5. Tüzelőanyag-cellás járművek

A tüzelőanyag-cella lényegében olyan galvánelem, amelyet folyamatos tüzelőanyag-tömegáram működtet.

A járműiparban a PEMFC (proton-exchange membrane fuel cell) típusú tüzelőanyag-cellát használják, melynek a tüzelőanyaga hidrogén, égésterméke pedig víz. A cellában az elektródák között egy félig áteresztő membrán van, amin a disszociált hidrogénatomok protonjai át tudnak menni. Az elektródák elektromos vezetővel történő összeköttetésével pedig működtethető a kívánt elektromos eszköz. Egy cella feszültsége sok tényezőtől függ, elméleti maximuma 1,2 V. A járművet működtető feszültségszint sok cella sorba kapcsolásával hozható létre [6].

A PEMFC hatásfoka 60% körüli, viszont a működtető segédberendezések teljesítményigénye az összhatásfokot rontja. A tüzelőanyag-cellának szüksége van hidrogén- és levegőellátásra (hidrogénszivattyú, légkompresszor), hűtésre (hűtőszivattyú) és feszültségkonverterre. A rendszer összhatásfoka körülbelül 50%-ra adódik. A jármű összhatásfokához ezt meg kell szorozni a hajtáslánc többi komponensének a hatásfokával is.

A tüzelőanyag-cella leadott teljesítménye nem változtatható olyan gyorsan, mint amennyit a jármű mozgatása megkívánna. Ezért a tüzelőanyag-cella nem közvetlenül hajtja az elektromos hajtásláncot, hanem egy kisebb kapacitású akkumulátort tölt. A hajtásrendszer további részei lényegében azonosak az akkumulátoros elektromos járművekével. A rendszer architektúrája a 5.26. ábrán látható.

 

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1232energ_760/#m1232energ_760 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1232energ_760/#m1232energ_760)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1232energ_760/#m1232energ_760)

BibTeXEndNoteMendeleyZotero

search

5.26. ábra. A tüzelőanyag-cellás járművek architektúrája

 

Az így kapott hajtáslánc sok elemében rejt teljesen új tervezési kihívásokat. Gondoljunk például arra, hogy a tüzelőanyag-cellával egy harmadik feszültségszint is megjelenik a járműben: az architektúrában a konverterek elhelyezése már önmagában is több lehetőséget jelent. Termomenedzsment szempontjából szintén kihívást jelent, hogy a tüzelőanyag-cellát fűteni és hűteni is kellhet, ráadásul ez a hűtőrendszer kifejezetten érzékeny a szennyeződésekre. Biztonsági szempontból pedig kihívás, hogy egyszerre van a járműben nagy nyomású éghető gáz és nagy feszültségű akkumulátor is.

A tüzelőanyag-cellás járművek besorolását illetően nincs konszenzus a szakmában. Kezdetben külön kategóriaként kezelték (FCV). Később, a hibrid járművek megjelenésével a tüzelőanyag-cellás járműveket is hibridként kezelték (FCHEV), mivel két különböző hajtóanyag hajtja a járművet, mint egy soros hibridben. A hajtáslánc-összhatásfok a számítás szempontjából is ebbe a csoportba sorolhatjuk. Napjainkban már inkább elektromos járműként kezelik (FCEV). A besorolást nagymértékben befolyásolta a marketing értéke is.

Napjainkban csak kevés gyártó foglalkozik tüzelőanyag-cellás járművek fejlesztésével, ezek közül a Toyota jár az élen 2. generációs Mirai típusával [9]. Az akkumulátoros elektromos járművekkel szemben a fő előny a gyors tölthetőség és a hajtóanyag-tárolás kisebb költsége. Így összességében nagyobb hatótáv érhető el. A jövőben várhatóan inkább a nagyobb össztömegű járművek kategóriájában várható az elterjedésük, ahol az akkumulátorok már nagyok, nehezek és drágák lennének. Kisebb jármű-kategóriában a tüzelőanyag-cella felára miatt nem gazdaságosak – a tüzelőanyag-cella nagy arányban tartalmaz katalitikus anyagokat, nemesfémeket. A hidrogéntermelés és a töltőhálózat kiépítése döntő lehet a jövőbeli elterjedésüket illetően.

