11. Концепция безопасности: Разработка стандартов безопасности, испытания, независимая сертификация.

В ходе проведенных концерном BMW Group исследований в области альтернативных источников энергии был сделан вывод, что водород является наиболее подходящим видом топлива для автомобилей будущего, работающих без выброса вредных веществ в атмосферу. Естественно, водород обладает отличными от бензинового или дизельного топлива характеристиками. Поэтому с данным видом топлива необходимо обращаться по-другому. Новый вид энергии требует новых мер безопасности. При разработке модели BMW Hydrogen 7 в качестве условия для повседневной эксплуатации автомобиля высокий приоритет отдавался интегрированной концепции безопасности.

• Многоуровневая концепция безопасности для компонентов водородного привода.
• Система активной самодиагностики модели BMW Hydrogen 7.
• Испытания с проведением всех тестов для серийных автомобилей.

Так как водородный привод модели BMW Hydrogen 7 требует использования вида энергии, для которого практически отсутствует опыт применения в повседневной эксплуатации, данная концепция безопасности охватывает полный диапазон применения и все режимы работы, например, от езды в туннеле, парковки и заправки на заправочной станции до обслуживания и ремонта.

Конструкция всех компонентов водородного привода разработана для обеспечения максимальной безопасности. Чтобы соответствовать критериям по безопасности, инженеры кроме этого позаботились о том, чтобы в случае неисправности все компоненты и системы переходили в безопасный режим работы. Автомобиль кроме всего прочего оснащен комплексной электронной системой самодиагностики, которая при необходимости информирует водителя о состоянии его автомобиля. Водитель информируется о неисправности даже в том случае, если данный сбой пока не представляет собой никакой опасности. Модель BMW Hydrogen 7 прошла все стадии производственного процесса. В ходе комплексного, строго регламентированного процесса допуска к эксплуатации на дорогах общего пользования было проверено соответствие автомобиля самым высоким требованиям качества и безопасности. При этом высокие требования были предъявлены к функциональной безопасности всех компонентов водородного привода, в целях достижения которой был инициирован специальный процесс разработки, главной задачей которого было обеспечение безопасности.

Прогресс в области обеспечения мобильности всегда сопровождается разработкой новых предписаний по обслуживанию и безопасности. Поэтому концерн BMW Group в целях разработки единых стандартов безопасности для водородных автомобилей ведет интенсивную работу с различными международными организациями. Концепция безопасности модели BMW Hydrogen 7 разработана таким образом, чтобы водитель, выбрав экологически чистый вид энергии, не имел никаких ограничений в повседневной эксплуатации.

Важные с точки зрения безопасности характеристики водорода.

Основным отличием водорода от бензина или дизельного топлива является его бесцветность и отсутствие запаха. Кроме этого водород в 15 раз легче воздуха, и поэтому он всегда поднимается вверх и улетучивается. Поэтому в случае утечки водорода из резервуара топливо в отличие от бензина или дизельного топлива не скапливается на земле, благодаря чему отсутствует опасность возгорания разлитого на земле топлива. Водород хранится в резервуаре в глубоко охлажденном жидком состоянии. Если жидкий водород попадает в воздух, то он сразу же нагревается, переходит в газообразное состояние, поднимается вверх и быстро улетучивается. Поэтому в отличие от бензина или дизельного топлива загрязнения почвы при непроизвольной утечке полностью исключены.

Важной проблемой для обеспечения безопасности является более высокая воспламеняемость водорода по сравнению с бензином или дизельным топливом. Диапазон воспламенения водорода при смешивании с воздухом более широкий. При этом водород по сравнению с бензином или дизельным топливом имеет более низкую энергию воспламенения. Это означает, что для возгорания газа необходимо подвести меньше энергии. При сгорании водорода образуется направленное вверх пламя, которое невозможно определить ни визуально, ни на запах. Тем не менее в наихудшем случае, который может произойти на дороге, водород по сравнению с бензиновым или дизельным топливом обладает таким преимуществом, как более низкая опасность пожара и обширного разлива топлива на месте ДТП. Так как водород быстро улетучивается, то он может воспламениться только в том случае, если источник воспламенения находится в непосредственной близости с утекающим водородом, т.е. там, где водородо-воздушная смесь находится в соотношении, при котором возможно возгорание. Возможность возгорания автомобиля сравнительно низкая. Кроме этого пожар не может распространиться через разлитое по земле топливо, что может произойти в случае с бензиновым или дизельным топливом.

