Concept Audi A7 Sportback h-tron quattro: l’auto è pronta, la rete no!

Presentata quest’anno al Salone dell’automobile di Los Angeles, questo «prototipo» combina una cella a combustibile con una batteria ibrida e un motore elettrico supplementare. La trazione non è più meccanica ma integrale. Il modello è pronto a diventare di serie ma resterà in «garage» 

Ulrich Hackenberg, Membro del Consiglio di Amministrazione di Audi AG per lo Sviluppo Tecnico introduce questo concept spiegando che “La A7 Sportback h-tron quattro è una vera Audi: sportiva, ma al contempo efficiente. Essendo stata progettata come modello e-quattro, la vettura usa due motori elettrici per muovere tutte e quattro le ruote”. “Con la concept car h-tron – spiega – vogliamo dimostrare la nostra competenza anche in fatto di tecnologia delle celle a combustibile. Non appena il mercato e le infrastrutture lo permetteranno, potremo introdurla nella produzione di serie”.

Al solito l’ingegno industriale precede la politica, le infrastrutture ed il mercato. Quella del progettista è un’attività che – pur soddisfacendo dal punto di vista professionale e personale – può, come in questo caso, lasciare tale soddisfazione incompleta: il concept è lì ma una volta svelato tornerà concettualmente sotto un telo e questo perché l’idea precede, speriamo non più di tanto, i tempi… 

550 chilometri senza inquinare

La A7 Sportback h-tron quattro è una visione divenuta realtà. A vederlo da fuori questo concept sembra già pronto ad uscire da un autosalone ma, esaurito l’idrogeno con il quale l’auto verrebbe fornita alla consegna, non si potrebbe far altro – oggi – che chiamare il carro attrezzi e questo per la mancanza di una rete di distribuzione che rappresenterebbe una possibilità concreta per sviluppare una mobilità sostenibile a emissioni zero (nel caso dell’idrogeno le emissioni allo scarico si limiterebbero a qualche goccia d’acqua).

Se ce la consegnassero con il pieno potremmo silenziosamente arrivare da Roma alle porte di Milano (questa Audi consuma 1 kg di idrogeno per 100 km con un’autonomia dichiarata oltre 500 km + 50 km suppletivi in sola modalità elettrica) e, se la rete di distribuzione dell’idrogeno esistesse, potremmo fare rifornimento in circa tre minuti, un tempo del tutto simile a quello che impiegheremmo inserendo combustibile tradizionale.

Sotto il profilo del comfort non sentiremmo più il rumore del motore a scoppio, semplicemente perché non c’è più, come pure ci scorderemmo quelli, benché già oggi più che ovattati, della trasmissione meccanica, anch’essa mandata in soffitta in quanto gli assali anteriore e posteriore non sono più collegati meccanicamente.

Ma vediamo ora questa A7 Sportback h-tron quattro più da vicino:

■ Autonomia

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.  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. Un pieno assicura quindi oltre 500 chilometri di autonomia, ai quali se ne aggiungono ulteriori 50 (circa), dall’uso esclusivo della batteria.

■ Avviamento

La vettura può partire a freddo fino a una temperatura di -28 °C.

■ Batteria

l’auto è provvista di una batteria ad alte prestazioni da 8,8 kW/ora (+ 50 chilometri di autonomia) ricaricabile tramite recupero di energia oppure tramite presa di corrente (due ore se di tipo industriale/360 volt o sino a quattro ore se di tipo domestico/230 volt).

Posizionata sotto al vano bagagli (contributo all’abbassamento del baricentro), questa batteria è stata ripresa dalla A3 Sportback e-tron e si integra perfettamente all’operatività della cella a combustibile pur lavorando ad un livello di tensione diverso per livellare il quale si è dovuto ricorrere ad un trasformatore a corrente continua (DC/AC). Il cosiddetto convertitore «tri-port» si trova sotto il pacco delle 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%). Questa batteria può accumulare l’energia recuperata in frenata e, in modalità «Boost», erogare potenza suppletiva a supporto delle doti di accelerazione tipiche dei modelli quattro.

■ Cella a combustibile

Montata nel vano motore, come uno dei propulsori tradizionali della A7 Sportback, si compone di oltre 300 cellette, collegate fra loro. Il nucleo di ogni singola cella è composto da una membrana polimerica sui cui due lati si trovano altrettanti catalizzatori al platino.   Ecco come funziona la cella a combustibile: 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 forniscono invece 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 mentre l’intera cella a combustibile funziona in un range di tensione compreso tra 230 e 360 V e raggiunge la potenza massima nel giro di un solo secondo.

