Tecnología de pila de combustible de Hyundai: el Hyundai ix35 Fuel Cell

A primera vista, el Hyundai ix35 Fuel Cell se parece a cualquier otro coche que sale de la línea de montaje en Ulsan, Corea. Hay algunos cambios sutiles – los emblemas azulados, la parrilla y la ausencia de tubo de escape, por ejemplo – pero esencialmente es idéntico a las versiones de gasolina y diésel fabricadas en la misma línea.

Y así debe ser. La filosofía de diseño del primer vehículo de pila de combustible de producción en serie del mundo, el ix35 Fuel Cell, es que debe verse, conducirse y comportarse como un coche convencional, sin exigir compromisos a su conductor. También debe ofrecer prestaciones y autonomía similares a las de cualquier otro modelo convencional de gasolina o diésel.

Sin embargo, la gran diferencia es que no produce emisiones por el tubo de escape. Fruto de un intenso desarrollo desde 1998, el primer ix35 Fuel Cell de producción salió de la línea a finales de febrero de 2013. El ix35 blanco fue el primero de 17 ejemplares destinados a clientes de flotas en Copenhague (Dinamarca) y Escania (Suecia), donde las autoridades locales han puesto en marcha un ambicioso proyecto de hidrógeno.

Pruebas en condiciones reales

El coche y su sistema de propulsión se diseñaron en el centro de I+D de pilas de combustible de Hyundai en Mabuk, Corea. El concepto ya ha acumulado más de 2 millones de millas de pruebas en condiciones reales en Europa, Corea y Estados Unidos.

Entre ahora y 2015, Hyundai se ha comprometido a producir un total de 1.000 vehículos ix35 Fuel Cell que estarán disponibles en todo el mundo, muchos de ellos en Europa, donde participarán en ensayos similares mientras se establece una hoja de ruta sostenible del hidrógeno. Está previsto que cinco vehículos se prueben próximamente en las calles de Londres, y se esperan más entregas antes de finales de año.

El ix35 fue elegido como base para el primer vehículo de pila de combustible de Hyundai en parte por el atractivo del coche convencional. Parte SUV, parte familiar, el ix35 combina practicidad y estilo a partes iguales.

Al crear la versión de pila de combustible, los ingenieros de Hyundai se han asegurado de que la instalación del stack de pila de combustible, los depósitos de hidrógeno, las baterías y otros sistemas clave de control del tren motriz no afecten a la usabilidad del coche.

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La pila de combustible se encuentra bajo el capó, junto con otros componentes como la caja de conexiones de alta tensión y el compacto motor eléctrico que impulsa las ruedas delanteras. La batería de alta tensión y el sistema inversor están alojados en una carcasa impermeable, bajo el vehículo y montados en posición central para una distribución óptima del peso.

Los componentes principales de la pila de combustible son el ánodo con carga negativa y el cátodo con carga positiva, con una membrana de intercambio de protones (PEM) intercalada entre ambos.

El hidrógeno se introduce en el stack de la pila de combustible, donde pasa sobre el ánodo. En este punto, los electrones de las moléculas de hidrógeno se desplazan a lo largo del ánodo, mientras que los protones de las moléculas de hidrógeno atraviesan la membrana de intercambio de protones. Los electrones continúan fluyendo a lo largo del ánodo, a través de un circuito eléctrico y luego a lo largo del cátodo. Es este flujo de electrones el que produce la carga eléctrica tanto para la batería del vehículo como para el motor. Los electrones se reencuentran con los protones que atravesaron la PEM y reaccionan con el aire de la atmósfera, produciendo vapor de agua.

El stack de la pila de combustible está controlado por un sistema de soporte conocido como BOP (Balance de Planta), que gestiona cuidadosamente el flujo de calor y materiales. El BOP del ix35 comprende tres elementos principales: un Sistema de Gestión Térmica (TMS), un Sistema de Procesamiento de Aire (APS) y un Sistema de Procesamiento de Combustible (FPS).

Gestión del calor

Durante el funcionamiento del stack de la pila de combustible se genera calor, que puede afectar a su eficiencia. En el ix35 Fuel Cell, el TMS mantiene la temperatura del stack en un nivel óptimo y cuenta con varios elementos, como una bomba de agua del stack con una válvula de tres vías que dirige el agua de refrigeración a diferentes ubicaciones según las necesidades.

