Desafio nos Alpes, Mercedes-Benz eCitaro a célula de combustível desafia o frio extremo e passagens íngremes

No início de junho, a Mercedes-Benz apresentou pela primeira vez a nova célula de combustível eCitaro, o primeiro ônibus de serviço regular com célula de combustível a ampliar o alcance. Antes do início da produção em série, a célula de combustível eCitaro teve que passar por vários testes funcionais e de segurança. Isso também incluiu uma travessia alpina de inverno – um teste com muitos desafios.

O ar frio alpino envolve o ônibus articulado amarelo de piso baixo, fazendo-o parecer um objeto estranho no extenso estacionamento do Plan de Gralba, a uma altitude de 1.795 metros acima do nível do mar nos Alpes do sul do Tirol. Enquanto o motorista Andreas Hoffmann raspa ansiosamente o gelo das janelas, uma pequena nuvem branca de vapor sobe das estruturas do teto do ônibus – um sinal inequívoco de que a célula de combustível no teto do ônibus começou a funcionar e agora está gerando eletricidade de hidrogênio e oxigênio no ar – emitindo apenas vapor. Este ônibus articulado é um veículo de teste, um dos quatro protótipos da célula de combustível Mercedes-Benz eCitaro.

O primeiro ônibus elétrico com sistema de célula de combustível ampliando a autonomia acaba de passar por um dos vários testes e passou com louvor: após uma noite em temperaturas muito abaixo de zero, o sistema de acionamento elétrico e a célula de combustível começaram a funcionar sem problemas.

No início de 2023, uma equipe de engenheiros de teste da Mercedes-Benz foi para os Alpes com a célula de combustível eCitaro para testar seu comportamento de partida a frio em temperaturas de inverno e experimentar o sistema de gerenciamento térmico recém-desenvolvido. Ao mesmo tempo, as corridas em altitudes de mais de 1.700 metros acima do nível do mar foram destinadas a fornecer informações sobre a função do sistema de célula de combustível em altitudes extremas. O novo sistema de direção também teve que provar seu desempenho em corridas de montanha exigentes com subidas e descidas de até 15 %. Por último, mas não menos importante, o consumo de energia foi de grande interesse nessas condições desafiadoras.

Na estrada com a equipe de teste do e-bus

“Durante a jornada, os engenheiros de teste monitoraram constantemente inúmeros pontos de medição e dados”, explicou o gerente de teste Jonas Steinki. Além das temperaturas da bateria, célula de combustível, motores e habitáculo, também incluem o consumo de energia da propulsão, aquecimento e outros consumidores auxiliares, o nível de carga das baterias e o nível de enchimento dos tanques de hidrogênio. Os engenheiros de teste Rainer Bickel, Stephan Lutz e Hannes Mayer verificaram continuamente os parâmetros mais importantes do sistema de célula de combustível, direção, gerenciamento térmico e aquecimento em seus monitores, procurando por anomalias e comparando os dados com os valores alvo calculados.

O teste que durou vários dias começou com a travessia dos Alpes de Neu-Ulm via Füssen, a passagem de Fern e a passagem de Reschen para Bolzano. A combinação de bateria e hidrogênio foi projetada para cobrir a rota de 360 quilômetros. No entanto, era difícil estimar como o consumo de energia se desenvolveria nas passagens longas e íngremes em temperaturas abaixo de zero. Por excesso de cautela, a equipe decidiu recarregar parcialmente as baterias de alta tensão no posto de gasolina Allgäuer Tor.

Bom balanço energético graças ao gerenciamento térmico e alta recuperação

No caminho pela passagem de Fern, logo ficou claro que a célula de combustível eCitaro era capaz de lidar com a exigente rota ainda melhor do que o esperado. “Apesar do gradiente, a célula de combustível operou dentro da faixa de potência mais eficiente de 20 a 30 kW”, explicou Rainer Bickel, apontando para o valor correspondente no monitor. “Além disso, o novo gerenciamento térmico reutiliza o calor residual da célula de combustível para controlar a temperatura interna. O aquecimento elétrico é, portanto, pouco utilizado, de modo que o consumo total de energia de todas as unidades auxiliares, como aquecimento, direção e compressor, permanece em um nível muito baixo.”

A célula de combustível eCitaro também demonstra seus pontos fortes em declives. Durante a frenagem, a recuperação aumenta para até 285 kW. Isso significa: os motores, que são quatro ao todo, nos dois eixos motrizes agora atuam como alternadores e carregam as baterias com até 285 kW – quase o dobro de uma estação de carregamento rápido. “Isso é mais do que suficiente”, relatou Rainer Bickel. “Para não sobrecarregar muito as baterias, limitamos a saída de recuperação a 285 kW”.

O saldo positivo de energia durou até a meta de cruzar os Alpes em Bolzano: após 368 quilômetros e carga de oportunidade com cerca de 55 kWh, o indicador de carga da bateria ainda mostrava 56 % SoC (estado de carga). Os tanques de hidrogênio também estavam amplamente cheios em 42 %.

Destino Bolzano é um hotspot de hidrogênio

Bolzano acabou por ser o destino ideal para o teste de inverno. Com um posto público de abastecimento de hidrogénio junto ao entroncamento da autoestrada Bolzano Sul e outro posto de abastecimento H2 no depósito da empresa de transportes Sasa com sede em Bolzano, possui uma das melhores infraestruturas H2 da Europa. Somado a isso, o hidrogênio disponível aqui vem exclusivamente de fontes renováveis – principalmente a eletrólise com energia hidrelétrica. Além disso, as Dolomitas circundantes, com seus desfiladeiros íngremes e altas elevações, oferecem condições ideais para testes de altitude do sistema de célula de combustível e testes adicionais em topografia desafiadora e em baixas temperaturas.

“No entanto, o teste de inverno é apenas um dos vários testes que a célula de combustível eCitaro deve passar antes de entrar em produção em série a partir do verão”, enfatizou Shahrukh Javed, gerente de projeto da célula de combustível eCitaro. “Em particular, os tanques de hidrogênio e o sistema de célula de combustível foram concluídos com sucesso em extensos testes de segurança, alguns dos quais vão além dos exigidos por lei”. Estes incluem testes de impacto e vibração, bem como um teste de trenó com o sistema de fixação, que simula um acidente. Para testar sob condições de calor, a célula de combustível eCitaro foi para a câmara climática de caminhão de nossos colegas da Truck em Wörth, na Renânia-Palatinado.

Resultado de teste consistentemente positivo

Mesmo assim, Javed está convencido de que, apesar da câmara climática com seu dinamômetro de rolos, ainda é necessário testar em condições reais: “os muitos resultados e descobertas de medições diferentes que podemos obter com as altas altitudes, rotas íngremes e baixas temperaturas em esta viagem são inestimáveis”. O gerente de projeto vê com bons olhos a travessia dos Alpes e os vários testes nas passagens alpinas: “a célula de combustível eCitaro superou os desafios desta corrida alpina com louvor. Graças ao novo sistema de gerenciamento de energia, a célula de combustível operou principalmente em a faixa mais eficiente entre 20 e 30 kW, mesmo em inclinações longas e íngremes. O novo sistema de gerenciamento térmico demonstrou ser um elemento importante para a eficiência energética, usando o calor residual da célula de combustível de maneira ideal para controlar a temperatura no passageiro. Nesta exigente viagem de teste, a célula de combustível eCitaro superou as nossas expectativas em termos de alcance, bem como a eficiência da unidade e do sistema de célula de combustível.”