Mercedes-Benz B-Класс F-CELL

Mercedes-Benz

29 января 2011 г. в Штутгарте прошла торжественная церемония, посвященная 125-летию изобретения автомобиля. В рамках церемонии присутствовавшие на ней канцлер Германии д-р Ангела Меркель и председатель совета директоров концерна «Даймлер АГ» д-р Дитер Цетше дали символический старт пробегу Mercedes-Benz F-CELL World Drive. Три экологически чистых автомобиля В-Класса, оснащенные двигателями на топливных элементах, отправляются в 125-дневный пробег по четырем континентам, в ходе которого автомобили проедут через 14 стран. Тем самым Mercedes-Benz намерен продемонстрировать техническое совершенство технологии с использованием топливных элементов, а также возможность повседневного использования подобных автомобилей.

Стартовав из Штутгарта 30 января, сначала автомобили поедут на юг через Париж, Барселону и Мадрид в столицу Португалии Лиссабон. Там они покинут Европейский континент и продолжат свое путешествие на самолете до восточного побережья США.

Из Форта Лодердейл во Флориде, маршрут пройдет через северо-американский континент, вдоль Мексиканского залива до Лос-Анджелеса, Калифорния. Потом автомобили по западному побережью США отправятся на север до Ванкувера, Канада. Проделав около 7500 км и пробыв в пути месяц, автомобили покинут Северную Америку, чтобы продолжить путешествие по Австралии. Стартовав в Сиднее, автомобили B-Класса F-CELL проедут более 5000 км по пятому континенту с остановками в Мельбурне и Аделаиде, конечным пунктом станет г. Перт. Следующий этап пробега начнется в Шанхае, Китай. Посетив столицу Китая, Пекин, автомобили проедут более 10000 км через евразийский континент, побывав в Казахстане и посетив Алматы и Астану и прибыв в Москву. Этот отрезок пути уже знаком Mercedes-Benz: в 2006 г. 33 автомобиля Mercedes-Benz E-Класса проехали через этот регион, но в обратном направлении, в ходе пробега Париж — Пекин. Последний этап пробега пройдет по северной Европе. Из Санкт-Петербурга машины через Финляндию прибудут в столицу Швеции Стокгольм. Посетив столицу Норвегии Осло, автомобили В-Класса F-CELL проедут через Данию и вернутся в Германию, где пробег финиширует в Штутгарте в начале июня.

B-Класс F-CELL — это первый электромобиль Mercedes-Benz на топливных элементах, производимый в серийных условиях и предназначенный для повседневного пользования. Мелкосерийный выпуск этого экологически чистого легкового авто уже начался. Вначале следующего года первые 200 автомобилей обретут своих счастливых обладателей в Европе и США. Изюминкой автомобиля B-Класс F-CELL является электрический привод нового поколения на топливных элементах, характеризующийся компактностью, высокой мощностью, безопасностью и полной приспособленностью к повседневной эксплуатации. Установленные на автомобиле топливные элементы генерируют электричество, используемое для его движения. При этом вместо вредных выбросов выделяется лишь чистая вода. Ключевые компоненты такого привода защищены, поскольку располагаются внутри многослойной конструкции днища, и в результате этого экономят место, не уменьшая пространство салона и багажника. Благодаря своему большому запасу хода, достигающему 400 км, и быстрой заправке, автомобиль B-Класс F-CELL удачно объединяет в себе отсутствие вредных выбросов при своей эксплуатации, возможность перемещаться на длинные расстояния и впечатляющие динамические свойства. Удовольствие от вождения и динамику на уровне автомобиля с двухлитровым бензиновым агрегатом обеспечивает электродвигатель мощностью 100 кВт/136 л. с., развивающий солидный крутящий момент в 290 Н?м. При этом B-Класс F-CELL довольствуется всего лишь 3,3 л топлива (в пересчёте на дизельный эквивалент согласно NEFZ = Новый европейский ездовой цикл) на 100 км пути.

В основе привода автомобиля B-Класс F-CELL лежит оптимизированная система топливных элементов новейшего поколения. Будучи примерно на 40 % компактнее системы, применённой на автомобиле A-Класс F-CELL 2004 г., она выдаёт на 30 % больше мощности, потребляя при этом на 30 % меньше топлива. Основные компоненты данного привода:

компактный блок топливных элементов;
ёмкая литий-ионная АКБ;
три бака для хранения под давлением водорода, сжатого до 700 бар;
компактный и лёгкий электродвигатель на передней оси.

