Scopri come i leader di settore stanno sviluppando e utilizzando le celle a combustibile a idrogeno.
SEGULA Technologies utilizza MATLAB e Simulink per superare le comuni sfide dello sviluppo creando modelli basati sull’intelligenza artificiale per ridurre i tempi e i costi di produzione delle celle a combustibile a idrogeno.
Sfruttando la progettazione Model-Based, gli ingegneri SEGULA hanno risparmiato dalle quattro alle sei settimane di lavoro ottimizzando il processo di sviluppo iniziale. I loro modelli personalizzati, adattabili a varie applicazioni, consentono di valutare il dimensionamento ottimale dei componenti, la generazione di energia e la funzionalità di controllo. I modelli aiutano a convalidare i progetti, ottimizzare l’efficienza energetica e simulare il modo in cui interagiscono i componenti delle celle a combustibile.
“Partire da un modello Simscape consente di risparmiare dalle quattro alle sei settimane rispetto al tempo di sviluppo iniziale.”
Una macchina SEGULA
Nelle autovetture, negli autocarri a lunga percorrenza, nelle locomotive fino alle macchine di movimento terra, i motori a combustione interna vengono sempre più spesso sostituiti da alternative più sostenibili, come le celle a combustibile a idrogeno. Le celle a combustibile garantiscono l’autonomia e la densità di potenza necessarie affinché un veicolo possa sostenere un turno di otto ore. Per progettare il software capace di controllare il motore a celle a combustibile (che in genere include centinaia di celle impilate con il refrigerante che scorre tra di loro, oltre a una pompa del refrigerante e a un compressore d’aria), Nuvera si serve di MATLAB® e Simulink®.
“Le celle a combustibile sono meglio delle batterie in tutte le circostanze in cui è richiesta una maggiore autonomia o quando la ricarica della batteria richiede troppo tempo. Per questo sono un’ottima soluzione per barche, aerei, camion, autobus e per i veicoli impiegati in situazioni di emergenza.”
Motore a celle a combustibile serie E di Nuvera.
Per raggiungere l’obiettivo prefissato, ovvero generare energia del futuro, Plug Power Inc. progetta e sviluppa sistemi di energia on-site basati sull’uso di celle a combustibile. L’azienda sfrutta gli strumenti MathWorks® per ottimizzare le prestazioni dei prodotti, ridurre i costi e migliorare i processi di fabbricazione e integrazione. Servendosi di MATLAB® e Simulink®, è possibile sviluppare e testare algoritmi, simulano componenti e sistemi e semplificano il processo di sviluppo, dall’idea all’implementazione.
“Non abbiamo il tempo di studiare i nostri algoritmi con il codice C o C++. Per fortuna, MATLAB ci permette di testare le nostre idee soltanto con poche righe di codice. Ciò ci consente di risparmiare tantissimo tempo e di avvicinarci al nostro obiettivo, ovvero creare un sistema di energia commercialmente praticabile.”
Sistema a celle a combustibile di Plug Power®.
Gli oltre 100 veicoli a celle a combustibile a idrogeno presenti nella flotta di test di Daimler AG (in precedenza DaimlerChrysler®) sono guidati da normali conducenti in condizioni di guida normali in tutto il mondo. Solo per finalità di sviluppo, ciascun veicolo è dotato di un potente sistema telematico che acquisisce i dati sulle prestazioni del veicolo e sulle modalità di utilizzo da parte dei conducenti, servendosi delle coordinate GPS del veicolo, dei livelli di combustibile nel serbatoio, della velocità del veicolo e della posizione del pedale dell’acceleratore sotto il piede del conducente.
“Prima Daimler utilizzava Excel per fare queste analisi. Questa operazione richiedeva centinaia di ore di configurazione a cura di ingegneri, un dipendente che ci lavorasse a tempo pieno, oltre a numerose fasi manuali da completare ogni volta. Oggi, invece, con uno script MATLAB automatizzato il team riesce ad accedere agli stessi risultati tramite un browser web.”
Veicolo di test a celle a combustibile a idrogeno di Daimler AG.
Challenge X, una competizione sponsorizzata da General Motors e dal dipartimento statunitense dell’energia, chiede a 17 team di studenti nordamericani di riprogettare una Chevrolet Equinox in modo da ridurre le emissioni e il consumo di carburante senza compromettere la sicurezza e le prestazioni del veicolo. Il team sui combustibili alternativi dell’università di Waterloo (UWAFT) si è aggiudicato la prima posizione globale nel primo anno della competizione triennale grazie al suo progetto di veicolo alimentato tramite celle a combustibile. Il team UWAFT ha anche vinto il MathWorks Crossover to Model-Based Design Award per gli ottimi risultati raggiunti nel campo della creazione, simulazione e analisi di modelli per la progettazione di veicoli e il controllo di sottosistemi.
“Siamo stati gli unici a usare le celle a combustibile nel motopropulsore. Il software di MathWorks per la progettazione Model-Based ha consentito al nostro team di tagliare i tempi di creazione del prototipo e simulazione dei nostri progetti dei sistemi del veicolo, permettendoci anche di stabilire la fattibilità della tecnologia a celle a combustibile.”
Dimostrazione delle prestazioni di un veicolo a basso consumo di carburante da parte del team dell’università di Waterloo a Challenge X.
L’autobus ibrido a celle a combustibile (FCHB) utilizzato da studenti e docenti dell’università del Delaware per spostarsi nel campus e che percorre un itinerario di sei miglia è una dimostrazione molto evidente dell’efficacia e dei vantaggi offerti dalla tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno. L’autobus non produce emissioni ed è molto più silenzioso delle soluzioni diesel; è possibile fare rifornimento e manutenzione da un’unica posizione, riducendo così i costi infrastrutturali; infine, la sua progettazione ibrida serie lo rende particolarmente adatto alla guida “start and stop” e alle velocità relativamente ridotte dei tipici percorsi urbani.
“Con MATLAB e Simulink, i ricercatori dell’università del Delaware hanno modellato l’autobus FCHB, analizzato i dati provenienti dai tanti sensori presenti a bordo, migliorato la strategia di gestione dell’energia e ottenuto informazioni chiave su come ottimizzare la progettazione degli autobus a celle a combustibile.”
Autobus a celle a combustibile ibridi serie dell’università del Delaware.
