BMW ha comenzado a fabricar el iX5 Hydrogen… y nos enseña todo el proceso.
El BMW iX5 Hydrogen es un proyecto de BMW para experimentar con las posibilidades y los desafíos que entraña la construcción de coches propulsados por hidrógeno y la energía eléctrica generada en lo que se denomina una pila de combustible.
Como su nombre sugiere, el BMW iX5 Hydrogen está basado en el bastidor de un BMW X5, de manera que podríamos describirlo como el X5 «de hidrogeno», mientras que el prefijo i del nombre iX5 hace referencia al hecho de que, como la práctica totalidad de los coches de hidrogeno, estamos ante un coche esencialmente eléctrico, y dominado por la salvedad de que el grueso de la energía eléctrica no procede de una batería, sino de la mencionada pila de combustible.
La última información que tuvimos del iX5 Hydrogen, hacia marzo de este año, fue que estaba completando sus pruebas de rendimiento en condiciones de frío extremo en las pistas heladas de Ajeplog, en Suecia.
Pues bien: ahora BMW nos anuncia que la fase de desarrollo ha terminado, y que acaba de comenzar «la fabricación de una pequeña serie de vehículos en la planta piloto del Centro de Investigación e Innovación (FIZ, por sus siglas en alemán) que el fabricante tiene en Munich. Además, BMW nos ha explicado el proceso con bastante precisión, y lo ha documentado excelentemente… de manera que prácticamente estamos en condiciones de explicar cómo se fabrica un BMW iX5 Hydrogen.
BMW iX5 Hydrogen: conceptos básicos
Antes de profundizar en el proceso de construcción, conviene analizar de qué clase de coche estamos hablando. El BMW iX5 Hydrogen es un X5 de hidrógeno. Y, como todos los X5, está construido sobre el extremadamente versátil kit modular CLAR, que también da lugar a prácticamente todo el resto de modelos de motor longitudinal de BMW, como el Serie, el Serie 7 o, pensando en algo más parecido al iX5 Hydrogen, el BMW iX.
Lo primero que hay que tener en cuenta es que la tecnología de celdas de pila de combustible (el elemento esencial para construir la pila) que está empleando BMW procede de Toyota. Y aún más… podemos aventurarnos a asegurar que las celdas de la pila de combustible que emplea el BMW iX5 Hydrogen son idénticas a las que utiliza la pila de combustible del Toyota Mirai de segunda generación.
Igual que ocurre con las baterías, el disponer de las celdas es solo el primer paso de la construcción de un coche de hidrógeno. La celda es el elemento en el que se inyecta hidrógeno y aire a presión paga generar electricidad a una pequeña tensión.
Para conseguir una buena cantidad de potencia eléctrica, hay que coger muchas celdas, y unirlas para incrementar tanto la tensión como la intensidad disponible, en lo que se denomina un apilamiento o stack. En el caso del BMW iX5, la marca alemana se ocupa de la fabricación de todo el stack… y eso supone desarrollar los sistemas que introducen el aire y el combustible, los que extraen el agua generado, los que controlan toda la pila, etc…
El segundo problema que hay que resolver es el montaje de los tanques de hidrógeno. El hidrógeno es un elemento caprichoso en muchos sentidos… y, sobre todo, en el de que muy liviano (exactamente 11 veces más que el aire). Eso significa que ocupa mucho volumen: a 700 bares de presión, 1 kilo de hidrógeno ocupa nada menos que 24 litros. Y los depósitos cilíndricos de fibra de carbono necesarios para almacenarlo a a esa presión (hablamos de casi 300 veces la que empleas para hinchar las ruedas) ocupan bastante más que ese volumen. El resultado es que acomodar los seis kilos de hidrógeno que requiere el iX5 Hydrogen para poder recorrer unos 450 kilómetros requiere buscar espacio… en grandes cantidades y cuidadosamente.
Finalmente, necesitas un sistema de propulsión eléctrico (eso no es problema para BMW, que va por la quinta generación de motores de rotor excitado e inversores) y una batería (algo que tampoco supone un desafío). A pesar de que la principal fuente de energía es la pila de combustible, la incorporación de la batería es imprescindible para cubrir dos carencias: la necesidad de recuperar energía eléctrica durante las frenadas regenerativas… y la de proporcionar potencia extra de manera puntual para poder apostar por una pila de combustible más pequeña, ligera y, por supuesto, asequible.
