All’inizio del 2023, un team di ingegneri collaudatori Mercedes-Benz si è recato sulle Alpi con eCitaro fuel cell per testarne il comportamento all’avviamento a freddo con temperature invernali.
Prima dell’inizio della produzione in serie, l’eCitaro a fuel cell ha dovuto superare numerosi test funzionali e di sicurezza, inclusa una traversata alpina invernale, una corsa di prova con molte sfide.
L’aria fredda delle Alpi avvolge l’autosnodato giallo a pianale ribassato, facendolo sembrare un oggetto estraneo nell’ampio parcheggio sul Plan de Gralba a 1795 metri di altitudine nelle Alpi altoatesine.
Mentre l’autista Andreas Hoffmann raschia avidamente il ghiaccio dai finestrini, una piccola nuvola bianca di vapore si alza a spirale dalle strutture del tetto dell’autobus: un segno inequivocabile che la cella a combustibile sul tetto dell’autobus ha iniziato a funzionare e ora sta generando elettricità dall’idrogeno e dall’ossigeno nell’aria, emettendo solo vapore. Questo autobus articolato è un veicolo di prova, uno dei quattro prototipi dei Mercedes-Benz eCitaro fuel cell.
Il primo autobus elettrico in cui un sistema a celle a combustibile estende l’autonomia ha appena superato uno dei numerosi test e l’ha superato a pieni voti: dopo una notte a temperature molto al di sotto dello zero, il sistema di propulsione elettrica e la cella a combustibile si sono avviati senza problemi.
Le corse ad altitudini superiori a 1700 metri sul livello del mare avevano lo scopo di fornire informazioni sul funzionamento del sistema di celle a combustibile ad altitudini estreme. Il nuovo sistema di trasmissione ha dovuto dimostrare le sue prestazioni anche su impegnative corse di passi di montagna con pendenze in salita e in discesa fino al 15 percento. Ultimo ma non meno importante, il consumo energetico è stato di grande interesse in queste condizioni difficili.
In viaggio con il team di collaudo dell’e-bus
Durante il viaggio, gli ingegneri di test hanno costantemente monitorato innumerevoli punti di misurazione e dati – ha spiegato il test manager Jonas Steinki.
Oltre alle temperature della batteria, della cella a combustibile, dei motori e dell’abitacolo, queste includono anche il consumo di energia della trazione, del riscaldamento e di altre utenze ausiliarie, il livello di carica delle batterie e il livello di riempimento dei serbatoi di idrogeno. Gli ingegneri collaudatori Rainer Bickel, Stephan Lutz e Hannes Mayer controllavano continuamente i parametri più importanti del sistema a celle a combustibile, della trasmissione, della gestione termica e del riscaldamento sui loro monitor, alla ricerca di anomalie e confrontando i dati con i valori target calcolati.
La corsa di prova, durata diversi giorni, è iniziata con l’attraversamento delle Alpi da Neu-Ulm via Füssen, il passo Felce e il passo Resia fino a Bolzano. La combinazione di batteria e idrogeno è stata progettata per poter coprire il percorso di 360 chilometri. Tuttavia, è difficile stimare come si svilupperebbe il consumo di energia sui lunghi e ripidi passi a temperature sotto lo zero. Per eccesso di prudenza, il team ha deciso di ricaricare parzialmente le batterie ad alta tensione presso la stazione di servizio Allgäuer Tor.
Buon bilancio energetico grazie alla gestione termica e all’elevato recupero
Durante l’attraversamento del passo Fern, è stato subito chiaro che l’eCitaro fuel cell era in grado di affrontare il percorso impegnativo anche meglio del previsto.
Nonostante la pendenza, la cella a combustibile ha funzionato all’interno della gamma di potenza più efficiente da 20 a 30 kW – ha spiegato Rainer Bickel, indicando il valore corrispondente sul monitor. Inoltre, la nuova gestione termica riutilizza il calore disperso dalla cella a combustibile per controllare la temperatura interna. Il riscaldamento elettrico è quindi poco utilizzato, per cui il consumo energetico complessivo di tutte le unità ausiliarie, come il riscaldamento, lo sterzo e il compressore, rimane a un livello molto basso.
