Verso le “Emissioni Zero” con GM HydroGen4

Verso le “Emissioni Zero” con GM HydroGen4

5 set, 2007

Versione europea di

Batteria di compensazione e recupero dell’energia frenante

Turbocompressore elettrico invia aria alle

 

 General Motors presenta con il veicolo , la quarta generazione della sua tecnologia fuel cell. «Le fuel cell ad sono la maggiore espressione di quell’impegno del gruppo GM nel campo energetico che mira a togliere l’automobile dal dibattito ambientale ed a ridurre la nostra dipendenza dal petrolio» spiega Carl-Peter Forster, presidente di GM Europe. «HydroGen4 è equipaggiata con il più avanzato sistema fuel cell sviluppato finora da GM e costituisce un’importante pietra miliare sulla strada dell’adozione sulle nostre automobili di un sistema fuel cell com­petitivo e del tutto privo di emissioni. Rispetto al precedente veicolo sperimentale, HydroGen4 rappresenta inoltre un importante progresso dal punto di vista dell’utilizzo quotidiano, del comportamento su strada e della durata delle componenti».

 

5 settembre 2007. Per l’organizzazione GM delle attività di sviluppo relative alle fuel cell sta per iniziare una nuova era. «La divisione di ricerca FCA (Fuel Cell Activities), che conta già su oltre 600 dipendenti, sta per essere integrata nei normali programmi di sviluppo, in modo che abbia il peso che le compete» prosegue Carl-Peter Forster. «Così facendo, ci stiamo preparando a produrre in serie veicoli a fuel cell». All’interno dell’organizzazione Powertrain ci sono più di 400 ingegneri che porteranno avanti questi studi; altri 100 cominceranno invece a studiare l’integrazione delle fuel cell sui futuri modelli che GM proporrà a livello mondiale.

 

 Più di 100 veicoli di quarta generazione pronti per essere utilizzati nel mondo

GM HydroGen4 (lunghezza 4.795 mm, larghezza 1.814 mm, altezza 1.760 mm) è la versione europea di Chevrolet Equinox Fuel Cell. A partire dalla fine del 2007, sulle strade degli Stati Uniti, circoleranno i primi esemplari di questi veicoli sperimentali a fuel cell (è prevista la realizzazione di una serie di oltre 100 veicoli). I veicoli parteciperanno infatti ad un ampio programma di prove e di dimostrazioni, chiamato “Project Driveway”, nell’ambito del quale saranno dati a clienti, in modo che GM possa controllare tutti gli aspetti relativi al loro uso ed al rifornimento di idrogeno. I risultati raccolti saranno utilizzati per la successiva fase di sviluppo. Dalla metà del 2008 dieci veicoli HydroGen4 prenderanno invece parte ad un programma di prove quotidiano nel contesto del progetto CEP (Clean Energy Partnership) a Berlino. Nella seconda fase di tale progetto persone con differenti modi di guidare utilizzeranno ogni giorno i veicoli fuel cell per valutarne l’adattabilità all’uso quotidiano.

 

 Il blocco delle fuel cell di HydroGen4 comprende 440 celle collegate in serie che producono una potenza di 93 kW. Con l’aiuto di un motore elettrico asincrono da 100 CV (73 kW), il veicolo è in grado di raggiungere i 100 km/h con partenza da fermo in circa 12 secondi. Questo veicolo a trazione anteriore tocca una velocità massima di circa 160 km/h.

 

 HydroGen4 è progettata per una durata di due anni/80.000 chilometri, nonché per potersi mettere in moto e funzionare normalmente, anche in presenza di temperature ambientali sotto zero – un notevole  passo avanti rispetto al precedente veicolo HydroGen3 ed un’importante caratteristica ai fini della fruibilità quotidiana dei veicoli a fuel cell. Questo miglioramento è stato reso possibile da una razionale combinazione di soluzioni come l’isolamento termico delle pile a combustibile e l’ottimizzazione della circolazione dell’acqua e della gestione elettronica. Questo veicolo a 4 posti ha lo stesso comfort, abitabilità e sicurezza delle odierne automobili convenzionali ed è dotato di airbag frontali e laterali in corrispondenza dei sedili anteriori, di ABS, di controllo elettronico di trazione e di ESP.