Способность к холодному старту при температуре до минус 25 °С

Модуль топливных элементов, собранный в автомобиле В-Класс F-CELL в единый блок, характеризуется отличной способностью к холодному старту при температурах до минус 25 °С. Он получил новую систему увлажнения из полых волокон. Благодаря этому вода в модуле больше не замерзает, затрудняя холодный старт, как это было у топливных элементов первого поколения. Даже при минус 15 °С время для старта у автомобиля B-Класса F-CELL настолько же невелико, как и у автомобиля с современным дизельным двигателем. Особая эксплуатационная схема заботится о том, чтобы блок топливных элементов после каждого включения автомобиля максимально быстро достигал оптимальной рабочей температуры в 80 °С. Благодаря высокоэффективной системе охлаждения и интеллектуальной регулировке температуры, такая «комфортная» рабочая температура поддерживается постоянной при любых эксплуатационных условиях.

Около 400 км хода на одной заправке

Необходимый для работы топливных элементов водород запасается в трёх установленных в автомобиле баках под давлением в 700 бар. Эти баки способны принять в себя вместе чуть менее 4 кг газообразного топлива. Баки абсолютно герметичны и даже при длительном простое автомобиля не позволяют водороду улетучиваться. За счёт высокой степени сжатия газа автомобилю B-Класс F-CELL удаётся преодолевать расстояния до 400 км на одной заправке, что более чем два раза превышает показатели автомобиля A-Класс F-CELL. Благодаря стандартной системе заправки пустые баки можно перезаправлять просто и быстро — менее чем за три минуты.

Расход 3,3 л топлива на 100 км в пересчёте на дизельный эквивалент

Синхронный электродвигатель с возбуждением от постоянных магнитов развивает пиковую мощность в 100 кВт/136 л. с. и характерный для электрических силовых установок номинальный крутящий момент в 290 Н?м, который доступен водителю уже с первого оборота. Таким образом, электромобиль B-Класс F-CELL, необыкновенно уверенно выходя на старт, удовлетворяет высоким запросам в плане динамики, по некоторым параметрам опережая показатели автомобилей с двухлитровым бензиновым двигателем. При этом его работающий на топливных элементах привод довольствуется всего лишь 3,3 л топлива (в пересчёте на дизельный эквивалент согласно NEFZ) на 100 км пути, не делая при этом никаких вредных выбросов в процессе эксплуатации.

Компактная литий-ионная АКБ повышенной ёмкости

В качестве источника запасённой энергии здесь применяется высоковольтная литий-ионная АКБ. Обладая накопительной ёмкостью в 1,4 кВт?ч, она охлаждается через контур охлаждения климатической установки. В случае с аккумулятором автомобиля B-Класс F-CELL специалисты Mercedes-Benz смогли использовать опыт, накопленный при разработке литий-ионной технологии для седана S 400 HYBRID. Преимуществом литий-ионной АКБ являются её компактные габариты и заметно более высокая производительность, по сравнению с никель-металлгидридными аккумуляторами (NiMH). Её плотность энергии на 30 % выше, чем у никель-металлгидридных аккумуляторов, а удельная мощность — на 50%. Кроме того, она отличается высоким КПД зарядки и большей долговечностью.

Интеллектуальная система управления приводом ради максимальной экономичности

Для автомобиля B-Класс F-CELL специалисты Mercedes-Benz усовершенствовали стратегию работы электрического привода на топливных элементах. При запуске «холодного» электродвигателя в условиях чрезвычайно низких температур он получает энергию как от литий-ионной АКБ, так и от «загружающейся» системы топливных элементов. При более тёплых температурах обычно достаточно энергии аккумулятора, в то время как топливные элементы подключаются позднее, в зависимости от нагрузки. Во время движения автомобиля система управления энергией постоянно поддерживает привод F-CELL в оптимальном рабочем диапазоне. Литий-ионная АКБ динамически компенсирует различия запрашиваемой мощности, зависящие от текущей ситуации движения.

При каждом торможении и в периоды отсутствия ноги на педали газа электродвигатель рекуперирует кинетическую энергию движущегося автомобиля, превращая её в электрическую энергию, которая затем запасается в аккумуляторе. При маневрировании или перемещении на коротких участках электродвигатель использует энергию АКБ. Если ресурсов аккумулятора оказывается недостаточно, то происходит автоматическое подключение топливных элементов. Использовать ли энергию литий-ионной АКБ или топливных элементов, либо сразу от обоих источников, решает интеллектуальная система управления приводом, причём всегда с учётом максимальной экономичности и выгоды для клиента.

