Wybrane aspekty wykorzystania ogniw paliwowych w układach napędowych pojazdów wojskowych Selected aspects of the use of fuel cells in military vehicles propulsion system

Pełen tekst

(1)PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 124. Transport. 2019. Mateusz Makarewicz, &% & , &! ' $! Wojskowy Instytut Techniki Pancernej i Samochodowej, Sulejówek, Polska. WYBRANE ASPEKTY WYKORZYSTANIA OGNIW PALIWOWYCH W 7#)5 < 4&=5:*; < POJAZDÓW WOJSKOWYCH +

(2) , maj 2019. Streszczenie: x

(3)

(4)

(5)

(6)

(7) "

(8) " . -terenowego, którego podstawowym zadaniem jest realizacja funkcji transportu towarów. "

(9)

(10) $

(11)

(12)

(13)

(14)

(15) F

(16) #$

(17)

(18) Q $

(19) . budowie z silnikiem spalinowym oraz jego odpowiednik zasilany e

(20) " #

(21) #

(22) # . "

(23) Q

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

(29) "

(30) F mulacyjne obliczenia parametrów trakcyjnych. Wynikiem zrealizowanej pracy jest ocena porównaw

(31) "

(32)

(33) " '

(34) "

(35) . -terenowego ogólnego przeznaczenia. '

(36) ? mechanika, pojazdy specjalne, pojazdy wojskowe, bilans energii, wodorowe ogniwa paliwowe. 1. WYMAGANIA EKSPLOATACYJNE I TECHNICZNE DLA SZOSOWYCH ORAZ TERENOWYCH POJAZDÓW WOJSKOWYCH )

(37) "

(38) ( $ #

(39) ". "Q x#

(40)

(41) F @ @ @ @

(42) F #

(43) #

(44)

(45)

(46)

(47)

(48) Q & . "

(49) @

(50)

(51) @

(52)

(53) F

(54) # !+; "

(55) F nych konstrukcji specjalnych. Wymagania eksploatacyjno-

(56)

(57)

(58) "#

(59) #F @

(60) #

(61) #

(62)

(63)

(64) Q *

(65) "# .

(66)

(67) "$

(68) -technicznych w przypadku pojazdów spe

(69)

(70)

(71)

(72)

(73) Q & " .

(74) 88. ! ! @ @ ) $.

(75) #

(76) B " "

(77) # F sto sprzecznych "$@

(78) # Q

(79) Q #" @

(80) @. czy poziom zapewnianej ochrony. % #" #

(81) @

(82) F $@

(83) @

(84) @

(85)

(86) @. "@

(87)

(88)

(89)

(90)

(91) Q & .

(92)

(93) # "

(94)

(95) #

(96) @

(97) # @. #

(98)

(99) " @

(100) #

(101) . przemiesz

(102)

(103)

(104)

(105)

(106) F kich jak lotniczy, kolejowy, wodny czy drogowy. W kwestii zapewnianego poziomu

(107)

(108) # "

(109)

(110)

(111) Q

(112)

(113)

(114) F

(115) "

(116) @

(117) @

(118)

(119) . ©

(120)

(121)

(122)

(123) "

(124) "

(125) @. B

(126)

(127)

(128) . (

(129) F jazdu (wymiary geometryczne, po

(130) "

(131)

(132)

(133) "@ B. sygnatury termicznej i innych). &

(134)

(135)

(136)

(137) -

(138)

(139) .

(140)

(141) {

(142) ¸@

(143) F ny do prze |

(144)

(145)

(146)

(147) " .

(148) F | " )?;x;< ~Q %

(149) .

(150)

(151) "

(152)

(153) "F

(154)

(155)

(156)

(157) '

(158) " .

(159) ych.. 2. :4* &9*:*8 "#: 65): 848 ')71` 8" 5: 4&=57 &:"+57 =1:*: -884:*8: + 984;*4; 7#)58 4&=5:*; `

(160) '

(161) "

(162) '

(163)

(164)

(165) F

(166) "

(167) T-PEMFC. Jest to ogniwo zasilane wodorem, w którym wykorzystywana jest polimerowa membrana wraz z elektrolitem opartym na

(168)

(169) Q " "

(170) #

(171) . / | =: B

(172) #

(173) #

(174) Q V. "

(175)

(176) B "

(177)

(178) # .

(179) "

(180) .

