X-TRAIL FCV – Per promuovere un ambiente più pulito,
Nissan ha montato sul suo modello FCV del futuro
il primo pacco di celle a combustibile di propria concezione.
Il Nissan X-TRAIL FCV alimentato a idrogeno ad alta pressione sprigiona livelli straordinari di energia pulita, senza
emissioni nocive. In seguito all’approvazione del ministero giapponese per territorio, infrastrutture e trasporti nel
novembre 2002, Nissan ha apportato ulteriori miglioramenti al prototipo e ha prodotto il modello 2003, presentato nel
dicembre dello stesso anno. Cosmo Oil Co. Ltd ha noleggiato il primo esemplare nel marzo 2004, seguita a un mese
di distanza dalla prefettura di Kanagawa e dalla città di Yokohama. La versione X-TRAIL FCV successiva, che monta il
pacco di celle a combustibile firmato Nissan, è stata introdotta nel dicembre 2005. Si tratta di uno sviluppo in linea
con il “Nissan Green program”, un piano di azione ambientale incentrato su sviluppo tecnologico, strategia di
riciclaggio e molte altre iniziative.
Tecnologia creativa per realizzare
la filosofia ambientale Nissan:
“simbiosi di persone, veicoli e natura”.
Le tecnologie alla base del FCV Nissan
Il veicolo di celle a combustibile (FCV) Nissan adotta
elementi di svariate tecnologie, come le tecnologie EV
(Electric Vehicle), HEV (Hybrid Electric Vehicle) e CNGV
(Compressed Natural Gas Vehicle.
Batteria agli ioni di litio
ad alta tensione
Hypermini
X-TRAIL FCV ultimo modello
TINO Ibrida
Tecnologia di controllo
AD VAN CNGV
Serbatoio carburante gassoso
Caratteristiche principali del Nissan X-TRAIL FCV
Adozione del pacco di celle a combustibile di produzione Nissan
Con un rapporto volume/potenza e peso/potenza di circa il doppio rispetto alla versione del 2003, il pacco di celle a combustibile
firmato Nissan sviluppa 90 kW, potenza sufficiente per una velocità massima di 150 km/h.
Serbatoio a cilindro ad alta pressione da 70 MPa
Raddoppiando la pressione di stivaggio dell’idrogeno (dai 35 MPa del modello 2003), l’autonomia di X-TRAIL FCV è stata aumentata di circa 1,4 volte e portata a 500 km.
Batteria agli ioni di litio compatta
Al posto di una cella cilindrica convenzionale, è stata adottata una batteria agli ioni di litio sottile di tipo laminato, altamente
efficiente e ultracompatta, che ha permesso di migliorare significativamente lo sfruttamento degli spazi interni.
Prestazioni ottimizzate
Le prestazioni e la praticità del Nissan FCV sono state migliorate: la velocità massima è passata da 145 km/h a 150 km/h,
l’autonomia è salita da 350 km a 370 km (versione da 35 MPa) e lo spazio bagagli ha guadagnato 400 mm in più rispetto a prima.
Panoramica del modello X-TRAIL FCV
(1) Configurazione
Pacco di celle
a combustibile
Inverter
Batteria agli ioni di litio
compatta
Serbatoio idrogeno
Motore elettrico
(2) Dati tecnici
Ultimo modello
Veicolo
Lunghezza/larghezza/altezza
Peso veicolo
[mm]
4485/1770/1745
[kg]
1790 (1860)
5
Posti
Velocità max
Autonomia
Motore elettrico
Pacco celle combustibile
[km/h]
[km]
Tipo
150
Oltre 370 (oltre 500)
Coassiale integrato con riduttore
Potenza max
[kW]
Coppia max
[N • m]
Cella combustibile
Potenza max
90
280
Elettrolita polimerico
[kW]
Fornitore
90
Sviluppato da Nissan
Batteria
Tipo
Sistema di alimentazione
Tipo combustibile
Batteria agli ioni di litio compatta (di tipo laminato)
Pressione max
Gas idrogeno compresso
[MPa]
35 (70)
I dati tra parentesi si riferiscono al modello FCV dotato di serbatoio di idrogeno ad alta pressione da 70 MPa.
NISSAN
Motor Co.,Ltd.
