Valutazioni tecniche preliminari su accoppiamento batterie-fuel cell system

La progettazione di veicoli a zero emissioni rappresenta oggi una delle sfide più rilevanti della transizione energetica applicata alla mobilità, sia stradale sia non stradale. Nella definizione di un sistema di propulsione sostenibile, l’attenzione si concentra principalmente su due architetture consolidate: i Battery Electric Vehicles (BEV) e i Fuel Cell Electric Vehicles (FCEV). Entrambe le tecnologie hanno raggiunto un livello di maturità tale da consentirne la dimostrazione in ambienti operativi reali, garantendo in ogni caso emissioni nulle allo scarico. Tuttavia, l’analisi comparativa delle loro caratteristiche mette in evidenza specifici punti di forza ma anche criticità ancora non del tutto risolte. I BEV si distinguono per un costo di investimento generalmente inferiore e per l’elevata efficienza energetica del sistema batteria–motore elettrico. Tuttavia, la limitata autonomia, soprattutto in condizioni di carico gravoso o in scenari di lavoro continuativo, rappresenta un fattore penalizzante. I tempi di ricarica, seppur ridotti grazie ai recenti progressi nelle infrastrutture e nelle tecnologie di ricarica rapida, rimangono un vincolo nei casi in cui sia necessaria la piena operatività su turni prolungati, tipici delle macchine mobili non stradali (NRMM). Gli FCEV, d’altro canto, offrono il vantaggio di tempi di rifornimento estremamente rapidi e di una densità energetica potenzialmente superiore rispetto alle sole batterie, risultando quindi più idonei a garantire autonomie prolungate. Tuttavia, i costi ancora elevati delle fuel cell e, soprattutto, la mancanza di un’infrastruttura di rifornimento diffusa ne limitano la competitività e la possibilità di adozione su larga scala. In questo contesto, le architetture ibride basate sull’integrazione di batterie e sistemi a fuel cell, i cosiddetti Fuel Cell Hybrid Electric Vehicles (FCHEV), emergono come una soluzione promettente. La combinazione dei due sistemi consente infatti di sfruttare i vantaggi complementari delle batterie e delle fuel cell: le prime garantiscono potenza immediata e capacità di recupero energetico, mentre le seconde possono assicurare una fonte stabile di energia a medio-lungo termine, riducendo al contempo il dimensionamento richiesto al pacco batterie. Il presente rapporto ha l’obiettivo di fornire una valutazione preliminare delle architetture ibride batterie–fuel cell, analizzando le configurazioni più diffuse nei sistemi di trazione elettrici e mettendone in luce le potenzialità in relazione a scenari operativi specifici. L’attività si è articolata in diverse fasi: • lo studio delle topologie architetturali più rilevanti; • l’acquisizione e l’elaborazione di un profilo di carico tipico, rappresentativo delle condizioni operative di un Material Handler; • una prima analisi energetica di massima delle possibili combinazioni tra sottosistemi di accumulo elettrochimico e fuel cell.