(181) " /=%:Q

(182) ?-PEMFC polega na przetwarzaniu wodoru, który rozdzie

(183)

(184)

(185)

(186)

(187) #

(188).

(189) Q F

(190) #

(191)

(192) "

(193) @ "

(194) . #

(195)

(196) @ "

(197) #

(198) # "

(199) Q. &

(200)

(201)

(202)

(203)

(204) # #

(205) F trony i protony z tlenem, w wyniku czego powstaje woda, która jako produkt odpadowy

(206) Q ?

(207)

(208) B

(209)

(210) .

(211) Wybrane aspekty

(212) "

(213)

(214) 89. Q ?" "

(215) #

(216)

(217) F rzystywane w budowie pojazdów, a w niewielkim stopniu w

(218) F cjonarnych.. Rys. 1. <(

(219)

(220)

(221) "

(222) ?-PEMFC ":

(223)

(224) . 3. (94' 8488; +4; &:"+57 *;&:'1:48: W #:4*84 ":494; 7#)5 4&=5:*; &

(225)

(226)

(227)

(228) "

(229) " -terenowego

(230) "

(231)

(232)

(233)

(234)

(235)

(236)

(237) " F $

(238)

(239)

(240)

(241) " paliwie na dwóch poziomach: poziom 1 –

(242)

(243) "

(244)

(245)

(246) " @

(247) #F go zasadniczy element konwersji energii zgromadzonej w paliwie na inne jej rodzaje, poziom 2 –

(248)

(249) "

(250)

(251)

(252) " F

(253)

(254)

(255)

(256)

(257) "

(258)

(259)

(260) . dodatkowe. ;

(261)

(262)

(263) "

(264) "

(265) " rowo-

(266) " "F Q " "

(267)

(268)

(269) # $

(270)

(271)

(272) "

(273)

(274)

(275) -terenowego, dwuosiowego, #"

(276) /¸:

(277)

(278) F cowym i manu

(279) #

(280) #

(281) # "@

(282)

(283) " #

(284)

(285)

(286) " .

(287) @ "# B

(288)

(289)

(290)

(291) . pojazdu, '

(292)

(293) "

(294)

(295)

(296) spalinowy o mocy maksymalnej

(297) # | & |{ Q

(298)

(299)

(300) F

(301) { x ". 1300-1600 obr./min, B

(302)

(303)

(304) "

(305) @.

(306) 90. ! ! @ @ ) $. po @ @ .

(307)

(308) / F nego i poprzecznego,

(309) #

(310) #

(311)

(312) @ temperatura otoczenia wynosi 20 ±5qC,

(313)

(314)

(315)

(316) " B

(317) #.

(318) #

(319) @

(320) #

(321) # != – 16000 kg. &

(322)

(323) " / {: "

(324)

(325)

(326) " F wartej w

(327)

(328) #

(329) "

(330)

(331) #@

(332) #.

(333) # " F

(334)

(335) #

(336)

(337) #

(338) " Q |

(339)

(340) F

(341) "

(342)

(343) "

(344)

(345)

(346)

(347) " F

(348)

(349) #.

(350) # (rys. 2).. Rys. 2. <(

(351)

(352)

(353) "

(354)

(355) "

(356) F

(357)

(358)

(359)

(360)

(361)

(362) ym –

(363)

(364) "

(365) "

(366)

(367) . strat ":

(368)

(369) .


(371) "

(372)

(373) 91. 4. (94' 8488; +4; &:"+57 *;&:'1:48: W 7#)5 4&=5:*; +*8"` ; :4* PALIWOWE &

(374)

(375)

(376)

(377) "

(378) -

(379) "

(380) ". w

(381) # "

(382) " $

(383) @. #

(384) "

(385)

(386)

(387) Q `

(388)

(389) . "

(390)

(391)

(392)

(393)

(394)

(395) Q "

(396) F B

(397)

(398)

(399)

(400)

(401)

(402) "

(403) #

(404)

(405) #

(406)

(407) . # tym wykonywania manewrów. &

(408) "

(409) "

(410) wy

(411) " '

(412) "

(413) "

(414) . o | & # Q

(415) Q

(416) / 2) wraz z akumulatorem trak

(417) "

(418) .

(419) –

(420) "

(421) Q V

(422) .