17-1, Ginza 6-chome, Chuo-ku, Tokyo 104-8023 Japan
www.nissan-global.com/EN/ENVIRONMENT/
Veicoli puliti con tecnologie fuel cell avanzate.
Evoluzione della tecnologia FCV di Nissan
1996
1999
Inizio dello sviluppo della tecnologia FCV
Maggio
Primo collaudo
Nissan dà inizio al programma di collaudo del modello “R’NESSA FCV”, il suo primo FCV
dotato di un riformatore di metanolo per l’estrazione dell’idrogeno da metanolo liquido.
R'NESSA FCV (riformatore di metanolo)
2000
Marzo
Adesione alla CaFCP
Nissan entra a far parte della California Fuel Cell Partnership (CaFCP), iniziativa di
collaborazione tra case automobilistiche, fornitori energetici, enti governativi e società di
sviluppo di tecnologie fuel cell, allo scopo di promuovere la commercializzazione dei veicoli FCV.
2001
Aprile
Primo collaudo su strada pubblica in California
Nel 2001, Nissan stringe con Renault un’alleanza quinquennale da 85 miliardi di yen per
lo sviluppo di tecnologie fuel cell. Nel mese di aprile, Nissan dà inizio ai test su strada
del modello XTERRA FCV a Sacramento, in California. L’XTERRA FCV è il primo veicolo
FCV di Nissan alimentato a gas idrogeno compresso.
2002
Luglio
XTERRA FCV (idrogeno diretto)
Adesione al progetto JHFC
Nissan entra a far parte del progetto dimostrativo JHFC (Japan Hydrogen & Fuel Cell
Demonstration Project), sotto la guida del ministero giapponese per l’economia, il
commercio e l’industria.
Dicembre Primo collaudo su strada pubblica in Giappone
Il modello Nissan X-TRAIL FCV del 2002 ottiene dal ministero giapponese per
territorio, infrastrutture e trasporti l’autorizzazione a condurre il programma di
collaudo sulle strade pubbliche del Giappone.
2004
Marzo
X-TRAIL FCV modello 2002
(idrogeno diretto)
Noleggio del modello X-TRAIL 2003 in Giappone
Nissan noleggia l’X-TRAIL FCV a Cosmo Oil Co., Ltd. Ad aprile, Nissan noleggia altri
esemplari alla prefettura di Kanagawa e alla città di Yokohama per la raccolta di dati
giornaliera in normali condizioni di esercizio.
2005
X-TRAIL FCV modello 2003
(idrogeno diretto)
Dicembre Annuncio del noleggio di X-TRAIL FCV
Il nuovo X-TRAIL è alimentato da un pacco di celle a combustibile sviluppato da Nissan,
caratterizzato da dimensioni ridotte, maggiore efficienza e più potenza rispetto alla
versione precedente. Nell’aprile 2006, la prefettura di Kanagawa e la città di Yokohama
prendono a noleggio il nuovo modello.
2006
Aprile
Introduzione del programma di guida reale FCV
X-TRAIL FCV ultimo modello
(idrogeno diretto)
Nissan avvia il programma di guida reale FCV presso la propria sede di Ginza, Tokyo, per
raccogliere ulteriori dati e riscontri basati sull’esperienza di guida reale degli automobilisti.
2007
Febbraio
Avvio del primo servizio al mondo di noleggio auto a celle di combustibile
La società Kanagawa Toshi Kotsu Ltd. prende in consegna il nuovo X-TRAIL FCV per
avviare il primissimo servizio al mondo di noleggio auto FCV con conducente. Nissan
e Kanagawa Toshi Kotsu Ltd. lavoreranno insieme per dimostrare le prestazioni e i
vantaggi della tecnologia pulita FCV nell’impiego commerciale.
Collaudo su strada in USA e Giappone
Giappone
USA
California Fuel Cell Partnership
www.fuelcellpartnership.org
Japan Hydrogen &
Fuel Cell Demonstration Project
www.jhfc.jp
Alla luce degli straordinari risultati in termini di efficienza ed emissioni zero ottenuti nell’ambito dei progetti CaFCP e JHFC,
la tecnologia di celle a combustibile è considerata una promettente fonte di alimentazione per i veicoli del futuro. Per promuo verne
la diffusione occorre risolvere alcuni problemi che richiederanno tempo, come la riduzione dei costi e la creazione delle neces sarie
infrastrutture di rifornimento. Nissan sta conducendo un programma di collaudo su strade pubbliche negli Stati Uniti e in Giappone
proprio per trovare risposta a queste sfide in previsione della diffusione di massa dei veicoli FCV in futuro.