La cella a combustibile offre un rendimento fino al 60% superiore rispetto a un motore a combustione paragonabile ed opera con una temperatura media di funzionamento posizionata attorno agli 80 °C. Per tale ragione al raffreddamento della cella è dedicato un circuito di raffreddamento indipendente.

■ Climatizzazione

Uno scambiatore di calore e un elemento di riscaldamento termoelettrico autoregolante garantiscono temperature piacevoli nell’abitacolo.

■ Emissioni

Questo concept, utilizzando idrogeno proveniente da fonti rinnovabili, può essere considerato globalmente a zero emissioni ma sarebbe interessante sapere quante ne genera il suo ciclo produttivo ed ovviamente questa curiosità non vale solamente per l’Audi…; comunque dal 2013 Audi gestisce in Bassa Sassonia un impianto pilota in cui viene usata corrente eolica da fonti rinnovabili per generare idrogeno tramite elettrolisi.

■ Esterni

Sigla a parte, non si notano altri elementi che indichino la presenza della cella a combustibile, in grado di generare corrente elettrica partendo dall’idrogeno; 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.

■ Frenata

In condizioni normali l’effetto frenante viene assicurata dai motori elettrici che in questa fase fungono da alternatori convertendo l’energia cinetica dell’auto in corrente elettrica, che viene accumulata nella batteria mentre i freni a disco subentrano solo in caso di forti decelerazioni dovute al tipo di guida adottato o ad una situazione di emergenza.

■ Gruppi ausiliari

I più importanti, alimentati dalla cella a combustibile, sono:

• il Turbocompressore: comprime l’aria nelle celle;
• il Ventilatore di ricircolo: fa tornare l’idrogeno non utilizzato all’anodo;

• una pompa per il liquido di raffreddamento. 

■ lmpianto di scarico

poiché convoglia esclusivamente vapore acqueo, l’impianto è realizzato in materiale plastico leggero.

■ Modalità di guida

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 mentre premendo il tasto «EV», si viaggia sfruttando esclusivamente la corrente della batteria con un’autonomia, ripetiamo, di massimo 50 km/h.

■ Motori elettrici

Ognuno di essi eroga in modalità normale 85 kW (con picco di 114 kW quando la tensione viene aumentata per brevi periodi) con una coppia massima di 270 Nm per ciascun motore elettrico. Entrambi i motori elettrici, che vengono raffreddati insieme ai trasformatori di tensione da un circuito a bassa temperatura, sono macchine sincrone a eccitazione permanente.

■ Potenza e Prestazioni

Con i suoi 170 kW, la A7 Sportback h-tron quattro va da 0 a 100 km/h in 7,9” (non male per un’auto da 1.950 kg), con una velocità massima di 180 km/h da raggiungere solo ove possibile in Europa o in zone chiuse al traffico.

■ Serbatoi

I quattro serbatoi per l’idrogeno sono posizionati 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.

■ Sigla h-tron

La sigla «h-tron» pone questo concept car tra gli altri modelli Audi a trazione alternativa, «e-tron» e «gtron».

■ Strumentazione

Addio contagiri, qui sostituito dal Powermeter, che informa il conducente sul reale flusso di potenza. I settori esterni evidenziano il livello di riempimento del serbatoio dell’idrogeno e il livello di carica della batteria. Elementi grafici nel monitor MMI indicano il flusso di energia.

■ Tecnologia ibrida plug-in

Questo tipo di tecnologia rappresenta, applicata alla A7 Sportback h-tron quattro, un passo avanti rispetto a quella applicata alle concept car Audi A2 H2 e Q5 HFC.    Ovviamente le funzionalità di batteria e cella a combustibile sono integrate ma poiché della batteria abbiamo già detto, qui aggiungiamo che l’elettronica di potenza converte la corrente continua (proveniente da cella a combustibile e batteria), in corrente alternata per i motori elettrici che azionano separatamente l’assale anteriore e quello posteriore.

■ Trazione e-quattro

La Audi A7 Sportback h-tron quattro combina silenziosamente i vantaggi della trazione elettrica e quelli della nuova e-quattro producendo una immediata capacità di accelerazione grazie alla combinazione di fattori quali la presenza di pochi componenti meccanici nell’intera trazione ed al fatto che, come già sottolineato, la cella a combustibile raggiunge la potenza massima nel giro di un solo secondo.

Essendo una «quattro» la potenza generata viene trasmessa sia all’assale anteriore e sia a quello posteriore che non sfruttano alcuna trasmissione meccanica della forza.

Ognuno dei due motori elettrici eroga in modalità normale 85 kW, con picco di 114 kW – quando la tensione viene aumentata per brevi periodi – ed una coppia massima di 270 Nm che può essere regolata elettronicamente in fase di slittamento ed essere modificata in maniera continua.

Nell’alloggiamento di ciascun motore 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.

Giovanni Notaro