(423)

(424) "

(425)

(426)

(427) " "

(428)

(429)

(430) F dowego i

(431)

(432) (rys. 3). & "

(433)

(434) " F

(435)

(436) Q

(437) Q

(438)

(439)

(440)

(441) # | & #"

(442) . 8500 obr./min i momencie obrotow

(443) || x F

(444) # – 8500 obr./min.. + Q Q <(

(445)

(446) .

(447) "

(448) F

(449) "

(450) # ogniwa paliwowe – bilans

(451) "

(452) " F nieniem strat ":

(453)

(454) .

(455) 92. ! ! @ @ ) $. 5. BILANS ENERGII ELEKTRYCZNEJ POJAZDU + 7#)58 4&=5:*; *;&:'1:4; W OGNIWA PALIWOWE &

(456)

(457)

(458) "

(459)

(460)

(461) .

(462)

(463) "

(464)

(465) "

(466) "

(467)

(468)

(469) "

(470) .

(471) " Q %

(472)

(473)

(474) F trywanyc # Q

(475) Q

(476)

(477) "

(478)

(479) ". #"

(480)

(481) stosie ogniw paliwowych energii elektrycznej i

(482)

(483)

(484)

(485)

(486)

(487) "

(488) " Q

(489). skrzyni biegów. W b

(490)

(491) "

(492)

(493)

(494)

(495)

(496) " "

(497)

(498)

(499) 'F

(500) "

(501)

(502)

(503)

(504)

(505) "

(506) .

(507) Q V

(508)

(509) "

(510) " #

(511) . silnika spalinowego poprzez stos ogniw paliwowych, w których energia elektryczna jest wytwarzana w

(512)

(513)

(514)

(515)

(516) . jak

(517)

(518) " Q ^

(519)

(520) "

(521) "

(522)

(523)

(524) F gii rozp

(525) " -

(526) "

(527) "

(528) F # "

(529)

(530)

(531)

(532)

(533) Q. Rys. 4. Schemat ideowo-

(534) .

(535) "

(536) " . ogniw paliwowych ":

(537)

(538) .

(539) #" F

(540) "

(541) . "

(542) # # F su ogniw paliwowych typu HT-PEMFC / "

(543)

(544) F dzenia) o # F cy maksymalnej równej zastosowanego silnika spalinowego..


(546) "

(547)

(548) 93. 6. PORÓWNANIE BILANSÓW ENERGETYCZNYCH POJAZDÓW, CHARAKTERYSTYKI TRAKCYJNE POJAZDÓW – &:5:(8q'* 614 8 W ZAKRESIE WYKORZYSTANIA 5:'=&48" 848 %

(549) "

(550)

(551) $

(552) . warunkach pracy "

(553)

(554) #

(555) "

(556) #@ obu -

(557) "

(558) # y40% "

(559)

(560)

(561)

(562)

(563) @ ko

(564) Q

(565) # '

(566)

(567)

(568)

(569) . #" #

(570) Q. +

(571)

(572)

(573)

(574) .

(575) "@ "

(576) " . @

(577) #

(578)

(579)

(580)

(581)

(582) @.

(583) # "

(584) #

(585) B

(586) "Q V "

(587)

(588) #. mocy elektrycznej wytwarzanej w stosie og

(589)

(590) F

(591)

(592) ".

(593) "Q )

(594) # .

(595)

(596)

(597) #

(598)

(599)

(600) "

(601)

(602) . ruchowych pojazdu. )

(603)

(604)

(605) "

(606)

(607) / #

(608) F

(609) "

(610) ":

(611)

(612) Q & .

(613)

(614)

(615)

(616) .

(617) " Q +

(618)

(619) # @ " "

(620)

(621) ".

(622)

(623)

(624) #

(625) " .

(626)

(627) '

(628) Q

(629)

(630) " F trycznej dla poszczególnych grup odbi

(631) #

(632)

(633) "

(634) F dowego zaprezentowano na rysunku 5. -

(635) . w konwencjonalny

(636) - F

(637)

(638) F # "

(639) . paliwowe. Rys. 5.

(640)

(641) "

(642)

(643) .

(644) 94. ! ! @ @ ) $. &

(645) " "

(646) "

(647) .

(648) "

(649)

(650)

(651)

(652)

(653) /Ê{QÅ: F równaniu do pojazdu z konwencjo

(654)

(655)

(656)

(657)

(658) . (|{Q{Å:Q ` ( Q

(659) Q

(660)

(661) "

(662) @ F

(663)

(664)

(665)

(666) " Q &"

(667)

(668) "

(669) . "

(670) obu przypadkach jest na podobnym poziomie.