Mercedes Benz eCitaro fuel cell dimostra i suoi punti di forza anche in discesa. Durante la frenata, il recupero aumenta fino a 285 kW. Ciò significa che i motori, quattro in tutto, sui due assi motori ora fungono da alternatori e caricano le batterie fino a 285 kW, quasi il doppio rispetto a una stazione di ricarica rapida.
È più che sufficiente – ha riferito Rainer Bickel. Per non sovraccaricare le batterie, abbiamo limitato la potenza di recupero a 285 kW.
Il bilancio energetico positivo è durato fino all’obiettivo di attraversare le Alpi a Bolzano: dopo 368 chilometri e una ricarica occasionale con circa 55 kWh, l’indicatore di carica della batteria mostrava ancora il 56% di SoC (stato di carica). Anche i serbatoi di idrogeno erano ancora ampiamente riempiti al 42%.
Destinazione Bolzano è un hotspot di idrogeno
Bolzano si è rivelata la meta ideale per il test run invernale. Con una stazione di rifornimento pubblica di idrogeno direttamente accanto allo svincolo autostradale di Bolzano Sud e un’altra stazione di rifornimento di H2 presso il deposito dell’azienda di trasporti Sasa di Bolzano, dispone di una delle migliori infrastrutture di H2 in Europa. Inoltre, l’idrogeno qui disponibile proviene esclusivamente da fonti rinnovabili, principalmente dall’elettrolisi che utilizza l’energia idroelettrica. Inoltre, le Dolomiti circostanti con i loro ripidi passi di montagna e altitudini elevate offrono le condizioni ideali per i test in altitudine del sistema di celle a combustibile e ulteriori test su topografie impegnative ea basse temperature.
Eppure la prova invernale è solo uno dei numerosi test a cui eCitaro fuel cell deve sottoporsi prima che entri in produzione in serie a partire dall’estate – ha sottolineato Shahrukh Javed, Project Manager per eCitaro fuel cell. In particolare, i serbatoi di idrogeno e il sistema di celle a combustibile hanno superato con successo approfonditi test di sicurezza, alcuni dei quali vanno oltre quelli richiesti dalla legge.
Questi includono test di impatto e vibrazione, nonché un test su slitta con il sistema di fissaggio, che simula un incidente. Per i test in condizioni di caldo, l’eCitaro fuel cell è andato nella camera climatica del camion dei nostri colleghi camionisti a Wörth nella Renania-Palatinato.
Risultato del test costantemente positivo
Nonostante ciò, Javed è convinto che, nonostante la camera climatica con il suo banco dinamometrico a rulli, sia ancora necessario testare in condizioni reali:
I numerosi risultati di misurazione e scoperte che possiamo ottenere dalle alte altitudini, dai percorsi ripidi e dalle basse temperature in questo viaggio sono inestimabili.
Il responsabile del progetto valuta positivamente l’attraversamento delle Alpi e le varie corse di prova sui passi alpini:
l’eCitaro fuel cell ha affrontato a pieni voti le sfide di questa corsa alpina. Grazie al nuovo sistema di gestione dell’energia, la cella a combustibile ha funzionato principalmente nella gamma più efficiente tra 20 e 30 kW, anche su pendenze lunghe e ripide. Il nuovo sistema di gestione termica si è dimostrato un elemento importante per l’efficienza energetica utilizzando il calore disperso dalla cella a combustibile in modo ottimale per controllare la temperatura nell’abitacolo In questo impegnativo viaggio di prova, eCitaro fuel cell ha superato le nostre aspettative in termini di autonomia, efficienza della trazione e del sistema di celle a combustibile.
Fonte: Mercedes Benz Buses
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