关于奔驰GLCF-Cell燃料电池的性能分析

戴姆勒旗下梅赛德斯-奔驰新问世的车型GLC F-Cell，标志着世界上第一款采用氢燃料与锂电池的混合动力车成功诞生。

在2017年法兰克福国际车展IAA上公布新款奔驰GLC F-Cell试生产车型后，奔驰倾力将该款SUV视作零排放道路行驶汽车的里程碑。给予与EQ相同的动力标志，GLC F-Cell形成了戴姆勒未来出行互联化、自动化、共享服务化、电动化（CASE）战略的一部分。从现在到2022年之间，奔驰计划推出10款纯电动车。

世界上第一款插电式混合动力车型GLC F-Cell结合了氢燃料电池和锂电池技术。试制车型携带的两个碳纤维充气瓶，可以装载4.4 kg的氢燃料，充气瓶布置在底盘下方，在重新加气之前，可以使汽车行驶437 km。一块安装在车尾的9 kW·h锂离子电池能够辅助驱动车辆行驶49 km。总体而言，该款电动汽车，可提供的功率为147 kW，输出的扭矩为350 N·m，综合续航里程为486 km。

据戴姆勒燃料电池总监所言，奔驰在GLC上配置该动力总成并不难，因为GLC是奔驰销量最好的车型之一，其开发的项目周期（4到5年）非常接近传统的燃油车，戴姆勒无需额外开发一个新的汽车平台去适应燃料电池动力总成。

1 燃料的深思

GLC F-Cell采用全新的燃料电池系统，与2010年上市的B级燃料电池相比，GLC F-Cell整个驱动系统提供的功率输出要高出40%。据报道，该车型相比前代同款车型，其紧凑性提高了30%，可将整个动力总成布置在发动机舱，如同一款传统发动机的标准布置方式。同时燃料电池中使用的铂金属减少了90%，从而可以节约资源，降低成本。

与传统动力的GLC一样，燃料电池车将在德国不莱梅生产。而燃料电池堆则与加拿大温哥华的福特车用燃料电池合资公司进行合作开发，燃料电池系统的生产在梅赛德斯-奔驰燃料电池生产设备上生产，车间位于不列颠哥伦比亚的本拿比附近。

而且，燃料电池单元和氢气储存系统由位于巴登的戴姆勒子公司NuCellSys进行生产，同时负责装配燃料电池系统的戴姆勒总部也在巴登。氢气储存系统由戴姆勒的曼海姆车间生产制造，锂离子电池则来自戴姆勒全资子公司ACCUmotive，位于Saxony的卡门茨。

据奔驰透露，锂电池的尺寸部分设计由当前氢燃料加气站的密度决定，充电基础设施的密度对电池尺寸设计有一定影响。插电式概念也充分考虑了这方面的弊端，且在未来的2～3年内，氢燃料补给设施依然并不完善。使用燃料电池，客户无需担心续航里程，但是仍有加气站数量不足之虞。奔驰将竭力消除客户对加气站的顾虑，而GLC F-Cell恰好能够真正解决该问题。

使用标准的家庭充电插口，暗线箱或者公共充电站，以及免费的7.2 kW在线充电器，大约90 min就能完成充电。采用能够承受70 MPa压力的储气瓶技术后，氢气能在3 min内重新充满。

2 动力模式

依据不同的运行模式和驱动程序，会有不同的燃料电池类型，如GLC插电式混合动力一样，对燃料电池和锂电池之间的相互作用会存在影响。GLC F-Cell的驱动程序包括经济型，舒适型和运动型，同时运行模式包括双能源混合、单燃料电池模式、单锂电池模式和充电模式。

在混合模式下，车辆能从双动力装置上获取动力来源，由锂离子电池提供峰值动力，同时燃料电池可在最佳经济范围内运行。在单燃料电池模式下，由燃料电池进行稳定功率输出。在单锂电池模式下，GLC F-Cell在纯电动模式下运行，由锂电池提供动力。在充电模式下，优先对电池进行充电，为了获得最大的续航里程，在充电前应优先加满氢燃料。

在车辆的研发阶段，所开展的试验项目包含超过500个独立试验，除了应用到奔驰汽车规定的标准试验外，还包括电驱动力总成、燃料电池和所有相关的专项试验。如从零开始开发一款燃料电池动力总成，其试验阶段非常重要，类似于发动机的开发过程。对于一款发动机而言，在确认并发现所有问题之前，例如磨损、划伤和腐蚀等，还需要内燃机运行足够的时长。

但对于一款燃料电池而言，运行时的性能表现非常重要，同时也要评估其在非运行时段的性能表现。燃料电池是一个电化学系统，意味着汽车在熄火后电池堆里的化学过程仍在继续进行。因此，需对电池系统进行严苛的试验及足够的次数。在汽车的开发过程中，由重要事故引发的试验必须通过验证。通过确定的试验项目，给系统加载额外的负荷，比如在严寒条件下汽车的冷起动。这对燃料电池膜而言，会存在一定的化学应力和热应力影响，可据此了解其工作状况。

3 碰撞试验

与安全密切相关的高压零部件，例如氢气瓶，气体密封及阀的集成需进行特别关注。比如，氢气瓶需布置在汽车半轴之间的防碰撞区域，且由一个包裹气瓶的子框架进行额外保护。在TFS进行碰撞试验期间，奔驰评估了约40多个GLC F-Cell，并进行了完备的测量，其中包括多级阀系统和高压系统的特殊保护线路。

由于在2018年GLC F-Cell需要针对市场进行选择性销售，因此奔驰已经开始对下一代车型进行预研究。目前，奔驰总监不愿意透露下一代车型的不同之处，但关于戴姆勒未来的燃料电池策略则直言不讳。

戴姆勒所有未来的燃料电池动力将是混合动力形式，并且不准备开发不采用锂电池的纯燃料电池动力总成。从技术角度来看，混合动力有着诸多优势。装备一款锂电池不仅能提升整车冷起动的性能，同时相应减少了在开环电压下的运行时间，从而延长了燃料电池的寿命。