奔馳燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)解析

作為奔馳旗下第一款量產(chǎn)燃料電池汽車，GLC F-CELL燃料電池插電混動(dòng)SUV早在2017法蘭克福車展發(fā)布。梅賽德斯-奔馳已向德國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)商交付了GLC F-CELL的首批示范車型。

動(dòng)力方面，奔馳GLC F-CELL燃料電池SUV搭載了氫燃料電池和鋰離子電池的插電式混動(dòng)系統(tǒng)。由400片燃料電池單體組成的金屬極電堆峰值功率75 kW，鋰離子電池組容量13.5 kW·h。與奔馳上一代燃料電池汽車相比，新一代燃料電池系統(tǒng)體積減少約30%，貴金屬鉑催化劑使用率降低90%。基于全球標(biāo)準(zhǔn)化的70 Mpa儲(chǔ)氫瓶技術(shù)，奔馳GLC F-CELL搭載的2個(gè)氫瓶分別位于底盤和后排座椅下方，儲(chǔ)氫容量達(dá)到4.4 kg。新車采用后輪驅(qū)動(dòng)，位于后軸的異步電機(jī)最大功率達(dá)160 kW(217 hp)，峰值扭矩375 N·m。在鋰離子電池組滿電情況下，NEDC循環(huán)工況續(xù)航里程達(dá)到487 km，其中純電續(xù)航里程50 km，純氫續(xù)航里程437 km。此外，插電混動(dòng)系統(tǒng)配備了7.4 kW功率充電器，可在1.5小時(shí)內(nèi)將電池容量從10%充至100%。(2019年9月最新戴姆勒官方數(shù)據(jù))

奔馳GLC F-CELL燃料電池SUV有多種運(yùn)行模式和駕駛模式。運(yùn)行模式包括4種：混動(dòng)模式、燃料電池(純氫)模式、鋰電池(純電)模式和充電模式；駕駛模式包括3種：經(jīng)濟(jì)模式、舒適模式和運(yùn)動(dòng)模式。混動(dòng)模式中，燃料電池組工作在最佳效率區(qū)間，功率峰值由鋰離子電池組提供；燃料電池模式下，車輛行駛動(dòng)力僅依賴氫氣，鋰離子電池組通過(guò)從燃料電池獲取能量保持SOC不變，該模式適用于長(zhǎng)距離穩(wěn)態(tài)巡航；鋰電池模式適用于短距行程，動(dòng)力僅靠鋰電池組提供；高壓鋰電池組充電享有優(yōu)先權(quán)，氫氣容量耗至限值前優(yōu)先給鋰電池組充電至滿電。

 

 

奔馳GLC F-CELL混合動(dòng)力系統(tǒng)

 

 

奔馳GLC F-CELL車載燃料電池系統(tǒng)

 

 

 

 

 

 

 

 

奔馳GLC F-CELL車載燃料電池系統(tǒng)分解

與現(xiàn)代NEXO、本田Clarity燃料電池汽車相同，奔馳GLC F-CELL燃料電池混動(dòng)SUV同樣將高度集成化的燃料電池系統(tǒng)置于發(fā)動(dòng)機(jī)艙，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)主要包括75kW燃料電池堆、電動(dòng)渦輪增壓空壓機(jī)、膜式加濕器、氫循環(huán)、升壓轉(zhuǎn)換器、空氣濾清器、離子交換器、12V水泵和燃料電池控制單元等。

 

 

奔馳GLC F-CELL車載燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)

奔馳GLC F-CELL燃料電池SUV搭載帶有廢氣能量回收的電動(dòng)渦輪增壓空壓機(jī)，通過(guò)將電動(dòng)增壓和電堆出口廢氣渦輪增壓有機(jī)結(jié)合，提高燃料電池系統(tǒng)效率(尤其在低負(fù)荷區(qū)間)。采用無(wú)油空氣軸承，提高燃料電池耐久性和可靠性。通過(guò)全新設(shè)計(jì)和開發(fā)，該型電動(dòng)渦輪增壓空壓機(jī)體積、重量、振動(dòng)和噪音全面降低。

 

 

奔馳GLC F-CELL電動(dòng)渦輪增壓空壓機(jī)

 

 

奔馳GLC F-CELL電動(dòng)渦輪增壓空壓機(jī)內(nèi)部

 

 

奔馳GLC F-CELL螺桿壓縮機(jī)和渦輪增壓空壓機(jī)對(duì)比

升壓轉(zhuǎn)換器主要作用是使燃料電池堆輸出電壓適應(yīng)變化的車載高壓。奔馳GLC F-CELL燃料電池SUV搭載的DC/DC效率極高，超過(guò)98%。奔馳報(bào)道，在低溫暖機(jī)過(guò)程中，該型DC/DC可以大大降低燃料電池電壓，短暫性釋放熱量，加速燃料電池溫度提升。

 

 

奔馳GLC F-CELL升壓轉(zhuǎn)換器

通過(guò)采用化學(xué)成分改善的超薄質(zhì)子交換膜強(qiáng)化質(zhì)子傳導(dǎo)效率、優(yōu)化金屬極板流場(chǎng)氣體分配、調(diào)節(jié)運(yùn)行條件等措施，與上一代燃料電池汽車相比，奔馳最新GLC F-CELL燃料電池堆的極限電流密度增加了近一倍。

 

 

奔馳GLC F-CELL燃料電池堆實(shí)物

 

 

奔馳兩代燃料電池汽車電堆性能對(duì)比

此外，奔馳GLC F-CELL為提升燃料電池系統(tǒng)功率密度，對(duì)相關(guān)零部件進(jìn)行了高度集成開發(fā)，比如對(duì)進(jìn)氣端板集成化，即將水氣進(jìn)出歧管和氫氣再循環(huán)分配板高度總成；集成多個(gè)空氣部件，如加濕器和水氣分離器集成等。

 

 

多功能端板

 

 

加濕器和水分離器組件