NUOVO X-TRAIL
FCV
Con l’ultimo X-TRAIL FCV (fuel cell vehicle), Nissan ha sviluppato un veicolo di celle a
combustibile che offre la stessa autonomia e accelerazione di un normale veicolo a
benzina. Nonostante le difficili sfide tecnologiche poste dall’uso dell’idrogeno, Nissan
continua a migliorare la praticità dei veicoli FCV.
Principali caratteristiche del modello X-TRAIL FCV
Maggiore autonomia
La capacità del serbatoio di idrogeno dell’ultimo FCV è stata aumentata del 30% rispetto al modello 2003 grazie
all’installazione di una bombola da 70 MPa. Complici anche i miglioramenti apportati al sistema di propulsione, il
nuovo FCV vanta un’autonomia di oltre 500 km, superiore di 1,4 volte rispetto al modello precedente.
Migliore accelerazione
Il nuovo modello monta un pacco di celle a combustibile di concezione Nissan più efficiente della versione
precedente. La potenza massima è di 90 kW rispetto ai 63 kW del modello 2003.
Più spazio di carico
Il vano di carico è stato allungato di oltre 400 mm grazie alle dimensioni ridotte del serbatoio di idrogeno e del
pacco di celle a combustibile e alla nuova collocazione della batteria agli ioni di litio compatta.
700
Veicoli a benzina
600
Autonomia (km)
X-TRAIL FCV
modello attuale
(70 MPa)
500
400
X-TRAIL FCV modello 2003
300
200
Accelerazione
Panoramica del sistema
2 Inverter
5 Batteria agli ioni di litio
compatta
Batteria utilizzata come alimentazione
ausiliaria in accelerazione
Dati tecnici
Modello attuale
Veicolo
Lunghezza/larghezza/altezza (mm)
Peso veicolo
1
2
3
4
5
Velocità max
Autonomia
Motore
elettrico
3 Pacco celle combustibile
sviluppato da Nissan
1 Motore elettrico
4 Serbatoio idrogeno
ad alta pressione da 70 MPa
1
3
3
4
5
1960
5
5
150
145
Oltre 350 km (oltre 500 km)
Oltre 350 km
Coassiale integrato con riduttore
Coassiale integrato con riduttore
90
85
Coppia max
(N m)
280
280
Elettrolita polimerico
Elettrolita polimerico
90
63
Fornitore
Sviluppata da Nissan
UTC Fuel Cells (USA)
Pacco celle combustibile
Tipo
Batteria agli ioni di litio compatta Batteria agli ioni di litio compatta
Sistema di
alimentazione
Tipo combustibile
Batteria
2
1790(1860)
(kW)
Energia generata in fase di decelerazione
e immagazzinata nella batteria
1
5
(km)
4485/1770/1800
Potenza max
Configurazione
4
(km/h)
Tipo
Celle combustibile
Potenza max
2
(kg)
Posti
Modello 2003
4485/1770/1745
Pressione max
(kW)
(MPa)
Gas idrogeno compresso
Gas idrogeno compresso
35(70)
35
I dati tra parentesi si riferiscono al modello FCV dotato di serbatoio di idrogeno ad alta pressione da
70 MPa.
BATTERIA AGLI IONI DI LITIO
LAMINATA
Nissan ha sviluppato una nuova batteria agli ioni di litio di tipo laminato destinata ai veicoli elettrici
(EV). Grande come una batteria di tipo tradizionale, offre il doppio della capacità (140 Wh/kg) e una
potenza superiore di 1,5 volte, anche dopo 100.000 km percorsi in cinque anni. Il risultato? Percorrenza
raddoppiata senza alcun incremento di peso e ingombro della batteria.
Percorrenza EV
Batteria tradizionale
Batteria tradizionale
Batteria a elevate prestazioni
Batteria a elevate prestazioni
Distanza percorsa dopo ricarica
Collocazione batteria
nei veicoli HEV plug-in
Accelerazione HEV
Batteria tradizionale
Batteria a elevate prestazioni
Accelerazione da 0 a 100 km/h
Caratteristiche
I livelli superiori di potenza e capacità sono frutto del nuovo materiale utilizzato per l’elettrodo negativo.