Un vehículo de pila de combustible también requiere un suministro fiable de aire (oxígeno) para la reacción electroquímica dentro de la pila. El APS del ix35 Fuel Cell consta de un soplador de respuesta rápida y casi silencioso y una válvula de cierre que detiene el flujo de aire cuando el vehículo no está en uso, mientras que un filtro de aire de alta calidad bloquea partículas y sustancias químicas como el SO2 (dióxido de azufre) para que no entren en la pila.

El FPS convierte el hidrógeno a alta presión del depósito de hidrógeno en hidrógeno a menor presión para su uso en el stack de la pila de combustible y también recircula el hidrógeno residual del stack para reutilizarlo.

Centro de gravedad bajo

Las baterías de iones de litio están montadas en la parte baja y central del coche para una distribución óptima del peso y un centro de gravedad bajo. El ix35 Fuel Cell también tiene una batería convencional de 12 V en el maletero, que se utiliza para el arranque y para alimentar dispositivos auxiliares como el sistema de navegación.

Hay dos depósitos de hidrógeno interconectados fabricados con fibra de carbono y aluminio para ahorrar peso sin comprometer la resistencia. Uno está situado bajo el piso del maletero y el segundo, más pequeño, está delante del eje trasero. Juntos contienen 5,6 kg de hidrógeno a 700 bares: suficiente para una autonomía de 594 kilómetros (369 millas).

Las cifras de consumo de combustible pueden ser difíciles de traducir a valores tradicionales de km/l o mpg; sin embargo, para hacerlo es necesario comparar el contenido energético del hidrógeno y la gasolina. Con una autonomía de 594 km y una capacidad de depósito de 5,6 kg de hidrógeno, equivale a que 1 kg de hidrógeno proporciona 106 km de autonomía. El hidrógeno tiene aproximadamente el mismo contenido energético que 3,7 litros de gasolina, por lo que daría una cifra "tradicional" de 28,6 km/l.

Las prestaciones son similares a las de un ix35 convencional: la potencia de la pila de combustible de 100 kW (136 CV) proporciona una velocidad máxima de 100 mph, mientras que la aceleración de 0 a 62 mph se completa en 12,5 segundos, con 300 Nm de par disponibles desde parado. Y no hay emisiones por el tubo de escape.

El vehículo de pila de combustible pesa 100 kg más que el ix35 convencional y el depósito de hidrógeno bajo el piso del maletero es más grande que un depósito de gasolina o diésel. Esto significa una capacidad de maletero de unos 436 litros. Todos los vehículos ix35 Fuel Cell producidos serán solo de volante a la izquierda en esta fase.

Modos de conducción

El ix35 Fuel Cell tiene varios modos de funcionamiento:

• En modo pila de combustible, el stack genera electricidad suministrada desde el depósito de hidrógeno del vehículo, que luego acciona directamente el motor eléctrico.
• En modo de asistencia de potencia, la electricidad del stack se complementa con la potencia de la batería de alta tensión (25 kW) para un impulso adicional.
• En modo de carga de potencia, una parte de la electricidad producida por la pila de combustible se suministra a la batería para mantenerla cargada para su uso posterior.

Durante la desaceleración y el frenado, el modo de frenada regenerativa permite que la energía cinética se convierta de nuevo en electricidad mediante el motor y el inversor, y se almacene en la batería.

Desde el asiento del conductor, los únicos cambios significativos están en la instrumentación, con diferentes indicadores que muestran los niveles de carga o la potencia recuperada durante la frenada regenerativa según el modo de funcionamiento del vehículo, y la transmisión de una sola velocidad.

Eok Jo Kim, vicepresidente de Hyundai Motor, declaró: “Con el vehículo ix35 Fuel Cell, Hyundai lidera el camino hacia el futuro de cero emisiones. “El ix35 Fuel Cell es el vehículo más ecológico de la industria del automóvil y demuestra que la tecnología de pila de combustible de hidrógeno en la conducción diaria ya no es un sueño.”