Con un pieno fa più di 500 chilometri e dallo scappamento esce solo qualche goccia d’acqua: la A7 Sportback h-tron quattro si avvale di un potente motore elettrico sportivo a cella di combustibile, che è abbinato a una batteria ibrida e a un motore elettrico posteriore supplementare.
La Audi A7 Sportback h-tron quattro da 170 kW è una vera auto a trazione integrale: una novità nelle vetture a celle di combustibile. Avantreno e retrotreno non sono collegati meccanicamente. La A7 Sportback h-tron quattro è dotata di Torque Vectoring a gestione completamente elettronica.
“La A7 Sportback h-tron quattro è una vera Audi: allo stesso tempo sportiva ed efficiente. Concepita come e-quattro, la potenza viene trasmessa a tutte e quattro le ruote grazie a due motori elettrici”, spiega il Prof. Dr. Ulrich Hackenberg, membro del Consiglio di Amministrazione Audi per lo Sviluppo Tecnico. “Con la concept car h-tron dimostriamo di avere padronanza anche della tecnologia delle celle a combustibile. Non appena il mercato e le infrastrutture lo consentiranno potremo avviare la produzione di serie.”
Quando è alimentata dalle celle a combustibile, la A7 Sportback h-tron quattro necessita di circa un chilogrammo di idrogeno per percorrere 100 chilometri – un valore energetico che equivale a quello di 3,7 litri di benzina. Il volume del serbatoio rende possibile un’autonomia di oltre 500 chilometri.
Le operazioni di rifornimento durano, come in una vettura con motore a combustione, solo tre minuti circa. Una batteria di 8,8 kWh di capacità consente un’autonomia supplementare di 50 chilometri: può essere ricaricata recuperando l’energia che si genera in frenata o, in alternativa, collegandola a una presa di corrente. Come ibrido plug-in la A7 Sportback h-tron quattro può così usufruire di un’importante riserva di autonomia.
La Audi A7 Sportback h-tron quattro
La “h” di “h-tron” rappresenta l’elemento chimico idrogeno (H). Esteticamente i prototipi che Audi ha portato al Salone di Los Angeles sono uguali ai modelli di serie. Come indica la sigla h-tron, questa concept car va ad arricchire la gamma dei modelli Audi e-tron e g-tron dotati di sistemi di alimentazione alternativi. All’esterno nulla segnala la presenza delle celle di combustibile che a bordo convertono l’idrogeno in energia elettrica.
La cella a combustibile
Le differenze sostanziali si trovano sotto al cofano motore della A7 Sportback: la cella a combustibile del prototipo Audi è montata nella parte anteriore della vettura, proprio come il motore a combustione nella A7 Sportback convenzionale. Dato che al suo interno circola solo vapore acqueo, l’impianto di scarico è in plastica – un materiale notoriamente molto leggero.
La cella a combustibile stessa è formata da più di 300 celle, che, insieme, formano una pila (“stack”). Il cuore di ogni singola cella è una membrana in plastica polimerica. Su entrambi i lati di questa membrana è presente un catalizzatore a base di platino.
Il funzionamento della cella a combustibile: sull’anodo viene inviato idrogeno, che si separa in protoni ed elettroni. I protoni passano attraverso la membrana per raggiungere il catodo, dove reagiscono con l’ossigeno presente nell’aria generando vapore acqueo. A loro volta gli elettroni forniscono corrente elettrica passando attraverso un circuito esterno – a seconda del carico la tensione delle singole celle oscilla tra 0,6 e 0,8 volt.
L’intera cella a combustibile funziona nell’intervallo tra 230 e 360 volt. I principali gruppi secondari:
- un turbocompressore che comprime l’aria nelle celle
- la cosiddetta ventola di ricircolo, che fa ritornare l’idrogeno non utilizzatoverso l’anodo e aumenta così l’efficienza
- una pompa del refrigerante.
Questi componenti sono dotati di motori elettrici ad alta tensione e vengono alimentati dalla cella a combustibile.
Al raffreddamento della cella a combustibile è preposto un circuito di raffreddamento separato. Uno scambiatore di calore e un elemento termoelettrico di riscaldamento supplementare autoregolante assicurano temperature piacevoli all’interno dell’abitacolo.
La cella a combustibile, che opera entro una finestra di temperatura di 80 gradi centigradi, richiede un sistema di raffreddamento più sofisticato rispetto a un motore a combustione equivalente, ma ha un rendimento superiore del 60% circa. Vale a dire quasi il doppio rispetto a un normale motore a combustione. Le partenze a freddo sono garantite fino a -28 gradi centigradi.
Audi A7 Ibrida plug-in
Una particolarità della A7 Sportback h-tron quattro è la sua configurazione come ibrido plug-in, coerente evoluzione dei modelli sperimentali Audi A2 H2 e Audi Q5 HFC. Ha una batteria agli ioni di litio di 8,8 kWh, ricaricabile alla presa di corrente, che deriva direttamente dalla A3 Sportback e-tron. È posizionata sotto al bagagliaio e ha un sistema di gestione termica dotato di un proprio circuito di raffreddamento separato.
Questa potente batteria è il partner ideale della cella a combustibile. In frenata può immagazzinare l’energia di recupero e utilizzarla nei boost a pieno carico per contribuire a prestazioni di tutto rispetto. Ciò rende possibile accelerazioni decise ed è così che la A7 Sportback h-tron quattro diventa una vera quattro. Avantreno e retrotreno non presentano sistemi di trasmissione meccanici. La coppia di volta in volta disponibile per i due assali può essere regolata elettronicamente mediante slittamento e può variare gradualmente.