La densità energetica aumenta e la resistenza dell’elettrodo diminuisce grazie alla struttura nanometrica.
Batteria tradizionale
Batteria di nuova concezione
L’elettrodo negativo realizzato
in grafite anziché carbonio
migliora la densità energetica
e l’equilibrio tra potenza e
capacità.
Tre esclusive tecnologie offrono l’elevata affidabilità che si richiede a un veicolo.
1. Adozione della struttura laminata
Grazie alle migliori capacità di raffreddamento della struttura laminata, l’aumento della temperatura è limitato anche a fronte di una densità energetica doppia.
La nuova struttura impedisce inoltre il verificarsi di scariche elettriche anomale causate dalla generazione di calore
Batteria di tipo laminato
Batteria di tipo cilindrico
2. Elettrodo positivo in manganato
L’uso del manganato per l’elettrodo positivo stabilizza la struttura dei cristalli e limita la decomposizione, controllando così l’erogazione di energia e la
generazione di calore.
3. Gestione celle
La stabilità è assicurata grazie alla gestione individuale delle condizioni di carica di ciascuna cella del pacco.
Inoltre, la possibilità di scollegare singolarmente i circuiti in caso di guasto garantisce sicurezza.
PACCO DI CELLE A COMBUSTIBILE
FIRMATO NISSAN
Con l’obiettivo di migliorare la praticità dei pacchi di celle a combustibile
destinati all’impiego automobilistico, Nissan ha sviluppato internamente una
propria versione, adottata sul modello X-TRAIL FCV.
Caratteristiche del pacco di celle a combustibile Nissan
Design compatto ed elevata erogazione di potenza.
Il pacco di celle a combustibile sviluppato da Nissan presenta un separatore sottile di nuova concezione*1, un pitch
celle*2 ridotto del 40% rispetto a prima, parti integrate nei sistemi di aspirazione e scarico aria e un circuito di monitoraggio
tensione celle incorporato, tutti elementi che contribuiscono alla compattezza delle dimensioni. Grazie a questi e altri
miglioramenti, il pacco offre un’erogazione di potenza straordinariamente elevata per il proprio volume e peso.
Lunga durata
I miglioramenti apportati ai materiali degli elettrodi hanno permesso di allungare di oltre il doppio la durata di vita
rispetto al pacco celle precedentemente utilizzato da Nissan.
Migliore guidabilità
La membrana in elettrolita polimerico*3 e lo strato di diffusione gas*4 sono stati migliorati per offrire maggiore rapidità di
avviamento e spegnimento, pur mantenendo le caratteristiche di potenza necessarie per l’utilizzo del veicolo.
1,7 volte
Specifica attuale
(nuova concezione)
Specifica 2003
(precedente pacco Nissan)
Rapporto volume/potenza (= potenza/volume)
Doppio
Specifica attuale
(nuova concezione)
Specifica 2003
(precedente pacco Nissan)
Rapporto peso/potenza (= potenza/peso)
Configurazione dell’unità celle di combustibile
Distanza celle ridotta (adozione di un separatore sottile)
Circuito di monitoraggio tensione celle incorporato
Parti integrate nei sistemi di aspirazione e scarico
Dati tecnici
*1 Componente che separa l’idrogeno e l’ossigeno erogati alle singole celle e trasferisce l’elettricità
prodotta alla cella successiva.
Tipo
Membrana in elettrolita polimerico (PEM)
P oten za
90 kW
Altre caratteristiche A tenuta d’acqua e polvere
*2 Il termine “pitch” indica la distanza tra celle adiacenti collegate in serie. Un pacco celle per
veicoli è solitamente costituito da diverse centinaia di celle collegate in serie per ottenere la
tensione elettrica necessaria.
* 3 Membrana a scambio di ioni realizzata in materiale polimerico che permette il passaggio
degli ioni di idrogeno (protoni) prodotti nelle celle.
*4 Materiale poroso che diffonde l’idrogeno e l’aria e li distribuisce uniformemente allo strato
di elettrodi.
