Audi A7 Sportback h-tron quattro Concept
S jedním tankováním ujede přes 500 kilometrů (310,7 mi) a z výfuku mu kape jen pár kapek vody: A7 Sportback h-tron quattro využívá výkonný a sportovní elektrický pohon s palivovým článkem jako zdrojem energie, v kombinaci s hybridní baterií a dalším elektromotorem vzadu. Díky této konfiguraci je bezemisní Audi A7 Sportback h-tron quattro skutečně quattro, s výkonem 170 kilowattů – což je v oblasti vozů s palivovými články novinka. Mezi přední a zadní nápravou není žádné mechanické spojení. Jako e-quattro má A7 Sportback h-tron quattro plně elektronické řízení rozdělení točivého momentu.
V režimu palivového článku spotřebuje A7 Sportback h-tron quattro na 100 kilometrů (62,1 mi) jen asi jeden kilogram (2,2 lb) vodíku – jeho energetický obsah odpovídá 3,7 litrům (1,0 US gal) benzinu. Kapacita nádrže umožňuje dojezd přes 500 kilometrů (310,7 mi).
Stejně jako u auta s klasickým spalovacím motorem trvá tankování přibližně tři minuty. Dojezd navíc prodlužuje baterie s kapacitou 8,8 kilowatthodin, kterou lze dobíjet rekuperací nebo ze zásuvky. Jako plug-in hybrid tak A7 Sportback h-tron quattro disponuje důležitou rezervou dojezdu.
Zrychlení z 0 na 100 km/h (62,1 mi) zvládne za 7,9 sekundy a maximální rychlost je 180 km/h (111,8 mph). S dojezdem přes 500 kilometrů (310,7 mi) na jedno tankování a emisemi omezenými na pár kapek vody představuje A7 Sportback h-tron quattro, který Audi představuje na autosalonu v Los Angeles 2014, výkonný a sportovní elektrický pohon s palivovým článkem jako zdrojem energie, doplněný hybridní baterií a dalším elektromotorem vzadu. Celkový elektrický výkon 170 kW je přenášen na přední i zadní kola. Tato konfigurace dělá z bezemisního Audi A7 Sportback skutečné quattro – což je novinka mezi vozy s palivovými články.
„A7 Sportback h-tron quattro je opravdové Audi – zároveň sportovní a efektivní. Navržené jako e-quattro, jeho dva elektromotory pohánějí všechna čtyři kola,“ vysvětlil Prof. Dr. Ulrich Hackenberg, člen představenstva Audi odpovědný za technický vývoj. „Koncept h-tron ukazuje, že jsme zvládli technologii palivových článků. Jsme připraveni zahájit výrobu, jakmile bude trh a infrastruktura připravena.“
„h“ v názvu h-tron označuje chemický prvek vodík. Z vizuálního hlediska technologie, které Audi přivezlo na autosalon v Los Angeles, prakticky odpovídají sériovým modelům. Jak nálepka s označením h-tron naznačuje, tento koncept se řadí vedle dalších Audi s alternativními pohony, tedy e-tron a g-tron. Navenek není na voze žádný jiný důkaz o palivovém článku, který přeměňuje vodík na elektrickou energii přímo na palubě.
Klíčové rozdíly se skrývají pod kapotou A7 Sportback: palivový článek v technologickém demonstrátoru Audi je umístěn vpředu, stejně jako u klasického A7 Sportback se spalovacím motorem. Výfukový systém, který odvádí pouze vodní páru, je proto vyroben z lehkého plastu.
Palivový článek sestává z více než 300 jednotlivých článků, které dohromady tvoří tzv. stack. Jádrem každého článku je polymerová membrána, na jejíž obou stranách je katalyzátor na bázi platiny.
Takto palivový článek funguje: vodík je přiváděn k anodě, kde se rozkládá na protony a elektrony. Protony procházejí membránou k katodě, kde reagují s kyslíkem ze vzduchu a vzniká vodní pára. Elektrony pak mimo stack dodávají elektrickou energii – napětí jednotlivého článku se pohybuje mezi 0,6 až 0,8 volty v závislosti na zatížení.
Celý palivový článek pracuje v rozsahu napětí 230 až 360 voltů. Mezi hlavní pomocné systémy patří:
Tyto komponenty mají vysokonapěťový elektrický pohon a jsou napájeny palivovým článkem.
Pro nezbytné chlazení palivového článku je k dispozici samostatný chladicí okruh. Výměník tepla a termoelektrický, samoregulační přídavný topný článek udržují v kabině příjemnou teplotu.
Palivový článek, který pracuje při teplotách kolem 80 stupňů Celsia, klade na chlazení vozu větší nároky než srovnatelný spalovací motor, ale dosahuje účinnosti až 60 procent – téměř dvojnásobku oproti klasickému spalovacímu motoru. Studený start je zaručen až do -28 stupňů Celsia.
Specifikem A7 Sportback h-tron quattro je jeho plug-in hybridní koncept – logický vývoj po testovacích vozech Audi A2 H2 a Q5 HFC. Na palubě má lithium-iontovou baterii, kterou lze dobíjet ze zásuvky; s kapacitou 8,8 kWh byla převzata z A3 Sportback e-tron. Je umístěna pod zavazadlovým prostorem a má samostatný chladicí okruh pro řízení teploty.
