MAGGIO 2022 – E’ stato annunciato e presentato in occasione degli eMobility Days Daimler Truck: è in arrivo il Mercedes‑Benz eCitaro Range Extender fuel cell.

Circa 400 chilometri di autonomia senza ricarica, nel traffico urbano in normali condizioni d’uso, che diventano circa 350 chilometri per il corrispondente modello autosnodato: Mercedes Benz eCitaro Range Extender rende possibili queste prestazioni.
Il potente autobus a pianale ribassato, a zero emissioni locali, è in grado di servire anche linee impegnative e rispondere alla quasi totalità dei requisiti di autonomia richiesti dagli operatori di TPL. In questo modo, può contribuire ad accelerare la transizione dei trasporti verso la mobilità elettrica in ambito di trasporto. Inoltre, l’eCitaro Range Extender dimostra ancora una volta le sorprendenti possibilità della gamma Citaro con soluzioni su misura.
Le prime consegne sono previste per il 2023.

eCitaro Range Extender: versatile, pratico e attento ai costi
Quando si richiedono autobus urbani full electric con grande autonomia, i veicoli a celle a combustibile rappresentano la risposta: l’energia per la trazione elettrica è prodotta a bordo. Ma non tutti i sistemi sono uguali: possono essere configurati in modi molto diversi.
E’ sempre necessaria una batteria tampone affinché le celle a combustibile lavorino costantemente sulla produzione di energia elettrica, nonostante la tipica guida di un autobus urbano, caratterizzata da continue accelerazioni e frenate. Le singole varianti spaziano da configurazioni con una cella a combustibile molto potente, supportata da una batteria compatta, a quelle con una cella a combustibile compatta in abbinamento a batterie ad alte prestazioni.
Daimler Buses ha scelto la seconda opzione per diversi buoni motivi. L’eCitaro Range Extender è progettato per l’impiego come autobus urbano pratico ed economico. L’elettricità è un combustibile significativamente più economico dell’idrogeno: si tratta infatti di un autobus urbano a pianale ribassato elettrico a batteria, e la cella a combustibile alimentata a idrogeno serve quindi solo ad estendere la sua autonomia e non come principale fonte di energia.
Per la cella a combustibile, Daimler Buses si affida a un’unità matura e collaudata, nella sua versione più avanzata. Infine, l’idrogeno è utilizzato in forma gassosa e ad una pressione di 350 bar. Ciò significa che non è necessario un elevato grado di pressurizzazione e quindi una spesa elevata per la stazione di rifornimento.

La cella a combustibile: altamente efficiente, compatta e durevole
La cella a combustibile dell’eCitaro Range Extender è di produzione Toyota ed è già alla sua seconda generazione. Si tratta di un’unità per impieghi gravosi con una potenza massima di 60 kW. In eCitaro Range Extender è sfruttata in modo particolarmente efficiente, a circa 30 kW, in un intervallo di tensione da 400 a 750 volt.
La cella a combustibile utilizzata presenta numerosi vantaggi. Il suo design piatto e compatto la rende ideale per il montaggio sul tetto dell’eCitaro. È altamente performante, il che si traduce in un consumo relativamente basso di idrogeno per la produzione di energia. Presenta già un convertitore di tensione integrato. E’ impressionante anche la sua durata: circa 40.000 ore di utilizzo come range extender. Anche giunta a fine vita, non smette improvvisamente di funzionare, ma l’efficienza diminuisce lentamente ed è tracciabile il graduale invecchiamento dei componenti.
Il modulo a celle a combustibile, che pesa circa 240 chilogrammi, è montato sul tetto dell’autobus singolo, appena dietro l’assale anteriore. Negli autosnodati è posizionato anteriormente sul tetto della sezione posteriore.

Come funziona
La cella a combustibile produce corrente elettrica e calore dalla reazione fra idrogeno ed ossigeno, nota anche come “combustione a freddo”. La singola cella è costituita da una membrana elettrolitica polimerica (PEM), un elettrodo negativo e uno positivo e da due separatori. Le celle a combustibile sono celle galvaniche.
L’idrogeno attraverso i tubi passa dai serbatoi sul tetto all’elettrodo negativo dove reagisce con l’ossigeno. Gli elettroni vengono rilasciati e migrano verso l’elettrodo positivo. Ciò si traduce in corrente elettrica. Gli atomi di idrogeno vengono trasformati in ioni di idrogeno dal rilascio degli elettroni. Scorrono attraverso la membrana dell’elettrolita polimerico fino all’elettrodo negativo. In questa fase, l’acqua è l’unico prodotto di risulta della reazione chimica di ossigeno, ioni idrogeno ed elettroni. Sono necessarie diverse centinaia di micro-celle a combustibile per alimentare un eCitaro Range Extender. Insieme formano il corpo dell’unità di celle a combustibile, il cosiddetto fuel cell stack.
Poiché il sistema di trasmissione dell’eCitaro Range Extender si basa su pacco batterie molto potente, a rigor di termini si tratta di un autobus ibrido full electric che combina batterie e celle a combustibile come fonte di alimentazione.

