utilizado | Melhoria do desempenho |
|---|---|---|
| Distribuição de energia adaptável | Quando as baterias e as pilhas de combustível trabalham em conjunto | 15% melhor eficiência, 10% menos hidrogénio utilizado |
| Lógica difusa PMC | Vários modos de gestão de energia | Potência mais estável, tempo de resposta mais rápido 20% |
| Regras do Algoritmo Genético | Otimização da gestão da energia | Vida útil da bateria prolongada pelo 30% |
| Gestão Preditiva de Energia | Percursos de condução complexos | Envelhecimento da pilha de combustível abrandado pelo 25% |
Estes métodos de controlo inteligentes significam um melhor desempenho e uma vida útil mais longa para todas as partes do sistema.
Exemplos reais de veículos a pilha de combustível de hidrogénio
Vejamos alguns automóveis a hidrogénio reais e o que os torna especiais:
| Modelo do veículo | Caraterísticas principais | Fonte |
|---|---|---|
| Toyota Mirai (2ª geração) | Célula de combustível com 110 kW de potência, autonomia de 500 km, gestão térmica avançada | Ver o Toyota Mirai em pormenor |
| Hyundai Nexo | 16% mais potência (110kW), capacidade de arranque a frio melhorada | |
| Sistemas híbridos de energia para navios | Pilhas múltiplas de células de combustível com baterias, 20% menos utilização de hidrogénio |
O Transportadores movidos a pilhas de combustível mostram como esta tecnologia está a crescer para além dos automóveis, abrangendo também veículos maiores.
Células de Combustível de Hidrogénio vs. Veículos Eléctricos a Bateria
Muitas pessoas perguntam-se se os automóveis a hidrogénio ou a bateria são melhores. Ambos têm pontos positivos e negativos:
| Caraterística | Automóveis a pilha de combustível de hidrogénio | Automóveis eléctricos a bateria |
|---|---|---|
| Densidade energética | 120-140MJ/kg (hidrogénio) | 0,5-1MJ/kg (baterias de iões de lítio) |
| Tempo de reabastecimento/recarregamento | Menos de 5 minutos | 30 minutos a várias horas |
| Desempenho em tempo frio | Funciona até -30°C | O alcance diminui em 40% a -20°C |
| Custo do sistema | Elevada (necessita de metais preciosos) | Médio (as pilhas estão a ficar mais baratas) |
Para os grandes camiões que precisam de se manter em movimento durante todo o dia, as células de combustível de hidrogénio podem funcionar melhor do que as baterias. Estes camiões pesados camiões para transporte de semi-reboques poderia beneficiar muito do rápido tempo de recarga do hidrogénio.
O futuro das pilhas de combustível de hidrogénio nos transportes
O mundo do hidrogénio está a crescer rapidamente! A Toyota tem vindo a trabalhar neste domínio há mais de 30 anos. Lançaram o seu primeiro automóvel a hidrogénio (o Mirai) em 2014.
Alguns aspectos importantes a ter em conta:
- Mais varredoras a pilhas de combustível de hidrogénio e camiões de trabalho
- Melhores formas de produzir e armazenar hidrogénio
- Custos mais baixos à medida que mais veículos utilizam a tecnologia
- Mais estações de abastecimento de hidrogénio
O camiões de emergência móveis também poderia utilizar esta tecnologia para fornecer energia de reserva limpa quando necessário.
Conclusão
Sistemas de energia híbridos com células de combustível de hidrogénio são uma parte interessante do nosso futuro de transportes limpos. Eles oferecem:
- Longo raio de ação
- Reabastecimento rápido
- Zero emissões nocivas
- Bom desempenho em tempo frio
Embora ainda existam desafios em termos de custos e de construção de estações de hidrogénio, a tecnologia continua a melhorar. À medida que mais empresas fabricam estes veículos, os preços deverão baixar.
Para algumas utilizações - especialmente grandes camiões, autocarros e veículos de trabalho - as pilhas de combustível de hidrogénio podem ser a resposta perfeita às nossas necessidades de energia limpa.
