Sebbene le celle a combustibile siano ancora utilizzate principalmente sui veicoli commerciali, solo Toyota, Honda e Hyundai producono veicoli passeggeri, ma poiché l'articolo si concentra sulle autovetture e gli altri modelli di confronto sono anch'essi autovetture, qui prendiamo come esempio la Toyota Mirai.
Il sistema di gestione termica delle celle a combustibile presenta i seguenti tre punti principali:
Requisiti di dissipazione del calore del reattore a celle a combustibile
Il reattore è il luogo in cui avviene la reazione idrogeno-ossigeno e genera calore producendo al contempo elettricità. L'aumento della temperatura contribuisce ad aumentare la potenza di scarica del reattore, ma il calore non può essere accumulato, quindi l'acqua, prodotto della reazione, e il refrigerante del reattore devono fluire insieme per dissiparlo.
Inoltre, il mantenimento della temperatura del reattore consente di controllare efficacemente la potenza erogata, adattandola alle esigenze dinamiche del sistema di azionamento. Il calore generato dall'elettronica di potenza del reattore e dell'inverter del motore può essere utilizzato, in parte, per il riscaldamento della cabina di pilotaggio in inverno.
Il problema dell'avvio a freddo del reattore
Il reattore a celle a combustibile non può fornire elettricità direttamente a basse temperature, quindi deve essere riscaldato da una fonte di calore esterna prima di poter entrare in modalità operativa normale.
A questo punto, il circuito di dissipazione del calore menzionato in precedenza deve essere invertito in un circuito di riscaldamento, e la commutazione in questo caso potrebbe richiedere una valvola di controllo del circuito simile a una valvola a due vie a tre vie.
Il riscaldamento può essere effettuato tramite un sistema esterno.riscaldatore elettrico PTC, l'energia di riscaldamento elettrico proviene dalla batteria per fornire. Sembra che esista anche una tecnologia che permette al reattore di generare il proprio calore, in modo che l'energia generata dalla reazione sia più che altro sotto forma di calore per riscaldare il corpo del reattore.
Raffreddamento potenziato
Questa parte è un po' come la festa dell'auto ibrida menzionata prima: per soddisfare la richiesta di potenza del reattore, anche la quantità di ossigeno reagente ha una certa esigenza, quindi l'aria aspirata deve essere pressurizzata per aumentarne la densità, incrementando così il flusso di massa di ossigeno. Per questo motivo si rende necessario il raffreddamento post-sovralimentazione, che può essere collegato in serie nello stesso circuito di raffreddamento poiché l'intervallo di temperatura è relativamente vicino a quello degli altri componenti.
Veicoli completamente elettrici
In definitiva, i veicoli elettrici puri sono oggi i protagonisti più popolari del mercato. La ricerca e lo sviluppo nella gestione termica dei veicoli elettrici sono stati condotti da tutti i principali produttori e fornitori di automobili. Di seguito, tre punti principali in cui si differenziano dagli altri tipi di veicoli:
problemi relativi all'areale invernale
Gran parte dell'autonomia è dovuta alla densità energetica della batteria, al consumo elettrico del veicolo e alla resistenza al vento, che sono aspetti non legati alla gestione termica, ma non tanto in inverno.
Per garantire il comfort nell'abitacolo e l'avviamento a freddo con batteria ad alta tensione, il sistema di gestione termica consuma molta energia elettrica, e una significativa riduzione dell'autonomia invernale è ormai la norma.
Il motivo principale è che la generazione di calore del sistema di propulsione di un veicolo puramente elettrico è di gran lunga superiore a quella del motore, della batteria e dei componenti sensibili alla temperatura.
Attualmente le soluzioni comuni come il sistema a pompa di calore, il sistema di azionamento del calore e il calore ambientale attraverso il ciclo del compressore per fornire la cabina e la batteria, c'è anche il Weimar EX5 nell'uso diriscaldatori diesel, l'utilizzo di una parte del calore di combustione del diesel per fornire il preriscaldamento della batteria e della cabinaRiscaldatori PTCUn'altra caratteristica è la tecnologia di autoriscaldamento della batteria, che permette di riscaldare autonomamente ogni singola unità all'avvio della batteria, riducendo così la dipendenza da circuiti di scambio termico esterni.
Data di pubblicazione: 20 aprile 2023