 

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1232energ_765/#m1232energ_765 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1232energ_765/#m1232energ_765)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1232energ_765/#m1232energ_765)

BibTeXEndNoteMendeleyZotero

search

5.27. ábra. A második generációs Toyota Mirai hajtásrendszerének felépítése [9]

 

A tüzelőanyag-cellás járművekben a hidrogént 700 bar maximális nyomáson tartják nemfémes, többrétegű tartályokban (fémes tartályokból kidiffundálna a gáz). A Toyota Mirai esetében három palack van elhelyezve a jármű hasa alatt, összesen 5 kg hidrogént tudnak tárolni. A jármű hatótávolsága 500–600 km közé adódik felhasználástól függően, azaz a hidrogénfogyasztás kevesebb, mint 1 kg/100 km. A Toyota Mirai felépítése megfigyelhető a 5.27. ábrán.

A nagy nyomású hidrogéntartályok komoly biztonsági szempontokat vetnek fel (ahogyan a nagy feszültségű akkumulátorok is). A tartályok elhelyezése, sérülés és tűz elleni biztonsága új autóipari megoldások kidolgozását hozta magával. A hidrogén sokkal könnyebb a levegőnél, ezért a szervizműhelyekre is más előírások vonatkoznak. A hidrogén tüze nem látható, viszont lényegében függőleges oszlop alakú, kevésbé gyújt meg más anyagokat. Azaz vannak olyan szempontok is, amelyek szerint egy tüzelőanyag-cellás autó égéséből származó tűz biztonságosabb lehet, mint egy benzinmotoros jármű tűzesete.

A hidrogénpalackok fő igénybevétele a töltésleürítések következtében fellépő fáradás, emiatt előre meghatározott időközönként szükséges lehet a cseréjük.

 