Mercedes-Benz eCitaro G Range Extender

Serbatoi idrogeno modulari, leggeri e sicuri
I serbatoi di idrogeno per l’alimentazione della cella hanno una capacità di cinque chilogrammi ciascuno. Con un contenitore interno in materiale plastico ed una guaina esterna in fibra di carbonio, corrispondono al cosiddetto “Tipo 4” e sono sia leggeri che altamente resistenti.
La disposizione trasversale al senso di marcia consente un facile accesso alle valvole. La sicurezza è fondamentale: ogni singola bombola ha il proprio sensore di pressione e temperatura. I serbatoi sono già conformi alla norma UN ECE R 134, anche per la prevenzione dei rischi di incendio, che diventerà vincolante solo a partire dal 2024.
Il sistema di serbatoi ha un design modulare. L’autobus singolo può essere dotato di cinque o sei serbatoi per un totale di 25 o 30 chilogrammi di idrogeno. L’autobus articolato può essere dotato di sei o sette serbatoi con 30 o 35 chilogrammi di idrogeno, a scelta. Sono montati sul tetto all’altezza dell’asse anteriore e dello sbalzo anteriore. Il rifornimento viene effettuato nella direzione di marcia a destra sopra il secondo asse. In condizioni ottimali, ad esempio, il tempo di rifornimento dell’autobus singolo è di circa dieci minuti.

Batterie ad alte prestazioni di ultima generazione
L’eCitaro Range Extender utilizza l’ultima generazione di batterie ad alte prestazioni. Queste batterie agli ioni di litio NMC 3 (NMC = nichel-manganese-cobalto) saranno introdotte nell’eCitaro a partire dalla fine del 2022, vantano una densità energetica particolarmente elevata e sono molto durevoli. Come per i serbatoi di idrogeno, anche le batterie sono scalabili. Per l’autobus singolo vengono utilizzati due o tre battery pack con una capacità combinata di 196 o 294 kWh. Nel caso dell’autobus articolato sono disponibili tre o quattro pacchi batteria con una capacità energetica massima di 392 kWh. Questi pacchi batteria da soli garantiscono un’autonomia considerevole.
Poiché è possibile scegliere sia la capacità delle batterie sia la quantità di idrogeno trasportato, ogni azienda potrà configurare eCitaro Range Extender su misura per l’impiego previsto.
Grazie alla cella a combustibile come range extender non è necessaria né prevista alcuna ricarica intermedia delle batterie sulla linea. La ricarica avviene in deposito tramite presa “overnight”, con una capacità di ricarica massima di 150 kW. Come di consueto, eCitaro offre la possibilità di scegliere tra tre diverse posizioni della presa: a sinistra e a destra sopra l’asse anteriore e sul lato posteriore. Si può disporre due posizioni per veicolo per una maggior flessibilità nel parcheggio in deposito.

Lungo raggio, alto numero di posti passeggeri
A seconda della configurazione di batterie e serbatoi di idrogeno, eCitaro può raggiungere un’autonomia di circa 400 chilometri per l’autobus singolo in condizioni standard e di 350 Km per l’autobus autosnodato. Questi valori eccezionali soddisfano completamente le esigenze della quasi totalità degli operatori di trasporto. Con questo passaggio, diventa superfluo anche un riscaldamento ausiliario alimentato a combustibile.
La distribuzione ottimizzata con precisione del peso di batterie, celle a combustibile e serbatoi di idrogeno garantisce un numero elevato di posti passeggeri. Per un autobus singolo a due porte, con 2 pacchi batteria e 6 serbatoi, ad esempio, Daimler Buses calcola una capienza di circa 88 posti passeggeri. Nel caso di un autobus articolato a quattro porte con due assi in funzione, tre pacchi batteria e sette serbatoi di idrogeno, si sale a circa 126 posti passeggeri.

La nuova gestione termica utilizza il calore di scarto della cella a combustibile
Nell’integrazione del fuel cell, Citaro Mercedes-Benz ha dimostrato ancora una volta la sua versatilità. Pur con ampi interventi di adattamento, non è stata necessaria una riprogettazione completa. Le aziende ritrovano l’abitacolo familiare e una serie di componenti identici in Citaro, eCitaro ed eCitaro Range Extender.
Il calore generato dalla cella a combustibile porta anche a un sistema di gestione termica completamente riprogettato: il calore di scarto può essere utilizzato per il riscaldamento a bordo. Ecco perché Daimler Buses utilizza ora il sistema di climatizzazione compatto con refrigerante R134a, anche con pompa di calore. Insieme al calore di scarto della cella a combustibile, può raggiungere un’efficienza maggiore alle basse temperature, rispetto al sistema di climatizzazione a CO2 di eCitaro. Il calore di scarto della cella a combustibile può essere utilizzato anche per temperare le batterie.
I componenti che emettono calore sono interconnessi. La temperatura nell’abitacolo e, separatamente, nella postazione di guida, è controllata automaticamente. Come per l’eCitaro, la regolazione del flusso d’aria e l’energia di riscaldamento utilizzata dipendono dal numero di passeggeri.

Assale motore a pianale ribassato collaudato
Come di consueto, la potenza viene trasferita all’assale centrale a pianale ribassato ZF AVE 130 tramite motori vicino al mozzo ruote. Generano una potenza massima di 141 kW per ruota e raggiungono una coppia di 494 Nm. Grazie ai riduttori, si traduce in una coppia massima di 11.000 Nm per ruota. Sugli autobus autosnodati sia l’asse centrale che quello posteriore sono motorizzati, con variante di trazione al solo asse posteriore per utilizzo sulle topografie “più dolci”.

In conclusione: i principali vantaggi di Range Extender eCitaro Mercedes-Benz
Senza emissioni locali, percorre lunghe distanze. Allo stesso tempo offre un numero sorprendentemente alto di posti passeggeri grazie alla ottimale distribuzione del peso. Vantaggioso anche per costi di esercizio: l’attenzione alla propulsione elettrica a batteria, il design ingegnoso del fuel cell e componenti durevoli mantengono costi comparativamente vantaggiosi.

Mercedes-Benz eCitaro G Range Extender
 
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