Con alimentazione a batteria, la Audi A7 Sportback h-tron quattro è in grado di percorrere fino a 50 chilometri. La batteria nella parte posteriore dell’ibrido plug-in può essere ricaricata tramite cavo. A seconda della tensione e dell’intensità della corrente, ricaricare completamente la batteria può durare da due ore (presa di corrente industriale da 360 volt) a quattro ore (presa di corrente domestica da 230 volt).
La batteria lavora a un livello di tensione diverso rispetto alla cella a combustibile. Per questo tra i due componenti è inserito un convertitore DC/DC. Il cosiddetto convertitore Tri-port è alloggiato dietro alla pila. In molti casi equilibra la tensione in modo che i motori elettrici siano in grado di raggiungere il rendimento massimo del 95%. L’elettronica di potenza nella parte anteriore e posteriore della vettura trasforma la corrente continua proveniente dalla cella a combustibile e dalla batteria in corrente alternata per i motori elettrici che alimentano separatamente l’avantreno e il retrotreno.
I due motori elettrici, che vengono raffreddati da un circuito di raffreddamento a bassa temperatura insieme ai convertitori di tensione, sono motori sincroni a eccitazione permanente. Ciascuno eroga 85 kW o addirittura 114 kW di potenza quando la tensione viene aumentata per un breve lasso di tempo. La coppia massima è di 270 Nm per motore elettrico. Negli alloggiamenti dei motori elettrici sono integrati rotismi epicicloidali a un unico rapporto di trasmissione (7,6:1). Completano il sistema un freno di parcheggio meccanico e un differenziale (funzione software).
Audi A7 h-tron + e-quattro: il fascino della trazione integrale
Viaggiare a bordo di una Audi A7 Sportback h-tron quattro è un’esperienza che offre tutto il fascino della trazione elettrica e le potenzialità della nuova configurazione che va sotto il nome di e-quattro. La spinta silenziosa è completamente disponibile dall’avviamento, a pieno carico la cella a combustibile raggiunge la potenza massima in un secondo – in modo più dinamico di un motore a combustione perché ci sono pochi componenti meccanici.
Con una capacità di ripresa di 540 Nm la Audi A7 Sportback h-tron quattro, che pesa circa 1.950 chilogrammi, accelera da 0 a 100 km/h in 7,9 secondi. La velocità massima è di 180 km/h: un record nel panorama della concorrenza. Il concetto dell’e-quattro richiede una calibratura precisa dei motori elettrici: il prototipo risulta essere sportivo, stabile e avere una trazione potente praticamente come una vettura di serie con trazione meccanica quattro.
Un powermeter (che nella strumentazione sostituisce il contagiri) informa il guidatore sul flusso di potenza momentaneo. Nelle zone esterne sono visibili il livello del serbatoio di idrogeno e lo stato di carica della batteria. Alcuni grafici nel monitor MMI visualizzano il flusso di energia. Quando il guidatore preme il tasto EV, il prototipo viene alimentato esclusivamente a batteria.
Passando dalla modalità D alla modalità S del cambio automatico il recupero dell’energia in decelerazione aumenta per caricare efficacemente la batteria approfittando dell’andatura sportiva. Anche la frenata avviene quasi sempre elettricamente: i motori elettrici fungono da generatore e convertono l’energia cinetica della vettura in corrente elettrica, che viene quindi immagazzinata nella batteria. Solo in caso di decelerazioni più energiche o di frenate d’emergenza si attivano anche i quattro freni a disco.
Nella fiancata destra della coupé a cinque porte si trova lo sportellino del serbatoio, sotto al quale si cela un bocchettone per l’idrogeno. Per fare il pieno di H2 occorrono circa tre minuti, tanto quanto fare il pieno di carburante a una vettura convenzionale. I serbatoi comunicano con la stazione di rifornimento mediante un’interfaccia a infrarossi e bilanciano la pressione e la temperatura.
Audi A7 Sportback h-tron a zero emissioni
I quattro serbatoi di idrogeno della Audi A7 Sportback h-tron quattro sono alloggiati sotto il pianale del bagagliaio, a monte all’asse posteriore e all’interno del tunnel cardanico. Un rivestimento esterno in plastica rinforzata con fibre di carbonio (CFRP) avvolge il guscio interno in alluminio. I serbatoi possono immagazzinare circa cinque chilogrammi di idrogeno a 700 bar di pressione, quanto basta per un’autonomia di oltre 500 chilometri. Conformemente al ciclo NEDC i consumi sono di circa 1 chilogrammo di idrogeno ogni 100 chilometri – un valore energetico che equivale a quello di 3,7 litri di benzina.
Già oggi la A7 Sportback h-tron quattro viaggia a emissioni locali zero. Con idrogeno ottenuto da fonti di energia rinnovabili può però essere considerata anche una vettura a emissioni globali zero: dal 2013 Audi gestisce nella Bassa Sassonia un impianto pilota in cui l’energia eolica viene utilizzata per produrre idrogeno tramite elettrolisi. Attualmente questo idrogeno viene ulteriormente utilizzato per produrre anche metano sintetico (e-gas Audi). Se l’idrogeno verrà immagazzinato in una rete di idrogenodotti e di stazioni di rifornimento, sarà possibile rifornire le vetture a celle di combustibile. Ciò rappresenta una possibilità concreta per una mobilità sostenibile a emissioni zero.
Dati sui consumi dei modelli citati
Audi A7 Sportback
Consumo carburante combinato in l/100 km: 9,5 – 4,7
Emissioni CO2 combinate in g/km: 221 – 122
Audi A3 Sportback e-tron
Consumo di carburante secondo norma ECE in l/100 km: 1,7 – 1,5
Consumo di energia combinato in kWh/100 km: 12,4 – 11,4
Emissioni CO2 combinate in g/km: 39 – 35