豐田不孤單 詳解大眾集團最新燃料電池技術(shù)

奧迪A7 Sportback h-tron quattro

　　因為都是一個(gè)集團下的技術(shù)，所以三者用的氫燃料電池技術(shù)也是同宗同源，都采用了大眾集團自主研發(fā)的第四代的100千瓦低溫質(zhì)子交換薄膜技術(shù)（PEM）的燃料電池堆棧。雖然目前還沒(méi)有投放量產(chǎn)市場(chǎng)，但我們由此也能看到大眾的燃料電池技術(shù)儲備已經(jīng)進(jìn)入了第四代，并且第五代技術(shù)也已經(jīng)在研發(fā)當中了。

高爾夫SportWagen HyMotion

　　從亮相的三款車(chē)來(lái)看，大眾其實(shí)已經(jīng)準備好將燃料電池技術(shù)應用在能夠大批量銷(xiāo)售的暢銷(xiāo)車(chē)型上，而不是像豐田Mirai那樣是個(gè)孤立的大家都不認識的新車(chē)型。大眾集團負責燃料電池研發(fā)的烏爾里?！す癫┦糠Q(chēng)燃料電池最大的勁敵實(shí)際上是長(cháng)續航的純電動(dòng)車(chē)，目前還沒(méi)法確定究竟哪種技術(shù)更適合大規模普及。

Golf SportWagen HyMotion結構圖

　　對于新能源的技術(shù)路線(xiàn)選擇以及車(chē)型平臺的選擇，折射出大眾集團的最明顯的意圖，那就是將模塊化平臺的潛力發(fā)揮到極致，比如大眾用了MQB平臺和奧迪用了MLB平臺。這樣設計的終極目標是實(shí)現大眾集團高層理想的超級柔性生產(chǎn)——同一輛車(chē)在同一個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)上能夠生產(chǎn)處汽油型、柴油型、天然氣型、插電式混合動(dòng)力型、純電動(dòng)型以及最新的燃料電池型號。

　　關(guān)于燃料電池堆棧

　　燃料電池就叫電池唄，為什么后面還要跟一個(gè)“堆?！蹦?？實(shí)際上大眾的燃料電池是由300片相互獨立的“電池”一個(gè)挨著(zhù)一個(gè)組成的堆棧，類(lèi)似多米諾骨牌一樣排列。每一片都有一個(gè)獨立的聚合物薄膜與兩片的鉑金催化劑板。在PEM燃料電池中，氫氣被輸往陽(yáng)極，在那里裂解成質(zhì)子和電子。質(zhì)子通過(guò)薄膜結構與氧氣產(chǎn)生化學(xué)反應結合成水蒸氣，與此同時(shí)電子則被薄膜所隔離并通過(guò)陽(yáng)極傳到出去形成了電力，這便是燃料電池工作的基本原理。取決于能耗負載的不同，每一片電池都能產(chǎn)生0.6~0.8V的電壓，整個(gè)電池堆棧就能一共輸出約230~360V的電壓。

奧迪A7 Sportback h-tron quattro解剖圖

　　除了基本的結構之外，燃料電池堆棧還需要一個(gè)渦輪增壓器來(lái)強制輸送空氣進(jìn)入電池中、一個(gè)用來(lái)循環(huán)多余氫氣以提高利用效率的風(fēng)扇和一個(gè)冷卻用的泵。這些組建都由電力驅動(dòng)并且直接從燃料電池堆棧中取電。

奧迪A7-h-tron結構圖

　　燃料電池組外部還有一個(gè)額外的冷卻循環(huán)系統，用來(lái)冷卻燃料電池。一個(gè)熱交換器和一個(gè)自動(dòng)調節的電加熱器用來(lái)充當暖風(fēng)系統。燃料電池工作溫度在80攝氏度，對冷卻系統要求比內燃機嚴格一些，但是能量利用效率卻高達60%，是內燃機的兩倍！冷啟動(dòng)性能也不錯，可以保證在零下28攝氏度正常工作。

