本文來源：一貓汽車網(wǎng) 作者：梁文光

2016底特律車展上,，奧迪為大家?guī)砹巳聞恿囆蚳-tron quattro concept,，這是一款采用氫燃料驅(qū)動的車型。不知道大家對它有什么了解呢,？或者說,，它究竟靠譜不靠譜？它有什么技術(shù)能夠保障我們的用車安全,，或者說它有什么能力取代如今的燃油車輛。當(dāng)然,，更加值得注意的是,，它與此前豐田Mirai上的動力系統(tǒng)又有什么異同呢？

車輛動力系統(tǒng)布局,，奧迪h-tron quattro concept車輛的氫動力系統(tǒng)屬于奧迪的第五代氫動力系統(tǒng),。第四代的代表是奧迪A7h-tron車型，但是從兩者的動力系統(tǒng)部件布局來看,，整體變化不大,。h-tron quattro concept把燃料電池、直流3相電和直流電變壓器設(shè)置在車頭,，三個氫氣儲存罐分別設(shè)在車頭,，后排底部以及車輛的尾部（奧迪A7 e-tron有四個氫氣儲存罐）。值得注意的是,，奧迪h-tron quattro concept把驅(qū)動電池（鋰電池）放置在車輛底盤中央位置（奧迪A7 e-tron把電池設(shè)置在車尾箱）,。

當(dāng)然，除了動力供給部件外,，奧迪h-tron quattro concept其他所有的電氣設(shè)施幾乎都設(shè)置在車頭,。另外，由于車輛是四驅(qū),，因此前后軸上各有不同功率的電機(jī),。

豐田Mirai的動力系統(tǒng)布局與h-tron相比整體相對均衡，不會有頭重腳輕的感覺,。從車尾看起,，車輛的一個氫氣儲存罐和動力電池（鎳氫電池）被設(shè)置才后排座椅后方,，后排座椅底部則設(shè)置了一個較大的氫氣儲存罐。繼而車輛底盤中部是放置了氫燃料電池堆棧和電池堆棧變壓器,。在車頭方面,，只設(shè)置了動力控制系統(tǒng)、散熱風(fēng)扇等,。當(dāng)然,，豐田Mirai是前驅(qū)車，它只有一個前軸驅(qū)動電機(jī),。

低速行駛

當(dāng)車輛在較低或者中等的動力需求時,，車輛會采用燃料電池進(jìn)行驅(qū)動。氫氣通過管道到達(dá)車輛的燃料電池堆棧,，通過發(fā)電后,，電力通過車輛上的3相直流電變壓器為電機(jī)提供電力進(jìn)行車輛的驅(qū)動。

加速行駛

如果車輛加速,，需要較多的能量時,，車輛會通過驅(qū)動電池和氫燃料電池混合驅(qū)動模式對車輛進(jìn)行驅(qū)動。也就是說,，在燃料電池發(fā)電的同時,，驅(qū)動電池所儲存的電同時會用作動力驅(qū)動，同步作用于驅(qū)動電機(jī),。

能量回收

除了消耗能量之余,，車輛會有能量回收的過程。當(dāng)司機(jī)對車輛進(jìn)行剎車時,，車輛動力回收裝置能夠?qū)幽茏兂呻娔?，通過驅(qū)動電池充電器向驅(qū)動電池進(jìn)行充電。

啟動

當(dāng)車輛從靜止起動時,，氫燃料電池并不參與能量供給,。這時候只有驅(qū)動電池對驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行供能驅(qū)動。

低速行駛

低速行駛時,，車輛燃料電池對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動,，與此同時，燃料電池并對驅(qū)動電池進(jìn)行充電,。

加速行駛

車輛如果需要加速,，系統(tǒng)中的燃料電池和驅(qū)動電池對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。這與奧迪h-tron模式相同,，兩種電池能量同步作用于驅(qū)動電機(jī),。

巡航行駛

巡航行駛，車輛氫燃料電池和驅(qū)動電池分別對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動,。當(dāng)然,，這并不包含燃料電池和驅(qū)動電池同時供給能量的情況,。

