TecnologíaS de un FCEV
En un FCEV el hidrógeno almacenado en los estanques presurizados proporciona energía para el movimiento a cargo del motor eléctrico. Es importante señalar que el hidrógeno no se combustiona en un FCEV sino que experimenta un proceso electroquímico de conversión energética, donde el H2 se oxida en la celda de combustible o fuel cell liberando electricidad, calor y vapor de agua. A nivel de usuario, quien maneja un FCEV percibe lo mismo que el conducir un BEV, sin embargo, al momento de reabastecer el vehículo deberá hacerlo con gas de H2 y no con electricidad de la red.
Funcionamiento de la celda de combustible o fuel cell
La celda de combustible de hidrógeno es el dispositivo característico de la tecnología FCEV y que forma parte del sistema propulsor de este tipo de vehículo junto al motor eléctrico, el banco de baterías auxiliar y el/los estanques de almacenamiento presurizado de H2. Para aplicaciones en transporte, el tipo de celda de combustible empleada es la denominada celda PEM (membrana de intercambio protónica) y es un sistema electroquímico de transformación energética al cual ingresa oxígeno, extraído desde el aire del ambiente, e hidrógeno desde el tanque de almacenamiento del vehículo. Ambos gases reactantes se encuentran separados por una membrana sólida que permite el intercambio de protones, sin embargo, los iones del hidrógeno no pueden atravesar esta membrana y circulan por una capa catalizadora, normalmente construida con platino, generando así una corriente eléctrica que alimenta al motor eléctrico de un FCEV.
La circulación de electrones, libera además calor. En paralelo, los protones de H2 que atravesaron la membrana intercambiadora se acoplan a las partículas del oxígeno presente al otro lado de ésta, generando agua como producto. No existe emisión de gases tóxicos ni gases de efecto invernadero como consecuencia de este proceso. La celdas de combustible de hidrógeno pueden operar continuamente, sin decaer en su eficiencia de conversión energética mientras sean provistas de hidrógeno.
Configuración de los principales módulos o sistemas de un FCEV
Cuando las celdas de combustible de hidrógeno se utilizan en el transporte, éstas se conectan juntando varias unidades formando módulos de celdas de combustible, de manera de poder entregar el flujo energético requerido por el motor eléctrico (análogo a los bancos de baterías en un BEV). En el caso de aumentos bruscos de potencia, el motor eléctrico complementa el flujo de energía recibido de la celda de combustible de hidrógeno con electricidad proveniente del banco de batería auxiliar. Este último componente también recibe y almacena la electricidad proveniente del freno regenerativo. Los módulos de celdas de combustibles requieren de un subsistema para la admisión de aire y humidificación. Su principal función es suministrar el aire proveniente desde el ambiente para extraer el oxígeno que requiere la celda de combustible. También suministra el agua necesaria para entregar cierto grado de humedad a los gases que reaccionan, reutilizando parte del flujo de agua que ocurre como producto de la transformación de la celda de combustible.
El sistema de enfriamiento es otro sistema relevante en los FCEV ya que, como se ha dicho previamente, la transformación electroquímica dentro de la celda de combustible de hidrógeno libera calor. Por tanto, la función de este módulo es mantener en óptimas condiciones la temperatura de los procesos y otros componentes del vehículo tales como baterías, almacenamiento, líneas de H2, motor, entre otros. Es relevante mencionar que, el calor residual que resulte por efecto de este sistema, puede ser utilizado por sistema el HVAC (heating, ventilation and air conditioning) para suministrar calor a la cabina de pasajeros.
En un FCEV también se encuentran sofisticados sistemas de control que tienen la importante función de monitorear, registrar y supervisar el estado de los procesos electroquímicos y de todos los componentes del vehículo. Este sistema se encarga de controlar todos los dispositivos de seguridad que se utilizan para prevenir y suprimir posibles accidentes, además de vigilar niveles adecuados de temperatura, presión y proporción de combustible que ingresa al módulo de celdas. Todos estos datos registrados son informados al conductor a través del panel de control, advirtiéndolo oportunamente ante posibles fallas.
La configuración de todos los sistemas anteriormente descritos en el chasis de un FCEV exigen mayor espacio para la disposición de los estanques de almacenamiento de hidrógeno. El resto de los componentes son relativamente de menor dimensión, haciéndolos flexibles en su disposición dependiendo del tipo de chasis: camión, bus o un vehículo liviano. Para el caso de camiones y buses existe la ventaja de disponer de espacio para almacenar múltiples estanques, incluso de diferentes dimensiones. En la animación más adelante se muestra los principales componentes al interior de un bus y un camión con celdas de combustible de hidrógeno. Para ver más en detalle del funcionamiento puedes acceder a la infografía completa con el botón descargar.
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