奔馳和燃料電池汽車電力系統技術分析

導讀：作為奔馳旗下第一款量產燃料電池汽車，GLC F-CELL燃料電池插電混動SUV早在2017法蘭克福車展發佈。近日，梅賽德斯-奔馳已向德國鐵路運營商交付了GLC F-CELL的首批示範車型。

動力方面，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系統。由400片燃料電池單體組成的金屬極電堆峯值功率75kW，鋰離子電池組容量13.5kW·h。與奔馳上一代燃料電池汽車相比，新一代燃料電池系統體積減少約30%，貴金屬鉑催化劑使用率降低90%。基於全球標準化的70Mpa儲氫瓶技術，奔馳GLC F-CELL搭載的2個氫瓶分別位於底盤和後排座椅下方，儲氫容量達到4.4kg。新車採用後輪驅動，位於後軸的異步電機最大功率達160kW(217hp)，峯值扭矩375N·m。在鋰離子電池組滿電情況下，NEDC循環工況續航里程達到487km，其中純電續航里程50km，純氫續航里程437km。此外，插電混動系統配備了7.4kW功率充電器，可在1.5小時內將電池容量從10%充至100%。(2019年9月最新戴姆勒官方數據)

奔馳GLC F-CELL燃料電池系統組裝和測試

奔馳GLC F-CELL燃料電池SUV有多種運行模式和駕駛模式。運行模式包括4種：混動模式、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：經濟模式、舒適模式和運動模式。混動模式中，燃料電池組工作在最佳效率區間，功率峯值由鋰離子電池組提供；燃料電池模式下，車輛行駛動力僅依賴氫氣，鋰離子電池組通過從燃料電池獲取能量保持SOC不變，該模式適用於長距離穩態巡航；鋰電池模式適用於短距行程，動力僅靠鋰電池組提供；高壓鋰電池組充電享有優先權，氫氣容量耗至限值前優先給鋰電池組充電至滿電。

奔馳GLC F-CELL混合動力系統

奔馳GLC F-CELL車載燃料電池系統

奔馳GLC F-CELL車載燃料電池系統分解

與現代NEXO、本田Clarity燃料電池汽車相同，奔馳GLC F-CELL燃料電池混動SUV同樣將高度集成化的燃料電池系統置於發動機艙，燃料電池發動機主要包括75kW燃料電池堆、電動渦輪增壓空壓機、膜式加濕器、氫循環、升壓轉換器、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車載燃料電池發動機

奔馳GLC F-CELL燃料電池SUV搭載帶有廢氣能量回收的電動渦輪增壓空壓機，通過將電動增壓和電堆出口廢氣渦輪增壓有機結合，提高燃料電池系統效率(尤其在低負荷區間)。採用無油空氣軸承，提高燃料電池耐久性和可靠性。通過全新設計和開發，該型電動渦輪增壓空壓機體積、重量、振動和噪音全面降低。

奔馳GLC F-CELL電動渦輪增壓空壓機

奔馳GLC F-CELL電動渦輪增壓空壓機內部

奔馳GLC F-CELL螺桿壓縮機和渦輪增壓空壓機對比

升壓轉換器主要作用是使燃料電池堆輸出電壓適應變化的車載高壓。奔馳GLC F-CELL燃料電池SUV搭載的DC/DC效率極高，超過98%。奔馳報道，在低温暖機過程中，該型DC/DC可以大大降低燃料電池電壓，短暫性釋放熱量，加速燃料電池温度提升。

奔馳GLC F-CELL升壓轉換器

通過採用化學成分改善的超薄質子交換膜強化質子傳導效率、優化金屬極板流場氣體分配、調節運行條件等措施，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燃料電池堆實物

奔馳兩代燃料電池汽車電堆性能對比

此外，奔馳GLC F-CELL為提升燃料電池系統功率密度，對相關零部件進行了高度集成開發，比如對進氣端板集成化，即將水氣進出歧管和氫氣再循環分配板高度總成；集成多個空氣部件，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

吉利電動汽車發生自燃

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