奧迪A7-h-tron結構圖

　　奧迪對豐田Mirai的有力回應——A7 Sportback h-tron quattro

　　奧迪A7 Sportback h-tron quattro作為燃料電池插電式混合動(dòng)力汽車(chē)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)A7h-tron），名字聽(tīng)起來(lái)就已經(jīng)非常復雜了，實(shí)際結構更復雜。它的發(fā)動(dòng)機艙內布置了一個(gè)燃料電池堆棧，后備箱下面布置了8.8千瓦時(shí)的鋰電池組，前后軸各布置了一個(gè)電動(dòng)機，形成了前后雙電機的類(lèi)似特斯拉P85D的“四驅”結構。每個(gè)電機都有85千瓦的功率和270牛米的峰值扭矩，這樣的組合搭配一共可提供170千瓦的功率輸出，將燃料電池車(chē)的性能指標推到了一個(gè)準性能車(chē)級別。并且由于雙電機無(wú)需機械傳動(dòng)的結構優(yōu)勢，quattro成了 e-quattro，扭矩輸出控制電子無(wú)極調節，是傳統機械結構根本無(wú)法實(shí)現的。

Audi-A7 Sportback h-tron quattro發(fā)動(dòng)機艙

　　另外一個(gè)值得注意的是，燃料電池工作的唯一“廢氣”是純凈水蒸氣，所以排氣管也不用考慮耐高溫或者耐腐蝕，直接用輕量化塑料管路就可以實(shí)現，減重不少。既然叫“混合動(dòng)力”，A7 h-tron一定有很多的驅動(dòng)模式可選，在全燃料電池模式下，行駛100公里大約需要1公斤的氫氣，從能量角度來(lái)?yè)Q算成汽油的話(huà)，大概是3.7升。而儲氫罐在700個(gè)大氣壓下可以?xún)Υ?公斤的氫氣，所以理論上支持500公里的續航里程是很容易的。

奧迪A7 Sportback h-tron quattro

　　如果加上8.8千瓦時(shí)鋰離子電池組的電力，還能額外增加的50公里純電里程，而這個(gè)電池是可以通過(guò)動(dòng)能回收和充電裝插電來(lái)補充電量的，所以A7 h-tron被稱(chēng)為插電式混合動(dòng)力燃料電池汽車(chē)。

　　氫氣的加注也跟加油類(lèi)似，加滿(mǎn)氫氣只需3分鐘的時(shí)間，比純電動(dòng)車(chē)的充電時(shí)間快上數十倍。而這輛車(chē)只需7.9秒就能夠完成靜止到100公里/小時(shí)的加速，最高車(chē)速180公里/小時(shí)。另外一個(gè)值得注意的是為了在質(zhì)量分布上做到一個(gè)平衡，當然還有其他結構性的考慮因素，奧迪A7 h-tron在后軸之前以及車(chē)身中央通道共設計了四個(gè)儲氫罐（豐田Mirai設計了兩個(gè)儲氫罐）。為了保證高壓下的安全，儲氫罐采用鋁合金外殼并在外圍包裹一層碳纖維強化塑料的保護殼，跟寶馬i3/i8的車(chē)身是同一種材料。

　　電動(dòng)邦小結：

　　從2013年開(kāi)始奧迪就啟用了一個(gè)氫氣工廠(chǎng)，通過(guò)風(fēng)能發(fā)電來(lái)電解水，產(chǎn)生氫氣和氧氣。所以理論上氫燃料電池也能夠做到像純電動(dòng)車(chē)那樣，完全做到能源可再生并且零排放。另外一個(gè)更明顯的優(yōu)勢是，加氫站的建設，可以通過(guò)加油站的技術(shù)升級改造來(lái)完成，所以理論上相比快速充電站的建設成本和技術(shù)可行性更合理。