Полная приспособленность к повседневной эксплуатации благодаря многослойной конструкции днища

Четыре полноценных сидячих места и багажник ёмкостью 416 л превращают B-Класс F-CELL в автомобиль, полностью подходящий для повседневной эксплуатации и семейного отдыха. Концепция F-CELL реализована на базе уникальной архитектуры с многослойным исполнением днища кузова, которую специалисты Mercedes-Benz разработали более десяти лет назад для интеграции альтернативных видов привода в автомобилях А-Класса и которая с тех пор последовательно совершенствовалась. Основные компоненты электропривода на топливных элементах располагаются в днище кузова — оптимально для центра тяжести автомобиля, компактно и максимально защищённо. Преимущества такого конструктивного решения:

Просторность салона автомобиля В-Класса полностью сохраняется. За счёт интеграции всей системы топливных элементов внутрь вместительного многослойного днища, нет необходимости идти на компромиссы в плане пространственного комфорта для пассажиров, объёма багажника и гибкой организации пространства салона.
Компоненты привода, встроенные в днище кузова, обеспечивают автомобилю низкий центр тяжести. В результате автомобиль демонстрирует подчёркнуто безопасную динамику и отличную управляемость.
Аварийная безопасность автомобиля находится на высочайшем уровне, характерном для марки Mercedes-Benz. Заслуга в этом многослойной конструкции днища, а также межосевого расположения ключевых компонентов системы привода и водородных баков.

Автомобиль В-Класс F-CELL позволяет получать от вождения подлинную радость и отличается полной приспособленностью к повседневной эксплуатации, не выбрасывая при этом никаких вредных веществ. Да и в плане комплектации этот инновационный электромобиль может предложить немало: взять, к примеру, специальный вариант лакокрасочного покрытия «серебристый бонамит» или эксклюзивные легкосплавные диски с дизайном «10 спиц». Внутри салона атмосферу комфорта создают: кожаная отделка, подогрев сидений, климат-контроль и система COMAND, а также масса других деталей оснащения. Обратив внимание на динамически меняющуюся индикацию потока энергии на дисплее системы COMAND, водитель всегда сможет узнать об уровне заряда АКБ, рабочем режиме системы топливных элементов, а также о доступных поблизости водородных заправочных станциях.

Безопасность прежде всего: только самые высокие стандарты

К автомобилю B-Класс F-CELL специалисты Mercedes-Benz предъявляют такие же высокие требования в отношении безопасности, как и ко всем остальным серийным моделям своей марки. Основой для обеспечения безопасности нового автомобиля послужил очень высокий уровень аварийной безопасности автомобилей Mercedes-Benz B-Класса, о чём свидетельствует рейтинг NCAP (New Car Assessment Programme = Комитет по проведению независимых краш-тестов новых автомобилей с оценкой активной и пассивной безопасности), согласно которому они получили максимальный балл — пять звёзд. Целостная концепция безопасности автомобиля В-Класс F-CELL учитывает специфические свойства его инновационной системы привода. Здесь, в частности, использовался многолетний опыт специалистов Mercedes-Benz в создании электропривода на топливных элементах для автомобиля А-Класс F-CELL, а также высоковольтной технологии с применением литий-ионной АКБ для автомобиля S 400 HYBRID.

Безопасность, связанную с компонентами (включая водородные баки), характерными для данной системы привода, инженеры Mercedes-Benz проверили в ходе более чем 30 краш-тестов. Водородные баки, располагаясь внутри многослойной конструкции днища кузова, защищены таким образом от удара при столкновении. В них закачивается водород, сжатый до 700 бар, и они рассчитаны на все мыслимые нагрузки. При аварии предохранительные клапаны водородных топливопроводов, ведущих к топливным элементам, закрываются, изолируя тем самым баки от остальной системы. Это означает, что даже при очень сильном столкновении не возникнет опасности со стороны водорода. В случае чрезмерного теплового воздействия, например, в результате пожара, бак может быть целенаправленно опустошён через клапан, оснащённый терморегулятором.