BMW iX5 Hydrogen: la construcción
El proceso de fabricación de un BMW iX5 Hydrogen comienza con el montaje del bastidor de un BMW X5 en un lugar bastante lejano: la factoría que BMW tiene en Spartanburg, en Estados Unidos. Los bastidores, inicialmente concebidos para alojar las mecánicas de gasolina e híbridas enchufables de X5, se envían por barco al FIZ, y a falta de la incorporación de algunos detalles, como los paneles que constituyen lo que podríamos denominar como «el suelo» del vehículo (al menos, desde el punto de vista de los ocupantes.
A su llegada al FIZ, el primer paso es la incorporación de esta pieza faltante, del suelo. Este componente tiene un triple propósito: brindar rigidez al bastidor, separar el habitáculo de la parte mecánica y alojar los dos enormes depósitos de hidrógeno. Uno de ellos, el mayor, ocupa todo el túnel central del habitáculo. Es segundo, más pequeño, se sitúa bajo los asientos.
El segundo paso consiste en el montaje de los propios depósitos. Es un proceso que, una vez que has encontrado el espacio para alojarlos, se puede calificar de bastante sencillo. Por supuesto, con los depósitos vienen todas las conducciones que permiten tanto repostar como alimentar la pila, y algunos sensores esenciales, como los de hidrógenos, instalados para prevenir (y, atajar, llegado el caso, mediante un vaciado de emergencia) cualquier fuga de combustible.
Después se procede al montaje de la pila de combustible en el vano delantero, donde normalmente iría el motor térmico. Todas las pilas o stacks tienden a tener el mismo aspecto cúbico e inespecífico. El reto consiste en disponer todos los elementos auxiliares que requiere la pila construyendo el «cubo» más compacto y versátil posible.
Tras la pila, viene el sistema de refrigeración. Las pilas de combustible empleadas en coche, denominadas de tipo PEM (por Proton Exhange Membrane o Membrana de Intercambio de Protones) no toleran bien las altas temperaturas, y prefieren trabajar en el entorno de los 70 grados. Como la reacción electroquímica que produce la electricidad no es terriblemente eficiente (una pila de combustible ronda el 60%), existe la necesidad de sacar bastante calor empleando un fluido refrigerante que no puede estar muy caliente. El resultado son radiadores sensiblemente más grandes de los que habitualmente vemos en los coches eléctricos «convencionales», propulsados por baterías.
BMW no ha compartido muchos datos concretos de la pila. Sabemos que tiene alrededor de 125 kW de potencia, equivalentes a 170 CV. Esta cifra cuadra mucho con la potencia máxima de la pila del Toyota Mirai (que es de 128 kW), y refuerza la hipótesis de que las celdas son idénticas… y de que el stack tiene la misma configuración. Es un juego con reglas sencillas: el número de celdas determina la tensión, y su superficie determina la intensidad. Si ambos coches funcionan a 400 voltios de tensión, y ambos stacks entregan la misma potencia, entonces… sería estúpido no usar las mismas celdas.
En tercer lugar se monta el grupo propulsor… que parece bastante parecido al que emplea el BMW iX3. Por grupo entendemos el motor (sincrono, de rotor excitado, y sin imanes pemanentes basados en tierras raras), el inversor (el aparato que convierte la corriente continua de la pila en corriente alterna trifásica para alimentar el motor) y la transimisión (un grupo reducitor de una sola velocidad que adecua las hasta 13.000 rpm de giro del motor eléctrico al régimen que requieren las ruedas).
Finalmente, se monta la batería, que va instalada sobre el motor trasero y que puede que robe un poco de espacio al maletero del iX5… aunque esto es un conjetura, porque BMW no nos ha proporcionado datos. Sí sabemos que tiene una capacidad lo bastante modesta como para que no merezca la pena recargarla… aun este detalle no tenemos mucha información. :
. sus motores síncronos de rotos excitados y sus inversores) buscar mucho espacio y cidadosamente.
, en el sentido de que es extremadamente liviano. Eso significa
Las celdas
su Centro de Investigación e Innovación de Múnich (FIZ).aArjeplog.