豐田不孤單 詳解大眾集團最新燃料電池技術

在與如火如荼的2014廣州車展同期進行的2014洛杉磯車展之際，奧迪和大眾品牌集體在新能源領域發力
，一共拿來了三款氫燃料電池車——結構創新的插電式混合動力燃料電池汽車奧迪A7 Sportback h-tron quattro、高爾夫SportwagenHyMotion混合動力燃料電池汽車以及意外出現在展館外麵用來接送媒體的Passat HyMotion（跟高爾夫Sportwagen HyMotion驅動結構一模一樣）。這明顯是對豐田11月18日發布Mirai氫燃料電池車做出的赤裸裸的挑戰啊！

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(de)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)堆(dui)棧(zhan)。雖(sui)然(ran)目(mu)前(qian)還(hai)沒(mei)有(you)投(tou)放(fang)量(liang)產(chan)市(shi)場(chang)，但(dan)我(wo)們(men)由(you)此(ci)也(ye)能(neng)看(kan)到(dao)大(da)眾(zhong)的(de)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)技(ji)術(shu)儲(chu)備(bei)已(yi)經(jing)進(jin)入(ru)了(le)第(di)四(si)代(dai)，並(bing)且(qie)第(di)五(wu)代(dai)技(ji)術(shu)也(ye)已(yi)經(jing)在(zai)研(yan)發(fa)當(dang)中(zhong)了(le)。

Golf 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裏希·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點動車
，目前還沒發確定究竟那種技術更適合大規模普及。

Golf SportWagen HyMotion結構圖

對(dui)於(yu)新(xin)能(neng)源(yuan)的(de)技(ji)術(shu)路(lu)線(xian)選(xuan)擇(ze)以(yi)及(ji)車(che)型(xing)平(ping)台(tai)的(de)選(xuan)擇(ze)
，折(zhe)射(she)出(chu)大(da)眾(zhong)集(ji)團(tuan)的(de)最(zui)明(ming)顯(xian)的(de)意(yi)圖(tu)
，那(na)就(jiu)是(shi)將(jiang)模(mo)塊(kuai)化(hua)平(ping)台(tai)的(de)潛(qian)力(li)發(fa)揮(hui)到(dao)極(ji)致(zhi)，比(bi)如(ru)大(da)眾(zhong)用(yong)了(le)MQB平台和奧迪用了MLB平台。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。

關於燃料電池堆棧

燃料電池就叫電池唄，為什麼後麵還要跟一個“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ran料liao電dian池chi中zhong，氫qing氣qi被bei輸shu往wang陽yang極ji
，在zai那na裏li裂lie解jie成cheng質zhi子zi和he電dian子zi。質zhi子zi通tong過guo薄bo膜mo結jie構gou與yu氧yang氣qi產chan生sheng化hua學xue反fan應ying結jie合he成cheng水shui蒸zheng氣qi，與yu此ci同tong時shi電dian子zi則ze被bei薄bo膜mo所suo隔ge離li並bing通tong過guo陽yang極ji傳chuan到dao出chu去qu形xing成cheng了le電dian力li
，這zhe便bian是shi燃ran料liao電dian池chi工gong作zuo的de基ji本ben原yuan理li。取qu決jue於yu能neng耗hao負fu載zai的de不bu同tong，每mei一yi片pian電dian池chi都dou能neng產chan生sheng0.6~0.8V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製輸送空氣進入電池中
、一個用來循環多餘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並且直接從燃料電池堆棧中取電。

奧迪A7-h-tron結構圖

燃ran料liao電dian池chi組zu外wai部bu還hai有you一yi個ge額e外wai的de冷leng卻que循xun環huan係xi統tong，用yong來lai冷leng卻que燃ran料liao電dian池chi。一yi個ge熱re交jiao換huan器qi和he一yi個ge自zi動dong調tiao節jie的de電dian加jia熱re器qi用yong來lai充chong當dang暖nuan風feng係xi統tong。燃ran料liao電dian池chi工gong作zuo溫wen度du在zai80攝氏度，對冷卻係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複雜了

，實際結構更複雜。它的發動機艙內布置了一個燃料電池堆棧，後備箱下麵布置了8.8千瓦時的鋰電池組
，前後軸各布置了一個電動機，形成了前後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。並且由於雙電機無需機械傳動的結構優勢
，quattro成了 e-quattro，扭矩輸出控製電子無極調節，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”是純淨水蒸氣，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公裏大約需要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公裏的續航裏程是很容易的。

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公裏純電裏程，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。

加注氫氣

氫氣的加注也跟加油類似，加滿氫氣隻需3分鍾的時間，比純電動車的充電時間快上數十倍。而這輛車隻需7.9秒就能夠完成靜止到100公裏/小時的加速，最高車速180公裏/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在後軸之前以及車身中央通道共設計了四個儲氫罐（豐田Mirai設計了三個儲氫罐）。為了保證高壓下的安全
，儲氫罐采用鋁合金外殼並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nian開kai始shi奧ao迪di就jiu啟qi用yong了le一yi個ge氫qing氣qi工gong廠chang，通tong過guo風feng能neng發fa電dian來lai電dian解jie水shui，產chan生sheng氫qing氣qi和he氧yang氣qi。所suo以yi理li論lun上shang氫qing燃ran料liao電dian池chi也ye能neng夠gou做zuo到dao像xiang純chun電dian動dong車che那na樣yang

，完wan全quan做zuo到dao能neng源yuan可ke再zai生sheng並bing且qie零ling排pai放fang。另ling外wai一yi個ge更geng明ming顯xian的de優you勢shi是shi
，加jia氫qing站zhan的de建jian設she，可ke以yi通tong過guo加jia油you站zhan的de技ji術shu升sheng級ji改gai造zao來lai完wan成cheng
，所suo以yi理li論lun上shang相xiang比bi快kuai速su充chong電dian站zhan的de建jian設she成cheng本ben和he技ji術shu可ke行xing性xing更geng合he理li。