奔驰燃料电池汽车动力系统技术解析

作为奔驰旗下第一款量产燃料电池汽车，GLC F-CELL燃料电池插电混动SUV早在2017法兰克福车展发布。梅赛德斯-奔驰已向德国铁路运营商交付了GLC F-CELL的首批示范车型。

动力方面，奔驰GLC F-CELL燃料电池SUV搭载了氢燃料电池和锂离子电池的插电式混动系统。由400片燃料电池单体组成的金属极电堆峰值功率75 kW，锂离子电池组容量13.5 kW·h。与奔驰上一代燃料电池汽车相比，新一代燃料电池系统体积减少约30%，贵金属铂催化剂使用率降低90%。基于全球标准化的70 Mpa储氢瓶技术，奔驰GLC F-CELL搭载的2个氢瓶分别位于底盘和后排座椅下方，储氢容量达到4.4 kg。新车采用后轮驱动，位于后轴的异步电机最大功率达160 kW(217 hp)，峰值扭矩375 N·m。在锂离子电池组满电情况下，NEDC循环工况续航里程达到487 km，其中纯电续航里程50 km，纯氢续航里程437 km。此外，插电混动系统配备了7.4 kW功率充电器，可在1.5小时内将电池容量从10%充至100%。(2019年9月最新戴姆勒官方数据)

奔驰GLC F-CELL燃料电池SUV有多种运行模式和驾驶模式。运行模式包括4种：混动模式、燃料电池(纯氢)模式、锂电池(纯电)模式和充电模式；驾驶模式包括3种：经济模式、舒适模式和运动模式。混动模式中，燃料电池组工作在最佳效率区间，功率峰值由锂离子电池组提供；燃料电池模式下，车辆行驶动力仅依赖氢气，锂离子电池组通过从燃料电池获取能量保持SOC不变，该模式适用于长距离稳态巡航；锂电池模式适用于短距行程，动力仅靠锂电池组提供；高压锂电池组充电享有优先权，氢气容量耗至限值前优先给锂电池组充电至满电。

 

 

奔驰GLC F-CELL混合动力系统

 

 

奔驰GLC F-CELL车载燃料电池系统

 

 

 

 

 

 

 

 

奔驰GLC F-CELL车载燃料电池系统分解

与现代NEXO、本田Clarity燃料电池汽车相同，奔驰GLC F-CELL燃料电池混动SUV同样将高度集成化的燃料电池系统置于发动机舱，燃料电池发动机主要包括75kW燃料电池堆、电动涡轮增压空压机、膜式加湿器、氢循环、升压转换器、空气滤清器、离子交换器、12V水泵和燃料电池控制单元等。

 

 

奔驰GLC F-CELL车载燃料电池发动机

奔驰GLC F-CELL燃料电池SUV搭载带有废气能量回收的电动涡轮增压空压机，通过将电动增压和电堆出口废气涡轮增压有机结合，提高燃料电池系统效率(尤其在低负荷区间)。采用无油空气轴承，提高燃料电池耐久性和可靠性。通过全新设计和开发，该型电动涡轮增压空压机体积、重量、振动和噪音全面降低。

 

 

奔驰GLC F-CELL电动涡轮增压空压机

 

 

奔驰GLC F-CELL电动涡轮增压空压机内部

 

 

奔驰GLC F-CELL螺杆压缩机和涡轮增压空压机对比

升压转换器主要作用是使燃料电池堆输出电压适应变化的车载高压。奔驰GLC F-CELL燃料电池SUV搭载的DC/DC效率极高，超过98%。奔驰报道，在低温暖机过程中，该型DC/DC可以大大降低燃料电池电压，短暂性释放热量，加速燃料电池温度提升。

 

 

奔驰GLC F-CELL升压转换器

通过采用化学成分改善的超薄质子交换膜强化质子传导效率、优化金属极板流场气体分配、调节运行条件等措施，与上一代燃料电池汽车相比，奔驰最新GLC F-CELL燃料电池堆的极限电流密度增加了近一倍。

 

 

奔驰GLC F-CELL燃料电池堆实物

 

 

奔驰两代燃料电池汽车电堆性能对比

此外，奔驰GLC F-CELL为提升燃料电池系统功率密度，对相关零部件进行了高度集成开发，比如对进气端板集成化，即将水气进出歧管和氢气再循环分配板高度总成；集成多个空气部件，如加湿器和水气分离器集成等。

 

 

多功能端板

 

 

加湿器和水分离器组件