豐田不孤單 詳解大眾集團最新燃料電池技術

奧迪A7 Sportback h-tron quattro

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

高爾夫SportWagen HyMotion

　　從亮相的三款車來看，大眾其實已經準備好將燃料電池技術應用在能夠大批量銷售的暢銷車型上，而不是像豐田Mirai那樣是個孤立的大家都不認識的新車型。大眾集團負責燃料電池研發的烏爾里希·哈根伯格博士稱燃料電池最大的勁敵實際上是長續航的純電動車，目前還沒法確定究竟哪種技術更適合大規模普及。

Golf SportWagen HyMotion結構圖

　　對于新能源的技術路線選擇以及車型平臺的選擇，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現大眾集團高層理想的超級柔性生產——同一輛車在同一個生產線上能夠生產處汽油型、柴油型、天然氣型、插電式混合動力型、純電動型以及最新的燃料電池型號。

　　關于燃料電池堆棧

　　燃料電池就叫電池唄，為什么后面還要跟一個“堆棧”呢？實際上大眾的燃料電池是由300片相互獨立的“電池”一個挨著一個組成的堆棧，類似多米諾骨牌一樣排列。每一片都有一個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，氫氣被輸往陽極，在那里裂解成質子和電子。質子通過薄膜結構與氧氣產生化學反應結合成水蒸氣，與此同時電子則被薄膜所隔離并通過陽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，每一片電池都能產生0.6~0.8V的電壓，整個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渦輪增壓器來強制輸送空氣進入電池中、一個用來循環多余氫氣以提高利用效率的風扇和一個冷卻用的泵。這些組建都由電力驅動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額外的冷卻循環系統，用來冷卻燃料電池。一個熱交換器和一個自動調節的電加熱器用來充當暖風系統。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力汽車（以下簡稱A7h-tron），名字聽起來就已經非常復雜了，實際結構更復雜。它的發動機艙內布置了一個燃料電池堆棧，后備箱下面布置了8.8千瓦時的鋰電池組，前后軸各布置了一個電動機，形成了前后雙電機的類似特斯拉P85D的“四驅”結構。每個電機都有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，將燃料電池車的性能指標推到了一個準性能車級別。并且由于雙電機無需機械傳動的結構優勢，quattro成了 e-quattro，扭矩輸出控制電子無極調節，是傳統機械結構根本無法實現的。

Audi-A7 Sportback h-tron quattro發動機艙

　　另外一個值得注意的是，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現，減重不少。既然叫“混合動力”，A7 h-tron一定有很多的驅動模式可選，在全燃料電池模式下，行駛100公里大約需要1公斤的氫氣，從能量角度來換算成汽油的話，大概是3.7升。而儲氫罐在700個大氣壓下可以儲存5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，而這個電池是可以通過動能回收和充電裝插電來補充電量的，所以A7 h-tron被稱為插電式混合動力燃料電池汽車。

　　氫氣的加注也跟加油類似，加滿氫氣只需3分鐘的時間，比純電動車的充電時間快上數十倍。而這輛車只需7.9秒就能夠完成靜止到100公里/小時的加速，最高車速180公里/小時。另外一個值得注意的是為了在質量分布上做到一個平衡，當然還有其他結構性的考慮因素，奧迪A7 h-tron在后軸之前以及車身中央通道共設計了四個儲氫罐（豐田Mirai設計了兩個儲氫罐）。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的車身是同一種材料。

　　電動邦小結：

　　從2013年開始奧迪就啟用了一個氫氣工廠，通過風能發電來電解水，產生氫氣和氧氣。所以理論上氫燃料電池也能夠做到像純電動車那樣，完全做到能源可再生并且零排放。另外一個更明顯的優勢是，加氫站的建設，可以通過加油站的技術升級改造來完成，所以理論上相比快速充電站的建設成本和技術可行性更合理。