SERBATOIO DI IDROGENO AD ALTA PRESSIONE
DA 70 MPA
Nissan ha sviluppato un sistema di immagazzinamento dell’idrogeno ad
alta pressione da 70 MPa per aumentare l’autonomia dei veicoli a celle a
combustibile.
Di recente concezione, il sistema ha ricevuto dall’High Pressure Gas Safety Institute of Japan (KHK) la certificazione
di serbatoio di idrogeno ad alta pressione da 70 MPa.
Caratteristiche del sistema
Capacità di
immagazzinamento idrogeno
Il precedente serbatoio di idrogeno ad alta pressione comprimeva e immagazzinava l’idrogeno a una pressione di
35 MPa. Comprimendo l’idrogeno al doppio della pressione, ossia 70 MPa, si riesce a racchiudere in un serbatoio
di pari dimensioni il 30% di idrogeno in più.
Incremento di circa
il 30%
Sistema da 70 MPa
Sistema da 35 MPa
Struttura del sistema e spiegazione tecnica
Il serbatoio di idrogeno ad alta pressione da 70MPa presenta un rivestimento interno in alluminio e uno strato
esterno in C-FRP (plastica rinforzata con fibra di carbonio) . Lo strato di C-FRP si basa su una fibra di carbonio a
elevata resistenza ed elasticità caratterizzata da uno schema di avvolgimento ottimale. In questo modo si
ottiene sufficiente robustezza per resistere alla pressione di 70 MPa.
Rivestimento in alluminio
C-FRP
L’APPROCCIO DI NISSAN
ALL’AMBIENTE
L’ideale ambientale di Nissan è una società fondata sul motto “simbiosi di persone, veicoli e natura”.
Nel perseguire questo scopo, Nissan ha fissato target specifici nell’ambito del proprio piano di azione
ambientale, il “Nissan Green Program 2010”.
Per contribuire a una società mobile sostenibile, Nissan sta adottando un approccio proattivo alla
ricerca di soluzioni per le sfide ambientali, come la riduzione delle emissioni di CO2 per contenere
il riscaldamento globale.
Cos’è il
Il Nissan Green Program è un piano di azione ambientale a medio termine che prevede attività e obiettivi
mirati, incentrati su tre principali aree di intervento:
Riduzione delle emissioni di anidride carbonica (CO2):
Riduzione al minimo delle emissioni per preservare l’atmosfera, le acque
e il suolo
Riciclaggio delle risorse
(campagna delle 3R: ridurre/riutilizzare/riciclare)
Gli obiettivi del piano di azione precedente, il Nissan Green Program 2005, sono stati tutti raggiunti.
Il Nissan Green Program 2010 fissa nuovi obiettivi e programmi da conseguire entro la fine del decennio:
Il nostro traguardo è ridurre le emissioni di CO2 in tutti gli ambiti delle attività aziendali di Nissan. Il fine ultimo è
quello di limitare l’impatto ambientale causato dalla produzione e dall’utilizzo dei veicoli Nissan, assicurandone la
compatibilità con la naturale capacità di assorbimento della Terra.
L’APPROCCIO DI NISSAN
ALL’AMBIENTE
Approccio a tre livelli
Per ridurre in misura significativa le emissioni di CO2, occorrono iniziative concrete che riguardino non soltanto
i veicoli ma anche il comportamento degli automobilisti e la gestione del traffico.
Oltre all’impegno per migliorare l’efficienza dei motori e delle trasmissioni di tipo convenzionale e per sviluppare
veicoli elettrici a emissioni zero, Nissan ha infatti intrapreso una serie di altre iniziative.
Tra queste, l’installazione sui veicoli di econometri in grado di visualizzare il consumo di carburante in tempo reale
e di fornire informazioni precise sul traffico per promuovere abitudini di guida ecologica, e lo sviluppo di sistemi
di trasporto intelligenti (ITS) volti a migliorare il traffico, ad esempio riducendo gli ingorghi stradali.
Obiettivo a lungo termine per la riduzione di CO2
Secondo le proiezioni, per fermare il riscaldamento globale sarà necessario stabilizzare i livelli atmosferici di CO2
al di sotto di 550 ppm entro il 2100. In quest’ottica, Nissan si è prefissata di ridurre entro il 2050 le emissioni di
CO2 dei nuovi veicoli del 70% rispetto ai livelli del 2000. Per conseguire questo obiettivo a medio termine, Nissan
si sta muovendo su più fronti.