Tato výkonná baterie je ideálním partnerem pro palivový článek. Umožňuje ukládat energii získanou rekuperací při brzdění a dodávat výrazný výkon pro dočasné zvýšení výkonu. To umožňuje působivé zrychlení a dělá z A7 Sportback h-tron quattro skutečné quattro. Přední i zadní náprava nemají žádné mechanické spojení pro přenos výkonu. V případě prokluzu lze točivý moment obou poháněných náprav elektronicky řídit a plynule upravovat.
Na baterii ujede Audi A7 Sportback h-tron quattro až 50 kilometrů (31,1 mi). Baterii vzadu lze dobíjet ze zásuvky. Podle napětí a proudu trvá plné dobití od dvou hodin (průmyslová zásuvka/360 voltů) do čtyř hodin (domácí zásuvka 230 voltů).
Baterie pracuje na jiném napěťovém úrovni než palivový článek. Proto je mezi oběma komponenty DC/DC měnič. Tento tříportový měnič je umístěn za stackem. V mnoha provozních režimech vyrovnává napětí, což umožňuje elektromotorům pracovat s maximální účinností až 95 procent.
Výkonová elektronika vpředu i vzadu přeměňuje stejnosměrný proud z palivového článku a baterie na střídavý proud pro samostatný pohon přední a zadní nápravy.
Dva elektromotory, chlazené nízkoteplotním okruhem společně s měniči napětí, jsou synchronní stroje s trvalým magnetem. Každý má výkon 85 kW, případně 114 kW při dočasném zvýšení napětí. Maximální točivý moment je 270 newtonmetrů (199,1 lb-ft) na elektromotor.
Skříně elektromotorů obsahují planetové převody s pevným převodovým poměrem 7,6:1. Součástí systému je mechanická parkovací brzda a diferenciál.
Jízda v Audi A7 Sportback h-tron quattro nabízí plný zážitek z elektrického pohonu v kombinaci s novým e-quattro. Tichý pohon je k dispozici okamžitě a palivový článek dosahuje maximálního výkonu během jedné sekundy při plném zatížení – což je dynamičtější reakce než u spalovacího motoru, protože celý pohon obsahuje jen pár mechanických částí.
S 540 Nm (398,3 lb-ft) hnací síly a hmotností kolem 1 950 kilogramů (4 299,0 lb) zrychlí Audi A7 Sportback h-tron quattro z nuly na 100 km/h (62,1 mph) za 7,9 sekundy. Maximální rychlost 180 km/h (111,8 mph) patří k nejlepším v dané kategorii. Koncept e-quattro vyžaduje přesnou koordinaci elektromotorů – technologický demonstrátor nabízí sportovní, stabilní a vysoce trakční jízdu srovnatelnou se sériovým vozem s mechanickým pohonem quattro.
Měřič výkonu – místo otáčkoměru v budících – informuje řidiče o aktuálním průtoku energie. Vnější části ukazují stav paliva v nádrži na vodík a úroveň nabití baterie. Grafika na monitoru MMI vizualizuje tok energie. Po stisknutí tlačítka EV jede vůz výhradně na baterii.
Přepnutí z automatického režimu D do S zvyšuje míru rekuperace při brzdění, takže se baterie účinně dobíjí i při sportovní jízdě. Brzdění probíhá téměř vždy plně elektricky: elektromotory fungují jako generátory a přeměňují kinetickou energii vozu na elektrickou, která se ukládá do baterie. Čtyři kotoučové brzdy se zapojují jen při silnějším nebo nouzovém brzdění.
Víčko nádrže je na pravé straně pětidveřového kupé a skrývá plnicí konektor pro vodík. Plné natankování trvá asi tři minuty, tedy přibližně stejně jako u běžného auta. Nádrže komunikují s tankovacím systémem přes infračervené rozhraní a vyrovnávají tlak i teplotu.
Čtyři vodíkové nádrže Audi A7 Sportback h-tron quattro jsou umístěny pod podlahou zavazadlového prostoru, před zadní nápravou, v centrálním tunelu. Vnější plášť z uhlíkových vláken (CFRP) obaluje vnitřní hliníkovou nádrž. Nádrže pojmou asi pět kilogramů vodíku při tlaku 700 barů – což stačí na dojezd přes 500 kilometrů (310,7 mi). Podle cyklu NEDC je spotřeba přibližně jeden kilogram (2,2 lb) vodíku na 100 kilometrů (62,1 mi) – což odpovídá energetickému obsahu 3,7 litrů (1,0 US gal) benzinu.
Audi A7 Sportback h-tron quattro už nyní jezdí s nulovými lokálními emisemi. Díky využití obnovitelného vodíku může být globálně provozován jako vůz bez emisí: od roku 2013 Audi provozuje pilotní závod, kde se vodík vyrábí elektrolýzou z obnovitelné větrné energie. Tento vodík se zatím používá v dalším výrobním procesu k získání syntetického metanu (Audi e-gas). Budoucí možností je začlenění tohoto vodíku do sítě zásobování a čerpacích stanic, což by umožnilo tankování vozů s palivovými články. To je perspektivní cesta k udržitelné mobilitě bez emisí.
