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La sfida dei prossimi anni; i veicoli a FUEL CELL

come ho già accennato prima, auto a idrogeno di facile concezione e immediatamente utilizzabili già esistono; si tratta dei prototipi dotati di motore endotermico rielaborato per funzionare ad idrogeno; la sfida del futuro è però quella di realizzare veicoli ad idrogeno spinti da silenziosi e robusti motori elettrici; motori di questo tipo, infatti, oltre ad avere un minor numero di componenti usurabili (valvole, pistoni, camme..) hanno bisogno anche di minor manutenzione, non hanno problemi a partire a freddo, possono essere usati, durante la frenata, per ricaricare le battere o per potenziare l'effetto frenante, possiamo controllarne il freno motore a nostro piacimento, forniscono una coppia elevata indipendentemente dal regime di rotazione

Vediamo come funziona un veicolo di questo tipo; come esempio abbiamo preso la nostrana FIAT Panda Hydrogen presentata a ottobre 2003; prima di cominciare con un analisi specifica ecco i dati noti a tutti:

- Produttore: FIAT auto spa

- Modello: Panda Hydrogen

- Propulsore: motore asincrono trifase; potenza 30 KW (la potenza è supposta *)

- Alimentazione: fuel cell da 40KW, alimentata da H 2 a 1,5 bar e aria compressa

- trasmissione: posteriore

- Efficienza della FC: 65% al 20% della potenza massima

- Serbatoio: due bombole ad alta pressione da 350 bar per un totale di 68 lt disposte

  una sotto il tunnel centrale, l'altra posteriormente

- batterie ausiliarie: batteria da 48V ad Idruri Metallici da 20 kg (dati supposti in

quanto non disponibili *)

- Velocità massima: 130 Km/h;
- Accelerazione (0-50 km/h): inferiore a 7 secondi;
- Pendenza massima superabile allo spunto: maggiore del 20%.
- Autonomia: 220 Km;
- Tempo di rifornimento: inferiore a 10 minuti;

 

 

* i dati mancanti sono stati supposti prendendo in considerazione un altro prototipo Fiat; la 600 ad idrogeno del 2003 usata come piattaforma-laboratorio su cui sono state effettuate attività di tipo sperimentale, propedeutiche all'applicazione del sistema a idrogeno sulla Panda.

Analisi sistemistica della Panda Hydrogen:

Cerchiamo di capire a cosa servono e come funzionano le princiali componenti di un veicolo di questo tipo:

1) Il serbatoio dell'idrogeno: nella Panda sono usate bombole ad alta pressione in quanto la tecnologia è ancora troppo sperimentale per pensare a quelle criogeniche. Quello dell'immagazzinamento dell'idrogeno è un problema molto pressante e nonostante il veicolo monti bombole da 350bar (non omologabili in Italia) l'autonomia rimane limitata.

2 / 4) Regolatore di pressione e compressore; come in tutte le bombole di gas compressi c'è un regolatore di pressione; il compressore invece prende l'aria esterna e la immette nella FC. Tali dispositivi sono gestiti dalla centralina e variano il loro funzionamento in base alla richiesta di energia.

5) il filtro dell'aria è necessario per evitare che entrino impurità nella cella; per impurità non si intende solo la sporcizia ma anche particelle in sospensione nell'aria come polveri sottili, pollini o quant'altro possa depositarsi nella FC compromettendone la durata e l'efficenza.

3) stack di Fuell Cell: é lo stack che fornisce l'energia a tutto il sistema e produce il calore per scaldare l'abitacolo; punto debole di questo dispositivo è la longevità; attualmente si arriva a circa 100/150 mila Km prima che la sua efficenza sia ridotta tanto da rendere il sistema inefficente; va sottolineato però che questo è un valore molto postitivo se si pensa che quella delle FC è una tecnologia ancora sperimentale.

6) Batterie ausiliarie: vengono usate per sopperire ai picchi di assorbimento durante le accelerazioni e immagazzinano energia durante la frenata; in caso di avviamenti a freddo forniscono l'energia necessaria al sistema mentre la FC raggiunge la temperatura ottimale di lavoro.

7) Il sistema di controllo non è altro una centralina con interfacciati opportuni sensori/trasduttori che si occupa di gestire il sistema nell'insieme e di farlo rispondere ai comandi voluti; essa gestisce la ripartizione dell'energia tra batterie e FC, pilota l'inverter che fa muovere il motore, aziona la FC e i dispositivi annessi.

8) il sistema di gestione della potenza è il cuore dell'impianto; esso si occupa di portare da corrente continua delle batterie e della FC a corrente alternata per alimentare il motore; inoltre varia la frequenza della corrente di uscita per far variare di giri il motore; durante le frenate la centralina lo pilota in modo che l'energia elettrica recuperata dal motore venga portata a livelli opportuni e dirottata verso la batteria.

9) Il motore asincrono trifase è un comunissimo motore, comune all'uso di tutti i giorni; questi motori sono usati pressochè ovunque venga richiesta molta potenza (lavatrici, frese, trapani a colonna, pompe, ecc); cosa interessante di questi motori è che il variare della tensione non ha molta influenza sul loro regime di rotazione (come accade per i motori in corrente continua (es. motore di avviamento delle macchine, motorini delle macchine telecomandate, piccoli ventilatorini a 12 Volt,ecc) bensì in funzione della frequenza della corrente che li alimenta; questo aumenta la complessità circuitale del dispositivo di pilotaggio.

 

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