Ciclo carburante “Well to Wheel” (dalla sorgente alle ruote) (%)
Riduzione percentuale delle emissioni di CO2 dei veicoli nuovi
Riduzione del 70%
PROPULSIONE
ELETTRICA
Tecnologie e veicoli
Giunta a una fase di sviluppo accelerato, Nissan si prepara a lanciare, entro due anni, diversi veicoli ad alimentazione
elettrica per ridurre ulteriormente le emissioni di CO2.
Veicoli elettrici ibridi HEV
Nissan sta sviluppando un proprio sistema ibrido da introdurre sui mercati di America e Giappone nel 2010.
Sviluppo di veicoli ibridi di tipo “plug-in”
Analogamente a un veicolo elettrico, un veicolo ibrido plug-in utilizza energia elettrica di
Benzina
Elettricità
rete per ricaricare le batterie, funzionando così con il solo motore elettrico. Il sistema
azzera le emissioni di CO2.
Sviluppo di veicoli ibridi plug-in
Batteria
Sistema di ricarica
Motore
Motore elettrico
Serbatoio benzina
Veicoli a celle di combustibile FCV
Un veicolo FCV (fuel cell vehicle) è alimentato dall’energia elettrica generata dalla reazione
chimica di idrogeno e ossigeno, funzionando quindi in modo ecologico senza alcuna
X-Trail FCV (ultimo modello)
emissione di CO2 o di altre sostanze di scarico inquinanti. Nel 2003, Nissan ha introdotto
il proprio FCV sul mercato giapponese nell’ambito di un ristretto programma di noleggio.
Grazie agli ulteriori miglioramenti apportati al pacco celle di combustibile di propria
concezione, Nissan prevede di lanciare il proprio veicolo FCV di ultima generazione in
Nord America e Giappone nei primi anni 2010.
Veicoli elettrici FCV
Nissan sta perfezionando le proprie batterie e altre tecnologie di alimentazione elettrica per
aumentare l’autonomia dei veicoli elettrici e promuoverne la diffusione. Al tempo stesso,
Pivo2 (modello concept)
Nissan è impegnata a sostenere la creazione di stazioni di ricarica e altre infrastrutture con
l’intento di commercializzare veicoli elettrici già agli inizi degli anni 2010, in seguito a collaudi
su strada.
Progressi nell’ambito delle principali tecnologie destinate ai veicoli elettrici
Nissan sta perfezionando le proprie batterie e altre tecnologie di alimentazione elettrica per
aumentare l’autonomia dei veicoli elettrici e promuoverne la diffusione. Al tempo stesso,
Nissan è impegnata a sostenere la creazione di stazioni di ricarica e altre infrastrutture con
l’intento di commercializzare veicoli elettrici già agli inizi degli anni 2010, in seguito a collaudi
su strada.
Batteria agli ioni di litio compatta di Nissan
STORIA DEI VEICOLI EQUIPAGGIATI
CON BATTERIE AGLI IONI DI LITIO
Nissan ha iniziato a sviluppare batterie agli ioni di litio nel 1992 e da allora ha adottato questa tecnologia su
numerosi veicoli elettrici (EV), veicoli elettrici ibridi (HEV) e veicoli a celle di combustibile (FCV). L’impegno
dell’azienda è ora rivolto al miglioramento delle prestazioni e all’incremento dell’autonomia con l’obiettivo di
procedere alla produzione in serie nel 2010.
Batteria
Anno
Anno
Veicolo elettrico
Veicolo elettrico ibrido
Veicolo a celle di combustibile
Densità
energia
Densità
potenza
*Inizio attività di ricerca
sulle batterie agli ioni di litio
0,5 kW/kg
Elettrodo sottile
1,0 kW/kg
2,0 kW/kg
Laminato
Batteria agli
ioni di litio
(tipo a cilindro)
Nanostruttura
X-Trail FCV Ultimo modello
2,5 kW/kg
Batteria agli
ioni di litio
(tipo laminato)
*Costituzione della Automotive
Energy Supply Corp. (2007), joint
venture tra Nissan e NEC per la
produzione di massa di batterie
agli ioni di litio.
