Híbridos y Eléctricos

PILA DE COMBUSTIBLE DE HIDRÓGENO

Audi A7 Sportback h-tron quattro

Audi presenta en el Salón del Automóvil de Los Ángeles su primer coche de pila de combustible de hidrógeno, el Audi A7 Sportback h-tron quattro, un híbrido enchufable que acelera de 0 a 100 km/h en 7,9 segundos y alcanza una velocidad máxima de 180 km/h.

Audi A7 Sportback h-tron quattro, el primer modelo de pila de combustible de hidrógeno de la marca.
Audi A7 Sportback h-tron quattro, el primer modelo de pila de combustible de hidrógeno de la marca.

El fabricante alemán ha presentado en el Salón del Automóvil de Los Ángeles el Audi A7 Sportback h-tron quattro, su primer coche de pila de combustible de hidrógeno, una demostración del dominio de esta tecnología y la capacidad de la marca en poner en marcha el proceso de producción tan pronto como el mercado y la infraestructura estén preparados.

El Audi A7 Sportback h-tron quattro, utiliza un sistema de propulsión eléctrica con una pila de combustible como fuente de energía, en combinación con una batería y un motor eléctrico adicional en la parte trasera. La potencia total del sistema es de 170 kW (231 CV) y se transfiere a ambos ejes, convirtiendo al Audi A7 Sportback h-tron un vehículo quattro de tracción integral a las cuatro ruedas.

Con 540 Nm de par máximo disponibles y un peso de apenas 1.950 kilogramos, este prototipo híbrido enchufable acelera de 0 a 100 km/h en 7,9 segundos. Su velocidad máxima es de 180 km/h y puede recorrer más de 500 kilómetros con un depósito de combustible.

La “h” en la denominación h-tron hace referencia al hidrógeno y por lo que se refiere a la estética, este prototipo es muy parecido a los modelos de producción. El h-tron se suma a otros modelos de Audi con sistemas de propulsión alternativos, los e-tron (híbrido enchufable) y g-tron (gas), ya en producción en el modelo A3.

La pila de combustible

Las diferencias principales están bajo el capó del Audi A7 Sportback: la pila de combustible en este prototipo tecnológico se instala en la parte delantera, donde un A7 Sportback convencional lleva el motor de combustión.

El sistema de escape, que únicamente emite vapor de agua, está realizado en material plástico, para reducir peso. La pila de combustible está formada por más de 300 células individuales que en conjunto forman la pila. El núcleo de cada una de estas células individuales es una membrana de polímero, con un catalizador realizado a base de platino a cada lado de dicha membrana.

La pila de combustible funciona suministrando hidrógeno en el ánodo, donde se divide en protones y electrones. Los protones migran hacia el cátodo de la pila a través de la membrana, donde reaccionan con el oxígeno presente en el aire para formar vapor de agua.

Mientras tanto, fuera de la batería los electrones suministran la energía eléctrica, con un voltaje individual para cada célula que, dependiendo del punto de carga, oscila entre 0,6 y 0,8 voltios. La pila de combustible opera en un rango de voltaje de 230 a 360 voltios, y los principales elementos auxiliares incluyen un turbocompresor que fuerza la entrada de aire en las células, el llamado "ventilador de recirculación" -que devuelve el hidrógeno no utilizado al ánodo, aumentando así la eficiencia- y una bomba de refrigeración. Estos componentes tienen un sistema eléctrico de alta tensión, y utilizan la energía eléctrica suministrada por la propia pila de combustible.

La pila de combustible, que funciona en un rango de temperatura de unos 80 grados Celsius, requiere mayores exigencias en cuanto a refrigeración que un vehículo equivalente con motor de combustión, pero consigue una eficiencia superior al 60 por ciento, casi el doble que la de un motor de combustión convencional. El arranque en frío está garantizado hasta una temperatura de -28 grados Celsius.

Híbrido enchufable

Una característica especial del Audi A7 Sportback h-tron quattro es su concepto híbrido enchufable, que representa una evolución lógica de los vehículos experimentales Audi A2 H2 y Audi Q5 HFC. Cuenta con una batería de iones de litio a bordo como la que utiliza el Audi A3 Sportback e-tron, con una capacidad de 8,8 kWh, que puede recargarse en una toma de corriente.

Esta batería, ubicada bajo el piso del maletero, y con un circuito de refrigeración independiente para su gestión térmica, es el complemento ideal para la pila de combustible, al ser capaz de almacenar la energía recuperada en retención y frenada, y de suministrar una energía considerable para impulsar el motor cuando se demanda la máxima potencia. Entre los ejes delantero y trasero no existe una conexión mecánica, y en caso de pérdidas de adherencia, el par que llega a cada eje puede ajustarse de forma continua mediante el control electrónico.

Con la potencia suministrada por la batería, el Audi A7 Sportback h-tron puede recorrer hasta 50 kilómetros. Dependiendo de la tensión y de la intensidad de la corriente, la batería del híbrido enchufable, situada en la parte trasera, necesita entre dos horas -en un enchufe o toma de potencia industrial a 360 voltios- y cuatro horas -toma de corriente doméstica a 230 voltios- para recargarse completamente.

La batería de iones de litio opera con una tensión diferente a la de la pila de combustible, por lo que se utiliza un convertidor de corriente DC/AC de tres puertos situado detrás de la pila. Durante muchas de las fases de funcionamiento el convertidor se encarga de igualar la tensión, permitiendo a los motores eléctricos funcionar a su máxima eficiencia del 95 por ciento. La unidad electrónica de potencia del vehículo convierte la corriente continua de la pila de combustible y la de la batería en corriente alterna que alimenta por separado a los motores eléctricos que impulsan al vehículo, situados en los ejes delantero y trasero.

Lo dos motores eléctricos, refrigerados mediante un circuito de baja temperatura junto con los convertidores de tensión, son motores síncronos de excitación permanente. Cada uno de ellos tiene una potencia de 85 kW, o de 114 kW si se eleva el voltaje temporalmente. El par motor máximo alcanza los 270 Nm por cada motor eléctrico.

Tanques de hidrógeno

Los cuatro tanques de hidrógeno del Audi A7 Sportback h-tron quattro se encuentran localizados por debajo del maletero, en el túnel central, por delante del eje trasero. Una carcasa exterior realizada en polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) protege el armazón realizado en aluminio. Los tanques pueden almacenar alrededor de cinco kilogramos de hidrógeno a una presión de 700 bar, suficiente para conducir durante más de 500 kilómetros. De acuerdo con el ciclo NEDC, el consumo de combustible es de aproximadamente un kilogramo de hidrógeno -una cantidad que contiene el equivalente energético a 3,7 litros de gasolina- cada 100 kilómetros.

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