Tartalomjegyzék

• Energiatárolási és akkumulátoripari alapismeretek
• Impresszum
• Előszó
• chevron_rightAkkumulátoros tárolók a villamosenergia-piacon
  • Bevezetés
  • 1. A villamosenergia-piac működése dióhéjban
  • 2. A tárolók üzleti modelljeit megalapozó változások a villamosenergia-rendszerben
  • chevron_right3. A tárolók használati esetei a villamosenergia-piacon
    • chevron_right3.1. Árarbitrázs a nagykereskedelmi piacon
      • 3.1.1. A másnapi piac működése
      • 3.1.2. Az intraday piaci kereskedés
      • 3.1.3. A HUPX intraday piac működése
    • 3.2. Megújuló-erőművek menetrendtartásának támogatása
    • chevron_right3.3. Kiegyenlítő szabályozási piaci lehetőségek
      • 3.3.1. A kiegyenlítő szabályozási piacok működése
    • 3.4. Elosztói rugalmassági piaci lehetőségek
    • 3.5. Mérőóra mögötti alkalmazások
  • 4. Irodalom
• chevron_rightA villamosenergia-rendszer kihívásai az időjárásfüggő megújuló energiaforrások vonatkozásában
  • chevron_right1. Bevezetés
    • 1.1. A hálózati kiegyenlítés kihívásai
    • 1.2. A fotovillamos teljesítmény előrejelzésének fontossága a villamosenergia-hálózatok szempontjából
    • 1.3. Energiatároló rendszerek: jelentőségük és potenciális szerepük az Európai Unióban
    • 1.4. Hálózatkiegyenlítési szempontok, az akkumulátoros energiatároló rendszerek piaci alkalmazásai, a PV-energia integrációjának megoldásai és sikeressége
  • 2. Irodalom
• chevron_rightTelepített akkumulátorok – a hálózati elektrokémiai energiatárolás alapjai
  • chevron_right1. Bevezetés
    • 1.1. Célok
    • 1.2. Az energiatárolás alapjai – röviden
  • chevron_right2. Energiatárolás: mit, miért, hogyan?
    • 2.1. Mit is csinálunk?
    • 2.2. Miért csináljuk?
    • 2.3. Hogyan csináljuk?
  • chevron_right3. Az energiatárolás fajtái
    • chevron_right3.1. Közvetlen villamosenergia-tárolók
      • 3.1.1. Szuperkondenzátorok
      • 3.1.2. Szupravezető gyűrű
    • 3.2. Elektrokémiai energiatárolók
    • 3.3. Kémiai energiatárolók
    • chevron_right3.4. Mechanikai energiatárolók
      • 3.4.1. Helyzeti energiás tárolók
      • 3.4.2. Mozgási energiás tárolók
    • 3.5. Hőtárolók
  • 4. Pszeudoakkumulátorok
  • 5. A telepített akkumulátorok előnyei
  • chevron_right6. Hálózati tárolás
    • 6.1. Alapok
    • 6.2. Létező és tervezett hazai hálózati tárolók
  • chevron_right7. Esettanulmányok
    • 7.1. Kisváros, 1 órás áramszünet – Li-ion-akkumulátoros megoldás
    • 7.2. Kisváros, három és fél napos áramszünet – Li-ion-akkumulátoros megoldás
    • 7.3. Kisváros, három és fél napos áramszünet – P2M pszeudoakkumulátoros megoldás
    • 7.4. Kisváros, három hónapos „vulkán+zombik” szenárió – P2M pszeudoakkumulátoros megoldás
    • chevron_right7.5. A TERNA-projekt
      • 7.5.1. A TERNA-koncepció
      • 7.5.2. Megvalósult TERNA-projektek
  • 8. Összefoglalás
  • 9. Irodalom
• chevron_rightElektromobilitási rendszer és szolgáltatások, töltő-infrastruktúra
  • 1. Bevezetés
  • 2. Technológiai áttekintés – járművek csoportosítása
  • 3. Az elektromobilitási rendszer modellje
  • 4. Töltő-infrastruktúra
  • 5. Töltésütemezés
  • 6. A városi közforgalmú autóbuszhálózat elektrifikációja
  • 7. Irodalom
• chevron_rightAlternatív járműhajtások
  • 1. Bevezetés
  • 2. A belső égésű motorok jövője
  • chevron_right3. Hibrid hajtásláncok
    • 3.1. Általános tulajdonságok
    • 3.2. Hibrid működésmódok [6]
    • 3.3. Hibrid hajtásrendszerek topológiái [6]
  • chevron_right4. Akkumulátoros elektromos járművek
    • 4.1. Általános tulajdonságok [7]
    • 4.2. Villamos gépek
    • 4.3. Hajtóművek
  • 5. Tüzelőanyag-cellás járművek
  • 6. Irodalom
• chevron_rightAz átmeneti energiatárolásra használható elektrokémiai rendszerek leírásának termodinamikai és elektrokémiai aspektusai
  • chevron_right1. Átmeneti energiatárolás elektrokémiai rendszerekben ‒ termodinamikai és elektrokémiai alapok
    • 1.1. Bevezetés
    • 1.2. Az elektrokémiai energiatárolási technológiák
    • 1.3. Kémiai és elektrokémiai háttér
    • 1.4. Az elektrokémiai cella
    • chevron_right1.5. Az elektrokémiai cella reprezentációja
