4 modos de funcionamiento en un coche de pila de hidrógeno

De forma teórica las pilas de combustible en su uso en automoción podrían presentar cuatro configuraciones diferentes, pero tan solo dos de ellas se llevan a la práctica en la actualidad. De hecho, hoy nos vamos a centrar en los 4 modos de funcionamiento de una concreta de las cuatro configuraciones posibles, pero vamos a citar también las otras tres, que para algo las ideó una mente pensante.

1º Configuración: uso de la pila de combustible como unidad de potencia auxiliar

En este caso la propulsión principal del vehículo se lograría por otro mecanismo, como un motor de combustión interna o baterías. ¿Y entonces para que querríamos la pila de combustible? Pues para alimentar el sistema eléctrico del vehículo. Esto en un vehículo utilitario, en un coche normal, no tendría mucho sentido, pero por ejemplo en un camión permitiría disponer de calefacción o aire acondicionado sin necesidad de encender el motor principal, es decir, estando parados. Los camioneros lo agradecería, pero a día de hoy esto sería más sencillo con una batería que se recargue, básicamente por la falta de hidrógeno u otro combustible potencial.

2º Configuración: pila de combustible diseñada para proporcionar toda la potencia que requiere el vehículo

Esto es, la pila de combustible alimentaría siempre a través de un inversor al motor eléctrico que movería el eje principal o los dos ejes. Problemas de esta configuración, pues en primer lugar que las pilas de combustible no responden excesivamente bien a los cambios bruscos de potencia, existen otras tecnologías como las baterías que hace esto mucho mejor. Las pilas de combustible en general son buenas trabajando de forma estacionaria. Otro inconveniente es que habría que diseñar la pila de combustible para el pico de potencia y eso haría una pila de combustible voluminosa y pesada.

3º Configuración: la pila de combustible recarga únicamente las baterías

En este caso las baterías alimentan directamente al motor eléctrico siempre, mientras que la pila solo recarga las baterías, es como una configuración en serie. El diseño de la pila en este caso dependerá de si hay que recargar las baterías muy rápido o muy despacio, en función de la capacidad de estas. Este tipo de configuración se emplea en los extensores de autonomía mediante pilas de combustible de los vehículos eléctricos como por ejemplo la Renault Kangoo ZE-H2 de la que hablamos el otro día. Esta es una de esas dos configuraciones que se han llevado a la práctica, sin embargo, la mayoritaria es la que viene a continuación.

4º Configuración: la pila de combustible funciona de forma más o menos estacionaria y los picos de potencia son proporcionados por baterías o ultracondensadores

Esta es la configuración que presentan los coches propulsados por hidrógeno actualmente. Cuentan con la pila de combustible y unas baterías auxiliares operando en paralelo. Las baterías aportan la ventaja de responder más rápidamente a los cambios de carga que las pilas de combustible lo cual para las aceleraciones va muy bien y pueden almacenar la energía que se genera durante la frenada, como ya hacen otros vehículos. Con esta configuración se está logrando una gran autonomía, al tiempo que permite un rápido repostaje, es silencioso y no contamina. Además, también se consigue que el sistema de propulsión se vea muy poco afectado por el clima y las bajas temperaturas.

Así pues los vehículos propulsados por hidrógeno que cuentan con esta cuarta configuración presentan cuatro modos fundamentales de funcionamientos, vamos a verlos.

1º modo: Pila de combustible (crucero)

La energía se obtiene directamente de la pila de combustible. El hidrógeno sale de los tanques hasta la pila de combustible donde reacciona con el oxígeno del aire y genera una corriente que se deriva al inversor para transformarla en corriente alterna y de ahí al motor eléctrico. Figura 1.

Modo pila de combustible

Figura 1: Modo pila de combustible (crucero)

2º modo: Pila de combustible + Batería

En aceleraciones, la batería se hace cargo del extra de potencia mientras la pila de combustible sigue funcionando en crucero. Figura 2.

Modo pila de combustible más batería

Figura 2: Modo Pila de combustible + Batería

3º modo: Carga de la batería

Al acelerar la batería se ira descargando, por lo que en algún momento habrá que cargarla. En este caso la energía generada por la pila de combustible se reparte entre el motor eléctrico a petición del usuario, y se genera un poco más para recargar la batería, para un posterior uso. Este modo no es muy habitual, tan solo se activa cuando la batería está en un estado de carga peligroso. Figura 3.

Modo carga de la batería

Figura 3: Modo carga de la batería por la pila de combustible

4º modo: Regeneración

Esta será la forma más habitual de recargar la batería y es que durante las frenadas el motor funcione como generador eléctrico haciendo pasar la corriente a través del inversor y cargando la batería de alto voltaje. Aquí la pila de combustible ni pincha ni corta. Figura 4.

Modo regenerativo

Figura 4: Modo regenerativo

Bueno, estas son las 4 posibles configuraciones de las pilas de combustibles en su aplicación a la automoción y los cuatro posibles modos de funcionamiento cuando se cuenta con una configuración en la que la pila de combustible y las baterías están en paralelo.

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2 respuestas a 4 modos de funcionamiento en un coche de pila de hidrógeno

  1. Iñaki dijo:

    Sobre la 4ªConfiguración.., /(Un utilitario normal)¿que capacidad en Kwh, tendria que tener la bateria?, ¿seria enchufable?. ¿Que consumos tendria en hidrogeno cada 100km?

    • Oscar Santiago dijo:

      Muy buenas Iñaki.
      El vehículo de pila de combustible de Toyota, el Toyota Mirai, utiliza una batería de 1.6 kWh.

      En principio los vehículos con la 4º configuración no serían enchufables. Sus baterías son muchos más pequeñas que las de los vehículos de la 3º configuración. Por ejemplo, el Mercedes-Benz B 250e que es un eléctrico enchufable (sin pila de combustible, únicamente baterías) dispone de una batería de casi 30 kWh. La batería en los vehículos de la 4º configuración está pensada sobre todo para cubrir los picos de demanda de potencia ya que las pilas de combustible responden peor a las cargas instantáneas. Además, las pilas de combustible no se diseñan para el máximo de potencia porque si no serían muy grandes, se diseñan para la demanda en crucero.

      El consumo de un vehículo de pila de combustible actualmente se encuentra en los 0.95 – 1.0 kg de hidrógeno cada 100 km.

      Dejo un enlace en el cual se recogen las características de varios automóviles de pila de combustible por si te sirve: http://apilados.com/blog/la-guerra-de-los-fabricantes-de-coches-por-su-hueco-en-la-futura-automocion-de-hidrogeno/

      Espero haberte respondido y gracias por la pregunta

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