 

 4,2 kg di idrogeno pressurizzato assicurano un’autonomia di 320 chilometri

Durante lo sviluppo di HydroGen4, gli scienziati e gli ingegneri dei centri fuel cell GM di Honeoye Falls (New York), Torrance (California) e Magonza-Kastel (Germania) hanno potuto utilizzare la gran quantità di informazioni e di esperienze raccolte con le ampie e severe prove effettuate dal prototipo precedente (presentato nel 2002).

 

 C’erano, ad esempio, due differenti versioni di HydroGen3: una ad idrogeno liquido alla temperatura di -253°C ed una ad idrogeno gassoso compresso. «Ci siamo dovuti concentrare su quest’ultima, perché il liquido finiva inevitabilmente per “evaporare”» spiega Udo Winter, direttore di GME Fuel Cell Activities. «Nonostante un isolamento ottimale, il contenuto del serbatoio si riscaldava lentamente, l’idrogeno liquido evaporava e la pressione all’interno del serbatoio calava. Nel giro di pochi giorni l’idrogeno passava allo stato gassoso e fuoriusciva dal veicolo fermo che si ritrovava con meno carburante a bordo. Con l’idrogeno compresso non ci sono invece simili perdite di vapore».

 

 Il serbatoio di HydroGen4 è formato da tre serbatoi ad alta pressione (700 bar), realizzati in un composito di fibra di carbonio, e può contenere 4,2 kg di idrogeno, garantendo un’autonomia di 320 chilometri.

 

 La batteria di compensazione permette di utilizzare l’energia frenante recuperata

Il nuovo sistema di propulsione a fuel cell dispone anche di una batteria di compensazione al nichel-metallo-idruro della capacità di 1,8 kWh, che migliora le prestazioni del veicolo e copre i picchi di prestazione del sistema stesso. Anche l’efficienza dell’intero sistema di propulsione risulta migliorata, in quanto la batteria di compensazione permette di utilizzare l’energia frenante recuperata. Se si vuole rallentare il veicolo, il motore elettrico si comporta come un generatore ed utilizza come un freno-motore l’elettricità sviluppatasi in fase di frenata per caricare la batteria.

 

 Se invece si vuole frenare in modo più deciso, si utilizzano i freni idraulici, come su una normale automobile. Questa “combinazione frenante” di frenate rigenerative ed idrauliche è attuata da sistemi elettronici di controllo del comportamento su strada, come ABS od ESP, e si verifica anche quando la decelerazione richiesta supera la prestazione massima della rigenerazione della frenata, che è determinata dalle dimensioni del generatore e dalla capacità della batteria.

 

La tecnologia della batteria e della frenata è un importante collegamento anche con l’innovativa piattaforma del veicolo elettrico GM E-Flex sul quale l’azienda sta lavorando.

 

Turbocompressore elettrico invia aria alle fuel cell

Il cuore di HydroGen4 è costituito dal blocco di pile a combustibile, che trasformano l’energia chimica in elettrica senza alcuna combustione. Attraverso una reazione elettrochimica, combinano idrogeno ed ossigeno, formando acqua, ed allo stesso tempo producono elettricità. Il processo elettrochimico, che avviene all’interno della fuel cell, funziona nel modo seguente. L’idrogeno sull’anodo del catalizzatore si separa in protoni ed elettroni. I protoni caricati positivamente passano attraverso la membrana verso il catodo, mentre gli elettroni caricati negativamente passano in un circuito esterno producendo elettricità. Sul catodo del catalizzatore, l’ossigeno reagisce con elettroni e protoni formando acqua. Un blocco di pile collegato ad un gran numero di singole celle può pertanto produrre abbastanza energia per azionare un motore elettrico.

 

Al contrario di quanto avveniva sul modello precedente, per esigenze di allestimento e di spazio, le singole celle del blocco di pile a combustibile sono sistemate orizzontalmente – anziché verticalmente –  in modo da distribuirle in modo ottimale su un veicolo strutturalmente molto differente come è HydroGen4. Anche l’alimentazione delle pile avviene in modo diverso: al posto del precedente compressore rotativo a spirale, su HydroGen4 abbiamo un turbocompressore elettrico che invia aria alle fuel cell. Una soluzione più efficiente e meno rumorosa.

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TAGS: celle a combustibile chevrolet equinox fuel cell fuel cell hydrogen4 idrogeno

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