Литий-ионная АКБ и высоковольтная система автомобиля B-Класса F-CELL выполнены — с учётом опыта, накопленного при разработке гибридного привода седана S 400 HYBRID — в соответствии с многоаспектной концепцией безопасности, включающей в себя семь важных моментов:

Все кабели имеют чёткую цветовую различительную маркировку с указанием соответствующих мер безопасности. Это предотвратит неправильный монтаж их на производстве и облегчит техосмотр.
Сплошная электроизоляционная защита всей системы за счёт применения интенсивной изоляции и штекеров особой конструкции.
Литий-ионная АКБ помещена в высокопрочный стальной корпус. Среди других мер предосторожности, продувочное отверстие с предохранительной мембраной и отдельным охлаждающим контуром. Внутренний электронный контроллер постоянно следит за соблюдением в системе требований безопасности и немедленно предупреждает о возможных нарушениях.
Все высоковольтные компоненты соединяются между собой через петлю короткого замыкания. В случае сбоя высоковольтная система будет автоматически выключена.
Как только зажигание будет переведено в положение «выкл.» либо при возникновении неисправностей напряжение в высоковольтной системе будет резко сброшено.
При аварии высоковольтная система за доли секунды автоматически выключится (полностью).
Непрерывная проверка системы на наличие короткого замыкания.

Благодаря соответствию автомобилей Mercedes-Benz, работающих на топливных элементах, высоким стандартам безопасности, для них не существует ограничений по въезду в подземные гаражи, на автостоянки и в туннели.

F CELL: на пути к промышленному внедрению топливных элементов

Автомобиль B-Класса F-CELL — это первый случай, когда Mercedes-Benz применяет все действующие для серийного производства стандарты по разработке и выпуску автомобилей в отношении электромобиля на топливных элементах. Все компоненты привода F-CELL удовлетворяют известным своей строгостью требованиям Mercedes-Benz по качеству, надёжности и долговечности. Тем самым созданы важные предпосылки для промышленного внедрения электропривода на топливных элементах (вкл. АКБ), которое будет характеризоваться повышением эффективности производства с одновременным снижением затрат на него. С 2012 г. концерн собирается оснащать свои автомобили литий-ионными АКБ собственного производства, изготавливаемыми на предприятии Deutsche Accumotive GmbH.

Модульный принцип при создании электромобилей завтрашнего дня

Как и в случае с гибридными технологиями, инженеры Mercedes-Benz разработали модульный системный подход и для электромобилей, работающих от аккумуляторов или топливных элементов. Этот подход позволяет, в частности, эффективно использовать на всех электромобилях унифицированные детали и узлы. Для унификации годятся все ключевые компоненты электромобилей: электродвигатель, трансмиссия, АКБ, предохранители и изоляция высоковольтной системы, разводка высоковольтных кабелей и модули программного обеспечения. В случае автомобилей с приводом F-CELL такие специфические для него компоненты, как, например, блок топливных элементов или водородные баки, могут единообразно применяться на разных автомобилях. К примеру, можно варьировать их количество в зависимости от размера транспортного средства: так, автобус Mercedes-Benz на топливных ячейках мог бы работать от двух экземпляров системы, применяемой на автомобиле B-Класс F-CELL.

О том, насколько серьёзно концерн относится к унификации деталей для будущих электромобилей с АКБ или топливными элементами, свидетельствует предсерийный концепт-кар BlueZERO. Как и в случае с автомобилем B-Класс F-CELL, основные компоненты привода концепт-кара BlueZERO, располагаются защищённо внутри многослойной конструкции днища кузова. Гибкая концепция BlueZERO позволяет на базе одной автомобильной архитектуры создать три варианта с различной конфигурацией привода, что может удовлетворить практически любые запросы клиентов в отношении энергосберегающих и экологически ориентированных автомобильных технологий, особенно с учётом таких важных аспектов, как безопасность и запас хода.

Автомобиль BlueZERO E-CELL с приводом исключительно от АКБ и запасом хода до 200 км
Автомобиль BlueZERO F-CELL на топливных элементах с запасом хода существенно выше 400 км позволит преодолевать и дальние расстояния
Автомобиль BlueZERO E-CELL PLUS, оснащённый электрическим приводом в сочетании с ДВС, служащим в качестве генератора (устройства для увеличения запаса хода = Range Extender), сможет в целом преодолеть расстояние до 600 км, 100 км из которых он пройдёт на чисто электрической тяге.