* Competenza nella tecnologia delle celle a combustibile – il prototipo A7 Sportback h-tron quattro
è pronto per affrontare il traffico reale
* Autonomia elevata: oltre 500 chilometri
* Tecnologia ibrida
plug-in e trazione integrale quattro elettrica
Oltre 500 chilometri con un pieno e solo poche gocce d’acqua
dallo scarico. La A7 Sportback h-tron quattro vanta una trazione
elettrica sportiva e potente che sfrutta una cella a combustibile come fonte di
energia, combinandola con una batteria ibrida e un motore elettrico
supplementare nella parte posteriore.
Grazie alla sua soluzione di
trazione, la Audi A7 Sportback h-tron quattro (con 170 chilowatt di potenza e
zero emissioni) è un autentico modello quattro, oltre a rappresentare un nuovo
inizio tra le auto a celle a combustibile. L’assale anteriore e quello
posteriore non sono più collegati meccanicamente. In quanto modello e-quattro,
la A7 Sportback h-tron quattro è dotata di una gestione completamente
elettronica della ripartizione della coppia.
“La A7 Sportback h-tron quattro è una vera Audi: sportiva,
ma al contempo efficiente. Essendo stata progettata come modello e-quattro, la
vettura usa due motori elettrici per muovere tutte e quattro le ruote”, spiega Ulrich Hackenberg, Membro del Consiglio di
Amministrazione di AUDI AG per lo Sviluppo Tecnico. “Con la concept car
h-tron vogliamo dimostrare la nostra competenza anche in fatto di tecnologia
delle celle a combustibile. Non appena il mercato e le infrastrutture lo
permetteranno, potremo introdurla nella produzione di serie”.
Il processo di rifornimento dura all’incirca tre minuti, al
pari di quello di un’auto con motore a combustione. Una batteria da 8,8
chilowattora, che può essere ricaricata tramite recupero di energia o, in
alternativa, collegandola alla presa di corrente, consente di coprire fino a 50
chilometri in più. In questo modo, la A7 Sportback h-tron quattro con
tecnologia ibrida plug-in, potrà così contare su un’importante riserva di
autonomia.
La Audi A7 Sportback
h-tron quattro
Accelera da 0 a 100 km/h in 7,9 secondi, raggiungendo una
velocità massima di 180 km/h. Oltre 500 chilometri con un pieno e solo poche
gocce d’acqua dallo scarico: la A7 Sportback h-tron quattro, presentata da Audi
al Salone dell’automobile di Los Angeles 2014, vanta una trazione elettrica
sportiva e potente che sfrutta una cella a combustibile per fornire energia,
combinandola con una batteria ibrida e un motore elettrico supplementare nella
parte posteriore. La potenza elettrica totale di 170 kW viene trasmessa sia
alle ruote anteriori, sia a quelle posteriori. Grazie a questa soluzione di
trazione, la Audi A7 Sportback a emissioni zero è un autentico modello quattro,
oltre a rappresentare una vera e propria novità tra le auto a celle a
combustibile.
“La A7 Sportback h-tron quattro è una vera Audi: sportiva ma
al contempo efficiente. Essendo stata progettata come modello e-quattro, la
vettura muove tutte e quattro le ruote grazie a due motori elettrici”, spiega
Ulrich Hackenberg, Membro del Consiglio di Amministrazione di AUDI AG per lo
Sviluppo Tecnico. “Con la concept car h-tron dimostriamo la nostra competenza
in fatto di tecnologia delle celle a combustibile. Non appena il mercato e le
infrastrutture lo permetteranno, potremo introdurla nella produzione di serie”.
La “h” presente nella
denominazione h-tron indica l’elemento chimico idrogeno. A livello visivo,
il modello high-tech, corrisponde ai canoni estetici del modello di serie. La
sigla h-tron colloca questa concept car tra gli altri modelli Audi a trazione
alternativa, e-tron e g-tron. All’esterno non si notano altri elementi che
indichino la presenza della cella a combustibile, in grado di generare corrente
elettrica partendo dall’idrogeno.
La cella a
combustibile
Le differenze sono invece evidenti guardando sotto il cofano
motore della A7 Sportback. La cella a combustibile nel modello high-tech Audi è
montata nella parte anteriore al pari del motore a combustione nella
tradizionale A7 Sportback. Poiché convoglia esclusivamente vapore acqueo,
l’impianto di scarico è realizzato in materiale plastico leggero.