Если утечка топлива из водородного бака произойдет в закрытом помещении без вытяжки, то ввиду отсутствия запаха и бесцветности водорода люди, находящиеся в помещении, никак не почувствуют концентрацию газа. В отличие от бензинового или дизельного топлива, водород не ядовит и не обладает раздражающим эффектом. Тем не менее в случае с водородом действуют другие правила противопожарной безопасности.

Использование водорода в качестве топлива безопасно, если учитывать ряд специфических особенностей. Как и использование бензина или дизеля в качестве топлива, применение водорода для автомобилиста также может стать нормальным элементом повседневной эксплуатации. Следует отметить, что любой вид топлива ввиду своей энергоемкости неизбежно несет в себе определенную опасность. Таким образом, если бы бензиновое или дизельное топливо не было воспламеняющимся, автомобили не могли бы работать на данных видах топлива.

Многоуровневая концепция безопасности для компонентов водородного привода.

Являясь пионером в области разработки автомобилей на водородном приводе, концерн BMW отдает предпочтение хранению жидкого, глубоко охлажденного водорода в топливном резервуаре со сверхмощной вакуумной изоляцией. Для хранения водород охлаждается до жидкого агрегатного состояния. Преимуществом по сравнению с газообразным состоянием является значительно более высокая плотность хранения, что в свою очередь увеличивает запас хода автомобиля. Главной проблемой такого решения является то, что водород при атмосферном давлении переходит в жидкое состояние только при минус 253 градусах по Цельсию и данную температуру необходимо поддерживать в баке в течение длительного времени. Несмотря на то, что бак оснащен отличной изоляцией, полностью предотвратить попадание небольшого количества тепла невозможно. Таким образом часть содержимого бака в течение определенного времени испаряется, возникают так называемые потери от испарения. Данный эффект приводит к повышению давления в баке, так как газообразный водород занимает больше места. На BMW Hydrogen 7 данный процесс контролируется системой управления потерями от испарения. Данная система подводит часть освобожденного газообразного водорода в катализатор, где он без дополнительных затрат энергии окисляется до водяного пара.

На случай повреждения сверхмощной вакуумной изоляции и вытекающего из этого повышения температуры топливный бак кроме клапана для отвода испарений оснащается еще двумя предохранительными клапанами избыточного давления, которые при сильном возрастании давления в системе целенаправленно стравливают газообразный водород в атмосферу. Если открывается первый клапан, то газообразный водород через расположенные в центральных стойках кузова предохранительные магистрали подводится в область крыши автомобиля, где он и стравливается. При открывании второго клапана газ подводится в область днища автомобиля, где он также затем стравливается. Водородный резервуар размещен позади заднего ряда сидений над задней осью, что относительно безопасности при столкновении является самым оптимальным расположением.

Все компоненты и магистрали водородного привода имеют две стенки. В случае если внутренняя стенка водородной магистрали неисправна, второй слой обеспечит безопасный отвод вытекающего водорода и более быстрое распознавание неисправности с помощью водородных датчиков. Если была обнаружена утечка водорода, то расположенные вблизи бака запорные клапаны закрываются, благодаря чему область утечки ограничивается до некритичного уровня.

Система активной самодиагностики модели BMW Hydrogen 7.

BMW Hydrogen 7 целенаправленно разрабатывался как автомобиль с интегрированной системой обеспечения безопасности. Это означает, что водородной автомобиль в непрерывном режиме автоматически контролирует свои системы в целях соответствия всех компонентов самым высоким требованиям безопасности и для обеспечения их автоматического перехода в безопасный режим работы. Комплексная система, оснащенная датчиками, сигнализирует о возможных неисправностях всех компонентов водородного привода. Для этого в пяти самых важных местах были размещены водородные датчики: в моторном отсеке, в корпусе вспомогательной системы, в крышке горловины водородного резервуара, в салоне и в багажном отделении. Независимо от режима работы двигателя, состояния бортовой сети автомобиля и приборной панели при неисправностях компонентов водородной системы в кнопках блокировки дверей загораются красные светоиндикаторы. Во время движения на приборной панели дополнительно высвечиваются предупреждающие сообщения и раздается звуковой сигнал, указывающий на появление сообщения. Кроме этого состояние системы постоянно отслеживается датчиками давления и температуры, так что при возникновении неисправностей системой будут незамедлительно проведены действия по их устранению. В случае утечки водорода система подачи водорода отключается, двигатель BMW Hydrogen 7 автоматически переходит в режим работы на бензине, а боковые стекла открываются электроникой.