為什么它們都使用70Mpa大氣壓的儲存罐？

一個很重要的問題,，大家知道儲存氫氣為什么不用35Mpa壓力的儲存罐,，不用100Mpa壓力的儲存罐，而是采用70Mpa的儲存罐嗎,？更值得注意的是,，奧迪h-tron和豐田Mirai上氫氣儲存罐都采用這一大氣壓的儲存。不同的企業(yè)應(yīng)該有不同的技術(shù),，為什么都采用這一氫氣儲存標(biāo)準(zhǔn),？

其實，燃料電池汽車在1960年代已經(jīng)在通用汽車（GM）開展研發(fā),。是的,，這比豐田（1990年代）還要早開始研發(fā)燃料電池車。在2003年,，一批用鋰電池加上25Mpa儲存罐的氫燃料電池配以使用85kW電機(jī)的動力系統(tǒng)的商用車型被限制使用,，這批車輛能夠行駛超過350km。

兩年后即2005年,，日產(chǎn)和雷諾也開始著手這一燃料電池車的研發(fā),。在2008年，日產(chǎn)推出新一代的燃料電池堆棧,。在2008年底開始測試使用70Mpa的氫氣儲存罐系統(tǒng)。

以上是技術(shù)發(fā)展的過程,。70Mpa的氫氣儲存罐是由于經(jīng)過一段很長的歷史和實踐得出來的數(shù)值,，同時也是儲存技術(shù)的限制。在70Mpa這一壓力儲存的氫氣,，氫的能量密度達(dá)到143MJ/kg,，體積能量密度達(dá)到4.7MJ/L（國外有機(jī)構(gòu)做過相關(guān)測試）。這樣的儲存方式條件限制不大,，而且很少虧損,。

采關(guān)于虧損問題，用低于70Mpa的儲存方式時,，例如燃料電池汽車剛發(fā)展那段時期采用25Mpa儲存,，一定容量的容器中，車輛的行駛里程是相對較短,。如果超過70Mpa的壓力儲存氫氣,，雖然能量密度增加了，但是壓縮進(jìn)入儲存罐所需要的能量也隨之增加,，而且如今的碳纖維增強復(fù)合材料和條件也難以承受相當(dāng)高的壓力,。

另外,，更高的壓力氫氣儲存會導(dǎo)致氫氣有物理變化，變成液態(tài)氫,，有認(rèn)為這不更好地減少儲存體積嗎,？然而，保存這一液態(tài)氫需要保證溫度較低（液態(tài)儲氫罐內(nèi)溫度與環(huán)境溫度差超過250攝氏度）和能夠保證容器能夠抵受高壓,，加注氫氣時也增加了氫氣的壓縮成本,。液化1kg氫氣需要耗電4kWh，實際消耗的能量占據(jù)1kg氫氣自身能量的3倍,，這也何必呢,。

附：

鋁罐承受壓力是17.5Mpa

鋼罐承受壓力是20Mpa

碳纖維增強復(fù)合材料與聚合物襯套罐承受壓力是70Mpa

儲存罐數(shù)量和技術(shù)

雖然兩款車均采用了能夠承受70Mpa氣壓的儲存罐，從配備的儲存罐來看,，奧迪h-tron采用了三個不同容量的儲存罐,，但能夠儲存大概6kg的氫氣。三個儲存罐利用紅外線系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)壓力平衡和溫度水平,。Mirai則采用了兩個共122.4L的儲存罐,，儲存氫氣大概5kg，兩車給車輛加注氫氣的時間大概3-5分鐘,，以1.5kg/min的最大速率加注,。

綜合儲氫罐的材質(zhì)、容量（能力密度）,、可承受壓力,、壓縮成本，車輛可續(xù)航距離等等多個實驗測試,，70Mpa就是這樣而來,。不過有消息稱，在2016年Mirai可能會換裝82Mpa壓力的儲存罐來加大巡航里程至700km,。