      • 1.5.1. A celladiagram
      • 1.5.2. A cellareakció és a cellareakció konvencionális egyenlete
    • chevron_right1.6. Az elektrokémiai cella termodinamikai jellemzése
      • 1.6.1. Termodinamikai paraméterek
      • 1.6.2. A reakció szabadentalpia-változása és a cellareakció potenciálja
    • chevron_right1.7. Az elektrokémiai cellával és az elektródokkal kapcsolatos egyéb fogalmak
      • 1.7.1. Elektrolit
      • 1.7.2. Elektrokémiai kettős réteg
      • 1.7.3. Elektródfolyamat, elektródreakció
      • 1.7.4. Az elektródon átfolyó áram iránya, anód, katód, csereáram
    • chevron_right1.8. Az elektródok osztályozása
      • 1.8.1. Az elektródok osztályozása a bennük lejátszódó elektródreakciók száma szerint
      • chevron_right1.8.2. Egyszerű elektródok
        • 1.8.2.1. Elsőfajú elektródok
        • 1.8.2.2. Másodfajú elektródok
        • 1.8.2.3. Harmadfajú elektródok
        • 1.8.2.4. Redoxielektródok
        • 1.8.2.5. Kompozit (módosított) elektródok
      • chevron_right1.8.3. Az elektródok egyéb csoportosítási lehetőségei
        • 1.8.3.1. Anód, katód (osztályozás az elektródon átfolyó áram előjele szerint)
        • 1.8.3.2. Az elektródok osztályozása/elnevezése a három- vagy többelektródos elektrolizálócellában betöltött szerepük alapján
    • chevron_right1.9. Az elektrokémiai cellát jellemző fizikai kémiai mennyiségekről
      • 1.9.1. Termodinamikai mennyiségek és diffúziós potenciál (Δφdiff )
      • 1.9.2. Az elektrokémiai cella elektromos potenciálkülönbsége (E )
      • 1.9.3. Elektromotoros erő (EMF )
      • 1.9.4. Elektródpotenciál (E vagy ε ), egyensúlyi potenciál (Ee vagy εe )
    • chevron_right1.10. A heterogén elektrokémiai rendszereket (elektrokémiai cella, elektród) jellemző elektrokémiai-termodinamikai mennyiségek
      • 1.10.1. Az elektródreakció potenciálja (Er vagy εr )
      • 1.10.2. Az elektródreakció potenciálja és a Nernst-féle egyenlet
    • chevron_right1.11. Elektrokémiai egyensúlyi diagramok
      • 1.11.1. A víz elektrokémiai egyensúlyi diagramja
      • 1.11.2. Információk az ólomakkumulátor jellemzéséhez az ólom egyensúlyi diagramja (Pourbaix-diagramja) alapján
    • 1.12. Az elektromotoros erő (EMF) hőmérsékletfüggése alapján meghatározható termodinamikai mennyiségek
    • 1.13. A cellareakció potenciálja és a reakció egyensúlyi állandója
    • chevron_right1.14. Az (elektro)kémiai áramforrások osztályozása a gyakorlatban
      • chevron_right1.14.1. Primer elemek (galvánelemek)
        • 1.14.1.1. Az elektrokémiai reaktor elektromos potenciálkülönbsége működés közben
      • chevron_right1.14.2. Szekunder elemek (akkumulátorok)
        • 1.14.2.1. A szekunder elemeket (akkumulátorokat) jellemző specifikus adatok
      • 1.14.3. Tüzelőanyag-cellák
      • 1.14.4. A Ragone-diagram
  • 2. Irodalom
• chevron_rightBevezetés a Li-ion-akkumulátorok technológiájába
  • chevron_right1. A Li-ion-akkumulátorok működési elve és komponensei
    • 1.1. Az elektrokémiai energiatárolás történeti áttekintése
    • 1.2. A lítiumelemek és a Li-ion-akkumulátorok történeti áttekintése
    • 1.3. A Li-ion-akkumulátorok működési elve
    • chevron_right1.4. Az újratölthető Li-ion-akkumulátorok szerkezete és anyagai
      • 1.4.1. A pozitív elektród (katód) anyagai
      • 1.4.2. A negatív elektród (anód) anyagai
      • chevron_right1.4.3. Elektrokémiai szempontból inaktív cellakomponensek
        • 1.4.3.1. Elektród-adalékanyagok
        • 1.4.3.2. A szerves elektrolit és komponensei
        • 1.4.3.3. A szeparátorfólia
        • 1.4.3.4. Az áramgyűjtő fóliák
        • 1.4.3.5. Burkolat (tasakos, kemény tok (acél, ABS))
        • 1.4.3.6. Akkumulátorcellán belüli biztonsági komponensek
    • chevron_right1.5. A hagyományos Li-ion-akkumulátorok öregedési folyamatai
      • 1.5.1. Az elektrolit öregedési mechanizmusa
      • 1.5.2. A negatív elektródanyagok öregedési mechanizmusai
      • 1.5.3. A pozitív elektródok öregedési mechanizmusai
  • chevron_right2. A Li-ion-akkumulátorok fejlesztési irányai
    • chevron_right2.1. Fontosabb új generációs Li-ion technológiák
      • 2.1.1. Szilárdtest-Li-ion-akkumulátorok
