BMWは iX5 Hydrogen のフィールドテスト iX SUV のバージョンで、EV モーターに直接電力を供給する陽子交換膜燃料電池を搭載しています。
BMW グループは、燃料電池ドライブ開発のパートナーシップの一環として、トヨタ自動車から個々の燃料電池を、ギャレット モーションからエア ポンプを受け取りました。 トヨタはすでに発売している 量産型燃料電池車「MIRAI」、2014年から一部の市場で。
BMW グループは、トヨタのセルを使用して、ミュンヘンに本拠を置く水素の「センター・オブ・エクセレンス」で高効率の燃料電池システムを生産しています。 燃料電池システム技術は、BMW iX5 Hydrogen の最も重要なコンポーネントの 1 つであり、BMW は、この取り組みがモビリティ分野全体の変革に影響を与えると信じています。
「排出ガスのないモビリティに関して言えば、水素はジグソーパズルに欠けているピースです。 BMW AG 経営委員会会長のオリバー・ツィプセ氏は、「1 つのテクノロジーだけでは、世界中でクライメート・ニュートラルなモビリティを実現するには十分ではありません。」と述べています。
PEM 燃料電池の仕組み
陽子交換膜 (PEM) 燃料電池は、単純な固体発電機です。 セル内には、透過膜で分離された 2 枚のプレートがあります。 プレートにはガスの流れを促進するために溝があり、導電性金属でコーティングされています。 このシステムは、膜の一方の側に圧縮水素を送り、もう一方の側に圧縮大気を送ります。
膜は水素原子の通過を許可しますが、水素原子が通過する際に電子を水素原子から剥ぎ取ります。 電子は導体を通ってセルの反対側に移動し、電流を生成します。
膜を通過すると、水素原子は大気中の酸素と結合して水を生成し、原子は電子を取り戻します。 したがって、燃料電池の出力は単純に純水と電気です。
燃料電池の製造には 2 つの段階があります。まず、個々の燃料電池を積み重ねて燃料電池スタックを作成します。 次に、他のすべてのコンポーネントを取り付けて、完全な燃料電池システムを形成します。 BMW グループは、新しい燃料電池システム用の特別な水素コンポーネントを開発しました。 これらには、ギャレットと協力して、燃料電池に通常の大気を送り込む高回転コンプレッサーを製造することが含まれます。
「水素は多用途のエネルギー源であり、エネルギー移行プロセス、ひいては気候保護において重要な役割を果たします。 結局のところ、これは再生可能エネルギーを貯蔵および輸送する最も効率的な方法の 1 つです。 私たちはこの可能性を利用して、モビリティ分野の変革を加速する必要があります」とZipse氏は言います。
燃料電池システムの課題は、水素原子は宇宙で最も一般的な元素であるにもかかわらず、酸素原子と結合して水を形成する傾向があるため、地球上では遊離水素原子が稀であることです。 地球には文字通り水素と酸素の海がありますが、それらの分子を分解するには、燃料電池で再生できるよりも多くのエネルギーが必要です。
しかし、世界的な政策の変更、燃料電池技術の進歩、より厳格な排出規制により、水素で動く電気自動車への関心が急速に高まっています。 水素評議会によると、過去 2 年間だけで、新たな水素プロジェクトに 5,000 億ドル以上の資金が提供されました。
BMWの燃料電池システム
BMW 燃料電池に供給するために必要なガス状水素は、炭素繊維強化プラスチック (CFRP) 製の 2 つの 700 バール タンクに保管されます。 これらを合わせると 6 キログラムの水素を保持できるため、BMW iX5 Hydrogen の航続距離は 313 マイルになります。 WLTPサイクルで測定。 南カリフォルニアで利用可能な現在の水素燃料補給システムを使用すると、水素タンクへの燃料補給にはわずか 3 ～ 4 分しかかかりません。
動作中、水素はタンク内ですでに圧縮されており、空気成分はギャレットの水素燃料電池電気自動車用の新世代モジュール式燃料電池コンプレッサーによって圧縮されます。
「過去 4 年間、私たちは BMW グループと緊密に協力して、彼らの正確なニーズに合わせた先進的な水素燃料電池コンプレッサーを開発してきました。 この取り組みは、今年後半に詳細な路上トライアルで最高潮に達する予定です」とギャレットの副社長兼最高技術責任者のクレイグ・バリスは述べた。
燃料電池自動車では、発電される電気の量はその時々の需要に基づいて決まります。 その点ではガソリンと同等と考えて良いでしょう。 アクセルペダルを踏むと、システムはより多くの電力を要求し、燃料電池が反応します。 Garrett の高性能電動エアコンプレッサーは、燃料電池システムの電力密度と出力をその時々で最適化するために必要な可変の空気流を供給します。
特にこの用途向けに、燃料電池スタックの出口から廃棄エネルギーを回収するように設計された新しいタービンエキスパンダは、従来の燃料電池コンプレッサーと比較して、空気圧縮のための電力消費量を最大 20% 削減できます。 Garrett のモジュール式高性能電気燃料電池コンプレッサーは、同社のターボ空気力学の専門知識を活用しており、150,000 rpm を超える業界標準速度を超えて動作します。
「ギャレットは、水素電気燃料電池コンプレッサー技術のパイオニアであり、生産と路上での経験において長年実証された専門知識を持っています。 次世代は、当社独自の高速電気モーター、パワーエレクトロニクス、高度な制御など、画期的な設計とエンジニアリングの伝統に基づいて構築されています」とバリス氏は述べています。