注：

日本市場加注氫氣最高壓力為82Mpa

歐洲市場加注氫氣最高壓力為87.5Mpa

如今市場上,，許多加氫站的加注壓力都以700Mpa以下為主，如35Mpa,。國內(nèi)首座加氫站在北京中關(guān)村,，其加注壓力也為35Mpa。

在電機(jī)布局方面,，兩款車都采用不同的布局,。從資料了解到，奧迪h-tron由于采用四驅(qū)方式驅(qū)動,，因此為車輛加入了兩個電機(jī),，電機(jī)布局為一前一后。前電機(jī)最大功率為90kW，而后軸電機(jī)最大功率達(dá)到140kW,。豐田Mirai采用的是前驅(qū)方式驅(qū)動,，因此車輛僅配備單個電機(jī)，最大功率為113kW,。

盡管車輛采用的是氫燃料電池,，但是車輛仍然配備驅(qū)動電池。這塊電池具有儲存電量以及供給作用,。對于h-tron而言,，車輛配備的鋰離子電池容量為1.8kWh，加速時能夠提供100kW的功率,。其質(zhì)量為60kg左右,，為了車輛的重心，其被設(shè)計在車輛中部地板中,。

Mirai與h-tron不一樣,，其雖然都有驅(qū)動電池，但是其被設(shè)計在后軸之上,，并且是容量為1.6kWh,，電壓為245V的鎳氫電池。這電池與凱美瑞混動類似,。

h-tron的燃料電池設(shè)置在車頭,，之所以說其為電池堆棧，是因為其配備了330個單體,，并能夠輸出電壓范圍220-280V,。關(guān)于每個單體，其核心是一種聚合物膜,，兩側(cè)涂有覆蓋鉑基催化劑的電極,。關(guān)于催化作用，氫氣被供應(yīng)到陽極,，在那里它被分解由催化劑成質(zhì)子和電子。質(zhì)子通過膜擴(kuò)散到陰極,，它們在催化劑反應(yīng)的作用下,，與氧氣和電子形成水蒸氣（膜是僅可滲透質(zhì)子，而不是電子）和電流,。

h-tron技術(shù)重點是采用新材料隔膜,，通過雙極板在堆棧中引導(dǎo)氣體，同時保持單體分離（氫氣從分子分離成電子和質(zhì)子）,。它們有助于使整個裝置更輕,，更小，更強，也更經(jīng)濟(jì),。運行壽命和響應(yīng)能力得到改善,。燃料電池效率轉(zhuǎn)化能夠達(dá)到60％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于如今的內(nèi)燃機(jī),。

第五代燃料電池技術(shù)相比之前的燃料技術(shù),，能夠控制溫度在95℃的水平，相比此前增加了15℃,。一種高效率的熱泵能夠從電氣元件和熱電輔助加熱元件中吸收廢熱,，保持宜人的車內(nèi)溫度。值得注意的是,，在零下28℃,，車輛仍然很容易啟動。

對于Mirai的燃料電池,，其也是設(shè)置在車輛底盤中央,。它比h-tron還多出40個單體，達(dá)到了370個,，輸出電壓范圍在300V以內(nèi),。當(dāng)然，為了更好驅(qū)動電機(jī),，車輛還安裝了一個升壓器,，其將電壓可以提升到650V，這能夠減少燃料電池單體數(shù)量,，降低重量和體積,。另外，Mirai身上的堆棧電池原理與h-tron燃料電池一樣,。

總結(jié)：

通過對比兩款車輛,，其原理以及技術(shù)都相差不大。不過由于兩款車的布局和驅(qū)動方式有所不同,，因此部件的位置和數(shù)量都有差異,。另外，奧迪h-tron quattro concept能夠續(xù)航達(dá)到600km,，豐田Mirai車型能夠續(xù)航312Miles（大約500km）,，相比之下兩款車其實差別也不算太大。當(dāng)然,，就駕駛性能方面而言,，四輪驅(qū)動確實要比前輪驅(qū)動要好不少。

盡管奧迪的氫燃料技術(shù)能夠達(dá)到很不錯的效果,，然而作者覺得這僅僅是一款概念車,，距離量產(chǎn)車還需要一段時間,。更重要的是，估計奧迪推出的氫燃料技術(shù)車型價格不會太親民,，相比豐田Mirai立即可擁有的效果而言甚是遙遠(yuǎn),。（全文完）

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