(671) @

(672) "

(673) .

(674) Q

(675) "

(676) # /

(677) #

(678) :@ .

(679)

(680) #

(681) " "

(682) F

(683) B "

(684)

(685) "

(686) F nego w warunkach zimowych.

(687) . #" "

(688) . '

(689)

(690) . @

(691) Q @

(692) F

(693)

(694) " /

(695)

(696)

(697) "

(698) $ ' . spalinowym i elektrycznym). W celach porównawczych rozpatrzono dodatkowo warianty pracy pojazdy zasilanego ogniwami p #

(699) {Å ~ÅQ &

(700) #F

(701)

(702) " "

(703)

(704) #"

(705) "

(706) . #

(707)

(708) Q. Rys. 6. =

(709)

(710) (

(711) " /

(712) . #

(713) {Å:. ":

(714)

(715) .


(717) "

(718)

(719) 95. + Q Q =

(720)

(721) (

(722) " /

(723) . #

(724) ~Å:. ":

(725)

(726) x

(727)

(728) B

(729) B (

(730) " Q -7 oraz czasu rys. 8-

(731)

(732)

(733) "Q. + Q Q =

(734)

(735) pojazdów w funkcji czasu drogi (pojazd elek

(736) #

(737) {Å: "`

(738) .

(739) 96. ! ! @ @ ) $. + Q Q =

(740)

(741) (

(742) ". /

(743) #

(744) ~Å: "`

(745) . 7. PODSUMOWANIE %

(746)

(747)

(748) # "

(749) odniesieniu

(750) . "

(751)

(752) .

(753) #

(754)

(755) ojazdów, "##

(756)

(757)

(758)

(759)

(760) Q

(761) "

(762) F

(763) @

(764) @ "

(765) "@ #

(766) . "

(767) . "

(768)

(769)

(770) Q. Przy porównaniu obyd

(771) B "

(772) #". "

(773) Q #

(774) .

(775)

(776) "

(777)

(778)

(779)

(780)

(781) @ ".

(782)

(783)

(784)

(785)

(786)

(787) #

(788) #.

(789) Q & B

(790) Q

(791) Q

(792)

(793)

(794) F

(795)

(796)

(797)

(798)

(799)

(800) "

(801) Q. .

(802) " B "

(803) Q.

(804) "

(805) F

(806) B '

(807) "

(808)

(809) Q.


(811) "

(812)

(813) 97. Bibliografia 1. ; $ )Q@ !

(814) samochodu. WNT, Warszawa 1993 2. ! !Q@

(815) Q & @ & { 3. Q@ ;

(816)

(817) " Q

(818) "

(819)

(820) "@.

(821) $ |{ 4. ) ;Q@ V ^Q@ ^

(822)

(823) " ochodowego. Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 4, 2011 5. Roura P., How energy efficient is your car?. Department of Physics, University of Girona, Girona (Spain), 2012 6. Thiruvengadam A., Pradhan S., Thiruvengadam P., Besch M., Carder D., Heavy-Duty Vehicle Diesel Engine Efficiency Evaluation and Energy Audit. Mechanical and Aerospace Department West Virginia University, Morgantown, WV 7. Jerald A. Caton, The Thermodynamics of Internal Combustion Engines: Examples of Insights, Department of Mechanical Engineering. Texas A&M Universit 8. Hydrogen Fuel Cell Vehicle Study. American Physical Society, 2003 9. ! ;Q@ &

(824) !Q@ %"

(825) ! . Q

(826) |{. SELECTED ASPECTS OF THE USE OF FUEL CELLS IN MILITARY VEHICLES PROPULSION SYSTEM Summary: This article aims to present the energy needs of a cargo off-road vehicle, whose primary task is to perform the function of transporting goods. For the assumed character of performed transport tasks, an analytical studies of possible construction solutions were carried out. For further considerations, a classic vehicle with an internal combustion engine and its equivalent powered by electricity produced in the fuel cell stack were adopted. For both of the concerned constructions an energy balance and simulation calculations of traction parameters were made. The result of the executed work is a comparative assessment of the suitability of the fuel cell stack as a primary source of drive energy for a general-purpose cargo off-road vehicle. Keywords: mechanics, special purpose vehicles, military vehicles, energy balance, hydrogen fuel cell.

(827)