I veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV) rappresentano un approccio innovativo al trasporto sostenibile, utilizzando l’idrogeno per alimentare motori elettrici. Simili ai veicoli elettrici a batteria (BEV), gli FCEV sfruttano l’elettricità per azionare i loro motori, ma con una distinzione fondamentale: generano elettricità a bordo attraverso una cella a combustibile, piuttosto che affidarsi esclusivamente a una carica esterna della batteria. Questa generazione di elettricità a bordo, alimentata dall’idrogeno, distingue gli FCEV nel panorama dei veicoli elettrici. Le case automobilistiche dimensionano strategicamente la combinazione di cella a combustibile e batteria per soddisfare le richieste di potenza del veicolo, dettate dalle specifiche del motore elettrico. Sebbene gli FCEV potrebbero tecnicamente incorporare la ricarica plug-in per le loro batterie, i design attuali sfruttano principalmente la batteria per la frenata rigenerativa, fornendo picchi di potenza durante l’accelerazione e ottimizzando l’efficienza della cella a combustibile integrando la potenza durante i periodi di bassa domanda o consentendo alla cella a combustibile di funzionare al minimo. La capacità di accumulo di energia negli FCEV è direttamente collegata alle dimensioni del serbatoio del carburante a idrogeno, un contrasto con i BEV in cui le dimensioni della batteria dettano sia la potenza che la disponibilità di energia. Per approfondire le specifiche dei veicoli elettrici a celle a combustibile, sono disponibili ulteriori risorse.
Diagramma che illustra i componenti chiave di un veicolo elettrico a celle a combustibile a idrogeno, tra cui lo stack di celle a combustibile, il serbatoio di idrogeno, il pacco batteria e il motore elettrico.
Componenti Chiave delle Auto a Celle a Combustibile a Idrogeno
I veicoli elettrici a celle a combustibile a idrogeno comprendono diversi componenti chiave che lavorano in armonia per fornire un trasporto efficiente e pulito. Questi componenti possono essere ampiamente suddivisi in categorie per comprenderne i ruoli all’interno del sistema FCEV.
Sistemi Essenziali di Alimentazione e Controllo
Batteria (Ausiliaria): Una batteria ausiliaria a bassa tensione è fondamentale negli FCEV, proprio come in altri veicoli elettrici. Fornisce la potenza iniziale per avviare i sistemi del veicolo prima che la batteria di trazione ad alta tensione si attivi. Inoltre, questa batteria alimenta i vari accessori dell’auto.
Pacco Batteria: Il pacco batteria ad alta tensione in un FCEV svolge molteplici funzioni importanti. Immagazzina l’energia recuperata attraverso la frenata rigenerativa, migliorando l’efficienza. Inoltre, funge da fonte di alimentazione supplementare per il motore elettrico di trazione, soprattutto durante i periodi di elevata richiesta.
Convertitore DC/DC: Questo componente è essenziale per la gestione dei livelli di tensione all’interno dell’FCEV. Il convertitore DC/DC riduce la potenza CC ad alta tensione dal pacco batteria di trazione a una tensione inferiore. Questa potenza CC a tensione inferiore viene quindi utilizzata per far funzionare gli accessori del veicolo e per ricaricare la batteria ausiliaria.
Controller Elettronico di Potenza (FCEV): Agendo come il cervello del sistema di alimentazione, il controller elettronico di potenza gestisce il flusso di energia elettrica all’interno dell’FCEV. Regola con precisione la potenza erogata sia dalla cella a combustibile che dalla batteria di trazione. Questo controllo è vitale per gestire la velocità e la coppia in uscita del motore elettrico di trazione, garantendo prestazioni ed efficienza ottimali.
Carburante a Idrogeno e Erogazione
Bocchettone di Rifornimento: Il bocchettone di rifornimento è l’interfaccia per il rifornimento dell’auto a celle a combustibile a idrogeno. È un raccordo sul veicolo progettato per collegarsi a un erogatore di carburante a idrogeno, consentendo un rifornimento del serbatoio sicuro ed efficiente.
Serbatoio del Carburante (Idrogeno): Questo serbatoio ad alta pressione è progettato per immagazzinare in modo sicuro gas idrogeno a bordo del veicolo. Contiene il carburante a idrogeno fino a quando non è richiesto dalla cella a combustibile per generare elettricità. Le dimensioni di questo serbatoio determinano l’autonomia del veicolo.
Trazione Elettrica e Movimento
Motore Elettrico di Trazione (FCEV): Il motore elettrico di trazione è responsabile della conversione dell’energia elettrica in movimento meccanico, guidando le ruote del veicolo. Negli FCEV, questo motore attinge energia sia dalla cella a combustibile che dal pacco batteria di trazione. Alcuni design avanzati integrano motogeneratori che possono svolgere sia funzioni di guida che di frenata rigenerativa, migliorando ulteriormente l’efficienza.
Trasmissione (Elettrica): La trasmissione in un veicolo elettrico trasferisce in modo efficiente la potenza meccanica generata dal motore elettrico di trazione alle ruote. Questo sistema garantisce che la potenza venga utilizzata in modo efficace per spingere il veicolo in varie condizioni di guida.
Nucleo della Cella a Combustibile e Gestione Termica
Stack di Celle a Combustibile: Il cuore dell’FCEV è lo stack di celle a combustibile. Questo assemblaggio comprende più gruppi elettrodici a membrana individuali. All’interno di questi gruppi, avviene una reazione chimica tra idrogeno e ossigeno, generando elettricità. Questo processo elettrochimico è la fonte primaria di energia per l’FCEV.
Sistema Termico (Raffreddamento) – (FCEV): Mantenere temperature operative ottimali è fondamentale per l’efficienza e la longevità dei componenti FCEV. Il sistema di gestione termica, o sistema di raffreddamento, assicura che la cella a combustibile, il motore elettrico, l’elettronica di potenza e altri componenti critici funzionino entro i loro intervalli di temperatura progettati. Questo sistema previene il surriscaldamento e garantisce prestazioni costanti.
