Audi A7 h-tron concept: l'auto a idrogeno diventa anche plug in

Giapponesi e Coreani iniziano a puntare sull'idrogeno con la tecnologia fuel cell. Ma era presumibile che i colossi tedeschi non restassero a guardare alla finestra ancora per molto. Ecco quindi spuntare al Salone di Los Angeles l'Audi A7 Sportback h-tron quattro concept, un prototipo spinto da un sistema fuel cell alimentato a idrogeno che aggiunge però la possibilità di ricarica plug in degli accumulatori. 

Cella a combustibile: come funziona

La cella a combustibile 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. Il funzionamento della cella a combustibile è piuttosto semplice. 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 e 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.

Possibilità di ricarica 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 è in grado di accumulare l’energia recuperata in frenata e generare una notevole potenza in modalità Boost. 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%).

Due motori elettrici: non si rinuncia alla trazione quattro

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.

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.  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. 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 idrogeno dura 500 km

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. 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, a patto che sia ricavato 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.