Модель BMW Hydrogen 7 кроме стартерной АКБ оснащена двумя дополнительными аккумуляторными батареями для питания системы безопасности с датчиками. Поэтому система предупреждения о состоянии газа поддерживается в рабочем состоянии независимо от стартерной АКБ. Работоспособность этих двух аккумуляторов составляет 66 дней, т.е. она покрывает максимальное время хранения водорода в топливном резервуаре.

Испытания и независимая сертификация.

Двигатель, топливозаправочная система и электроника BMW Hydrogen 7 разрабатывались как интегральные элементы автомобиля и прошли единый производственный процесс. В ходе обязательного для новых моделей BMW процесса допуска к эксплуатации на дорогах общего пользования было проверено соответствие автомобиля самым высоким требованиям качества и безопасности. Все важные для безопасности компоненты подверглись специальному процессу разработки, главной задачей которого было обеспечение безопасности. Это означает, что все компоненты были тщательно проанализированы на безопасность. Затем результаты теоретического анализа были подтверждены в ходе специальных испытаний. Независимые эксперты подтвердили соответствие всех компонентов требованиям безопасности.

Модель BMW Hydrogen 7, как и все серийно выпускаемые автомобили, была подвергнута всем известным краш-тестам с учетом использования на автомобиле водородного привода, например, фронтальному краш-тесту по стандартам EURO NCAP на скорости 64 км/ч, краш-тесту на удар сзади со 100-процентным или 40-процентным перекрытием, а также боковому краш-тесту на безопасность при ударе в самую важную часть, непосредственно в область горловины топливного бака. Ни один из проведенных краш-тестов не привел к критичным повреждениям топливного бака, его изоляции или компонентов водородного привода.

Наряду с тщательными испытаниями компонентов автомобиля были проведены тесты поведения водородного резервуара при экстремальных условиях, таких как воздействие пламени, обстрел, массивные механические повреждения, а также была проверена реакция топливного бака и устройств безопасности при искусственной разгерметизации изоляционного вакуума.

Для этого концерн BMW Group совместно с TUV Suddeutschland составил обширную программу сценариев ДТП и несчастных случаев. Предохранительные клапаны избыточного давления даже при максимальной нагрузке с доказанной в ходе тестов высокой степенью безопасности обеспечивают дозированное стравливание хранящегося в баке водорода, не нанося вредя окружающей среде. В ходе различных тестов на пожаробезопасность заполненные водородом резервуары в течение 70 минут подвергались воздействию пламени при температуре более 1000 градусов по Цельсию. Даже в этом случае топливные резервуары прошли тест успешно: газообразный водород целенаправленно, контролируемо и едва заметно стравливается через предохранительные клапаны. Результаты тестов подтвердили высочайший уровень концепции безопасности водородного привода.

Таким образом была подтверждена эффективность проводимых концерном BMW процессов по разработке, направленных на обеспечение безопасности. С этой целью внутренними и независимыми экспертами, в том числе специалистами TUV, а также другими специализированными инженерами и институтами были проведены анализ и оценка безопасности компонентов и систем автомобиля. На основании комплексных испытаний специалисты TUV Suddeutschland и консультанты пожарного ведомства пришли к выводу, что «водородные автомобили, по крайней мере, являются такими же безопасными, как и обычные автомобили, работающие на бензине».

Регулирующие нормы для парковки в гаражных комплексах.

Так как на данный момент отсутствуют основанные на повседневной эксплуатации достаточные статистические данные, подтверждающие безопасность установленных на автомобилях резервуаров для хранения жидкого водорода, то парковка в закрытых помещениях пока запрещена. Так как концерн BMW Group осознает свою ответственность по отношению к клиентам, данный запрет продлится до тех, пока не будет представлено достаточное количество статистически подтвержденных данных, которые будут получены в ходе эксплуатации автомобиля.

Движение и кратковременная остановка в закрытых помещениях, например, таких как крытые стоянки, проезд через туннели и заезд на мойки, напротив, разрешены, также как и парковка под навесами.