      • 2.1.2. A lítium–kén (Li–S, LSB) akkumulátor
      • 2.1.3. A nátriumion-akkumulátor
      • 2.1.4. A magnéziumion-akkumulátor
      • 2.1.5. A lítium–levegő akkumulátor (Li–O2)
  • chevron_right3. Li-ion-akkumulátorcellák, modulok és akkumulátorcsomagok gyártása
    • chevron_right3.1. Az akkumulátorcellák gyártási folyamata
      • 3.1.1. A Li-ion-akkumulátorcellák gyártási folyamata
    • 3.2. A Li-ion-akkumulátormodul és -csomag összeszerelése
  • 4. Irodalom
• chevron_rightLi-ion-akkumulátorok biztonságtechnikája és akkumulátortesztelési eljárások
  • 1. Bevezetés
  • chevron_right2. A biztonságtechnika és a diagnosztika fontossága a Li-ion-akkumulátorok használata során
    • 2.1. A Li-ion-akkumulátorok veszélyei: rejtett és direkt kockázatok
    • 2.2. A diagnosztikai eljárások szerepe a megelőzésben és a hibák előrejelzésében
  • chevron_right3. Biztonságtechnikai kihívások és tönkremeneteli mechanizmusok a Li-ion-akkumulátorokban
    • 3.1. Nem energetikus tönkremenetel
    • 3.2. Energetikus tönkremenetel: Termikus megfutás (thermal runaway)
    • chevron_right3.3. Akkumulátorok külső védelme – akkumulátorfelügyeleti rendszer (BMS)
      • 3.3.1. Túláram-védelem
      • 3.3.2. Feszültségvédelem
      • 3.3.3. Hőmérséklet-védelem
      • 3.3.4. Kapacitásfigyelés
  • chevron_right4. Diagnosztikai eljárások és céljaik a Li-ion-biztonságtechnika szolgálatában
    • 4.1. Diagnosztikai tesztek és az alkalmazás célja
    • 4.2. Diagnosztikai vizsgálatok az állapotfelmérésben és a hibák előrejelzésében
    • 4.3. A biztonságtechnikai és diagnosztikai tesztek összefüggései
    • chevron_right4.4. Teszttípusok a diagnosztikában
      • 4.4.1. Elektrokémiai tesztek: kapacitásmérés, belső ellenállás mérése
      • 4.4.2. Klimatikus tesztek: hőkamrák, páratartalom és hőmérséklet-változások hatásának vizsgálata
      • 4.4.3. Abúzustesztek: extrém körülmények (például túlterhelés, rövidzárlat) szimulálása a valós kockázatok modellezéséhez
    • chevron_right4.5 Tesztberendezések és tesztkörnyezetek
      • 4.5.1. A tesztberendezések bemutatása
      • 4.5.2. Nemzetközi és ipari szabványok az akkumulátorok tesztelésére
  • chevron_right5. Összefoglalás
    • 5.1. Az akkumulátor-biztonságtechnika és a diagnosztikai eljárások jelentősége a megelőzés és az állapotfelmérés során
    • 5.2. Innovációk és kutatási irányok a Li-ion-akkumulátorok biztonságtechnikai fejlődésében
    • 5.3. A fejezetben használt rövidítések
  • 6. Irodalom
• chevron_rightAkkumulátorfelügyeleti rendszerek (BMS) és akkumulátordiagnosztika
  • chevron_right1. Akkumulátorfelügyeleti rendszerek (BMS)
    • 1.1. Az akkumulátorfelügyeleti rendszer (BMS) elemei
    • 1.2. Akkumulátormodulok
    • 1.3. A BMS-rendszerek evolúciója
  • chevron_right2. Az akkumulátorrendszerek diagnosztikája
    • 2.1. Új akkumulátorok és egyéb termékekkel kapcsolatos vizsgálati szabványok
    • 2.2. Az akkumulátorok szabványok szerinti vizsgálatához kapcsolódó fontosabb szabványok és vizsgálatok
    • 2.3. Használt akkumulátorok vizsgálata – UL 1974 szabvány szerinti folyamatok
    • 2.4. Akkumulátorok anyagtudományi vizsgálatai
  • chevron_right3. Akkumulátordiagnosztikai esettanulmányok
    • 3.1. Akkumulátorok szétszerelése
    • 3.2. Akkumulátorok gyorstesztjei
    • 3.3. Akkumulátormodulok vizsgálata
    • 3.4. Néhány praktika
  • 4. Irodalom
• chevron_rightLi-ion-akkumulátorok újrahasznosítási technológiái
  • 1. Bevezetés
  • chevron_right2. A Li-ion-akkumulátorok anyagi jellemzői
    • 2.1. Az anyagi visszajáratás lehetősége és igénye
    • 2.2. A működő Li-ion-akkumulátorok fő anyagi alkotói
  • chevron_right3. Az értékes fémek kinyerése
    • 3.1. A nyersanyag előkészítése a hidrometallurgiai feldolgozásra
    • chevron_right3.2. A black mass feldolgozása
      • 3.2.1. Kioldás
      • 3.2.2. Ionelválasztás, fémkinyerés vegyület alakban precipitációval
      • 3.2.3. Ionelválasztás oldószeres extrakcióval
      • 3.2.4. Ionelválasztás komplex ioncserés technikával
    • 3.3. A Li-ion-akkumulátorok teljes feldolgozási módszerei
  • 4. Irodalom

Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2025

ISBN: 978 963 664 126 9

A kötet átfogó, horizontális tematikával vezeti be az olvasót az akkumulátor értéklánc teljes spektrumába: bemutatja a villamosenergia-piac működését, a telepített energiatárolási megoldásokat, az akkumulátorok járműipari alkalmazása terén az alternatív hajtásláncok felépítését és kulcskomponenseit, valamint részletesen tárgyalja a Li-ion akkumulátorok felépítését, működését, gyártástechnológiáját és a legfrissebb fejlesztési irányokat. Áttekintést nyújt továbbá az akkumulátorok biztonságtechnikájáról, diagnosztikai eljárásairól és az újrahasznosítás legfontosabb szempontjairól. Az olvasó átfogó képet kaphat az elektrokémiai energiatárolás technológiai hátteréről, a mobilitási és telepített tárolási megoldások térnyeréséről, az akkumulátoripar hazai és globális fejlődési irányairól, valamint az ezekhez kapcsolódó lehetőségekről, kihívásokról és szabályozási kérdésekről. A kötet az akkumulátorgyártás alaplépéseitől a jármű- és energiarendszer-integrációig, a töltőinfrastruktúrától a biztonságtechnikai, gazdasági és jogi aspektusokig számos kapcsolódó területet is tárgyal. Hasznos olvasmány lehet gépész-, villamos- és vegyipari mérnökök, mechatronikai és gazdasági szakemberek, autóipari és energiaipari szereplők, valamint a közszféra és az oktatás területén dolgozók számára – de mindazoknak is, akik naprakész, rendszerszintű tudást keresnek az energiatárolás és az elektromobilitás dinamikusan fejlődő világában. A kötet elkészítését a Magyar Akkumulátor Szövetség támogatta.

Hivatkozás: https://mersz.hu/kun-energiatarolasi-es-akkumulatoripari-alapismeretek//