La cella a combustibile è composta da oltre 300 cellette,
collegate insieme. Il cuore di ogni singola cella è la membrana polimerica. Su
entrambi i lati di questa membrana si trova un catalizzatore al platino.
Ecco come funziona la cella a combustibile: all’anodo viene
fornito idrogeno, che viene scomposto in protoni ed elettroni. I protoni
migrano attraverso la membrana verso il catodo, dove reagiscono con l’ossigeno
presente nell’aria producendo vapore acqueo. Gli elettroni, invece, forniscono
corrente elettrica al di fuori della cella. A seconda del punto di carico, la
tensione delle singole celle è compresa tra 0,6 e 0,8 Volt.
L’intera cella a
combustibile funziona in un range di tensione compreso tra 230 e 360 Volt.
Tra i gruppi ausiliari più importanti ci sono:
* un turbocompressore che comprime l’aria nelle celle,
* il cosiddetto ventilatore di ricircolo, che fa tornare
l’idrogeno non utilizzato all’anodo, aumentando così l’efficienza,
* una pompa per il liquido di raffreddamento.
Questi componenti vantano un azionamento elettrico ad alta
tensione e sono alimentati dalla cella a combustibile.
Il necessario raffreddamento della cella a combustibile è
assicurato da un circuito di raffreddamento indipendente. Uno scambiatore di
calore e un elemento di riscaldamento termoelettrico autoregolante garantiscono
temperature piacevoli nell’abitacolo.
La cella a combustibile, che funziona in un range di
temperatura intorno agli 80 °C, implica sollecitazioni maggiori a carico del
raffreddamento rispetto a un motore a combustione paragonabile, ma offre un
rendimento fino al 60% superiore, cioè quasi il doppio rispetto a un comune
motore a combustione. La vettura può essere avviata a freddo fino a una
temperatura di -28 °C.
La tecnologia ibrida
plug-in
Una peculiarità della A7 Sportback h-tron quattro è
rappresentata dalla tecnologia ibrida plug-in, un’evoluzione delle concept car
Audi A2 H2 e Q5 HFC. Questo modello vanta una batteria agli ioni di litio
ricaricabile tramite cavo collegato alla presa di corrente, con capacità
energetica (8,8 kWh) ed è stata ripresa dalla A3 Sportback e-tron. La batteria
si trova sotto il vano bagagli. Il sistema di gestione termica sfrutta un
circuito di raffreddamento indipendente. Questa batteria ad alte prestazioni si
combina alla perfezione con la cella a combustibile. È in grado di accumulare
l’energia recuperata in frenata e generare una notevole potenza in modalità
Boost. Si ottiene così una straordinaria accelerazione, tipica dei modelli
quattro. L’assale anteriore e quello posteriore non sfruttano alcuna
trasmissione meccanica della forza. La coppia può essere regolata
elettronicamente in fase di slittamento ed essere modificata in maniera
continua.
Con la corrente della batteria, la Audi A7 Sportback h-tron
quattro percorre fino a 50 chilometri. La batteria posta nella zona posteriore
della vettura ibrida plug-in può essere caricata tramite cavo. A seconda della
tensione e dell’intensità di corrente, per ricaricare completamente la batteria
sono necessarie tra le due ore (presa di tipo industriale/360 Volt) e le
quattro ore (presa di tipo domestico/230 Volt).
La batteria funziona a un livello di tensione diverso
rispetto alla cella a combustibile. Tra i due componenti si trova quindi un
trasformatore a corrente continua (DC/AC). Il cosiddetto convertitore
“tri-port” si trova sotto il pacco del celle a combustibile. In diverse
modalità di esercizio, questo convertitore riesce a equalizzare le tensioni,
permettendo così ai motori elettrici di esprimere il massimo rendimento (95%).
L’elettronica di potenza nella parte anteriore e posteriore
converte la corrente continua, proveniente dalla cella a combustibile e dalla
batteria, in corrente alternata per i motori elettrici che azionano
separatamente l’assale anteriore e quello posteriore.
