奔馳推出GLC氫燃料電池版,新車採用獨特的插電式混動結構

氫燃料電池汽車是新能源汽車中比較另類的方案。它加註氫氣,通過燃料電池組將氫氣和空氣中的氧氣結合,直接釋放出電能驅動汽車,僅排放水和一些殘餘熱量。

目前量產上市的氫燃料電池乘用車有:豐田Mirai、本田Clarity和現代Nexo。奔馳和這三家廠商一樣,熱衷於氫燃料電池技術,獨立研發的歷程大約也是30年。11月13日,奔馳向用戶交付了第一臺量產車型。

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這款車基於奔馳GLC製造,不過這款車的思路新奇,它是一輛:插電式—氫燃料電池汽車。它的鋰電池包容量為13.5千瓦·時,能用純電模式行駛51公里。相比之下,豐田、本田和現代三款車型的電池包容量分別為:1.6千瓦·時、1.7千瓦·時和1.65千瓦·時。這些小電池包主要用於回收制動能量,或者緩衝功率需求減少燃料電池組的波動。

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而奔馳GLE-Fuel Cell擁有三種模式:鋰離子電池驅動、氫燃料電池驅動和混合驅動。這輛車能夠攜帶4.4千克氫氣,電動機最大輸出211馬力,NEDC綜合續航里程478公里。根據國際上氫氣的儲運標準,這款車的氫氣加註壓力是70MPa。為了抗住這690.8個標準大氣壓,奔馳和日韓車企一樣,儲氫罐都採用碳纖維內襯。

奔馳推出GLC氫燃料電池版,新車採用獨特的插電式混動結構

為什麼採用混動結構?

氫燃料電池和內燃機一樣,都是能量發生裝置,而不是儲存裝置。因此,氫燃料電池組和發動機一樣,有工況的波動,需要維持一個最佳工作範圍。一個燃料電池單體只有0.7V電壓,要用幾百個串聯成電池組。反應核心是中間的質子交換膜和鉑-碳催化劑。

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燃料電池組工作溫度大約是90度,溫度過低會導致效率降低,溫度過高會導致催化反應速率過高,引起電池組過熱、電壓過高,可能燒燬質子交換膜。這和發動機類似,穩定工作溫度90度左右,有冷啟動,也有過熱燒蝕。

另一方面,空氣需要經過壓縮機變成高壓氣體送入電池組,氫氣從70MPa減壓後依然是高壓。氣體在管路和電池組中的流動就會產生各種阻力和其他效應,直接影響效率。這和發動機類似,需要精心組織進氣和噴油,講究進氣滾流、空燃比和排氣背壓等。

所以,和混合動力汽車的思路一樣,希望藉助電動機和鋰電池,將燃料電池組的工況穩定在一個最佳工作區間。目前氫燃料電池組的能量轉換效率超過60%,而目前內燃機的熱效率最高是41.5%。

奔馳推出GLC氫燃料電池版,新車採用獨特的插電式混動結構

奔馳推出GLC氫燃料電池版,新車採用獨特的插電式混動結構

奔馳GLC插電式燃料電池車目前剛剛開始交付,以出租的形式投放市場,而且用戶都是經過篩選的。所以目前是帶有明顯試驗性質的產品,就和2008年本日FCX和2013年現代途勝燃料電池版一樣。到2019年春季,奔馳進一步向公眾開放這款車的租賃服務。

受加氫站數量的限制,這款車只在德國的7個主要城市投放,比如斯圖加特、柏林和科隆等。德國目前正在運營的加氫站一共有50個,到2019年底會增加到100個左右。加氫站數量少,這是氫燃料電池汽車普及的障礙之一。德國50個加氫站在世界範圍內屬於什麼水平?

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截至2017年底,僅計算正在運營的加氫站,歐洲擁有132座,亞洲116座,北美69座。其中歐洲的加氫站主要得益於大量的公共交通示範項目,亞洲的加氫站集中在日本,國內大約7-10座。

從世界範圍來看,加氫站的確很少,但是各國的投資一點都不少。日本今年對氫燃料電池技術的資助是30億元人民幣,韓國近期每年投入研發和建設的金額是50億元人民幣,計劃持續5年。歐盟2007年-2015年累計投入了74億歐元。

從奔馳GLC-Fuel Cell的發佈,可以看到這一領域活躍的動態,還有各國在推廣上的努力。氫燃料電池汽車並非遙不可及。


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