Entrambi i motori elettrici, che vengono raffreddati insieme
ai trasformatori di tensione da un circuito a bassa temperatura, sono macchine
sincrone a eccitazione permanente. Ognuno di essi eroga 85 kW o addirittura 114
kW quando la tensione viene aumentata per brevi periodi. La coppia massima
raggiunge i 270 Nm per ciascun motore elettrico.
Nell’alloggiamento
dei motori elettrici sono integrati rotismi planetari con una trasmissione
singola di 7,6:1. Un blocco di parcheggio meccanico e una funzione di
differenziale completano il sistema.
Il fascino della
trazione e-quattro
La Audi A7 Sportback h-tron quattro combina i vantaggi della
trazione elettrica e quelli della nuova e-quattro. La spinta silenziosa è
disponibile fin da subito. In piena accelerazione, la cella a combustibile
raggiunge la potenza massima nel giro di un secondo, risultando così più
dinamica rispetto a un motore a combustione, perché l’intera trazione comprende
solo pochi componenti meccanici.
Con una potenza di trazione di 540 Nm, la Audi A7 Sportback
h-tron quattro, del peso di circa 1.950 chilogrammi, passa da 0 a 100 km/h in
7,9 secondi. La velocità massima, invece, tocca i 180 km/h, un valore di
rilievo assoluto tra la concorrenza. La soluzione
e-quattro richiede una regolazione precisa dei motori
elettrici. In questo modo, la vettura high-tech vanta una sportività, una
stabilità e una trazione in tutto paragonabile a quella delle auto di serie con
trazione quattro meccanica.
Il Powermeter,
che sostituisce il contagiri nella strumentazione, informa il conducente sul
reale flusso di potenza. Nei settori esterni si vedono il livello di
riempimento del serbatoio dell’idrogeno e il livello di carica della batteria.
Elementi grafici nel monitor MMI indicano il flusso di energia. Premendo il
tasto EV, il nuovo modello viaggia sfruttando esclusivamente la corrente della
batteria.
Passando dalla modalità D alla modalità S del cambio
automatico, il recupero di energia in fase di decelerazione aumenta per
caricare in modo più efficace la batteria durante la guida sportiva. Anche le
frenate hanno luogo quasi sempre in modalità esclusivamente elettrica. In
questo caso, i motori elettrici fungono da alternatore e convertono l’energia
cinetica dell’auto in corrente elettrica, che viene accumulata nella batteria.
I freni a disco intervengono solo in caso di forti decelerazioni o frenate di
emergenza.
Nella fiancata destra della coupé a cinque porte è collocato
lo sportello del serbatoio, sotto il quale si trova un manicotto per il
rabbocco dell’idrogeno. Un «pieno» di H2 dura tanto quanto il rifornimento di
un’auto tradizionale (circa tre minuti). In questo caso, i serbatoi comunicano
tramite l’interfaccia a infrarossi con la stazione di rifornimento, compensando
i livelli di pressione e temperatura.
Zero emissioni
I quattro serbatoi
per l’idrogeno della Audi A7 Sportback h-tron quattro si trovano sotto il
pianale del vano bagagli, davanti all’assale posteriore e nel tunnel centrale.
Uno strato esterno in plastica rinforzata in fibra di carbonio (CFK) riveste il
corpo in alluminio. I serbatoi possono contenere circa 5 kg di idrogeno a una
pressione di 700 bar, sufficienti per oltre 500 km. Secondo il ciclo NEDC, il
consumo è di circa un chilogrammo di idrogeno per 100 chilometri, un quantitativo
che genera la stessa energia di 3,7 litri di benzina.
La A7 Sportback h-tron quattro si muove senza produrre
emissioni. Utilizzando l’idrogeno proveniente da fonti rinnovabili, il modello
può così essere considerato globalmente a zero emissioni. Dal 2013 Audi
gestisce in Bassa Sassonia un impianto pilota in cui viene usata corrente
eolica da fonti rinnovabili per generare idrogeno tramite elettrolisi.
Attualmente, questo idrogeno viene sfruttato per produrre metano sintetico
(Audi e-gas). In futuro si potranno rifornire le vetture a celle a combustibile
incanalando l’idrogeno in una apposita rete. Si tratta di una possibilità
concreta per la mobilità sostenibile a emissioni zero.
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