Audi présente le démonstrateur technologique A7 Sportback h-tron quattro à pile à combustible à l'occasion du salon de l'automobile de Los Angeles 2014.

L'Audi A7 Sportback h-tron quattro utilise un système électrique puissant avec comme source d'énergie une pile à combustible associée à une batterie hybride et un moteur électrique supplémentaire à l'arrière.

L'Audi A7 Sportback h-tron quattro est équipée d'une transmission intégrale quattro avec une puissance disponible de 170 kilowatts transférée aux roues avant et arrière.

Il n'y a pas de connexion mécanique entre les essieux avant et arrière. En tant qu'e-quattro, la distribution du couple de l'Audi A7 Sportback h-tron quattro sur les quatre roues est gérée électroniquement.

L'A7 Sportback h-tron couvre 500 km avec un plein d'hydrogène et n'émet rien de plus que quelques gouttes d'eau.

En mode pile à combustible, l'Audi A7 Sportback h-tron quattro ne nécessite qu'1 kg d'hydrogène pour couvrir 100 km selon le cycle NEDC, soit l'équivalent de 3,7 litres d'essence. Si elle utilise de l'hydrogène renouvelable, l'Audi A7 Sportback h-tron quattro est une voiture zéro émission de CO2.

La pile à combustible est installée à l'avant, comme le moteur traditionnel dans l'Audi A7 Sportback. Le système d'échappement est composé de plastique léger car il n'évacue que de la vapeur d'eau. La pile à combustible contient plus de 300 éléments individuels qui forment ensemble une pile. Le cœur de chacun de ces éléments est une membrane en polymère. On trouve un catalyseur en platine de chaque côté de la membrane.

La pile à combustible fonctionne ainsi que: l'hydrogène est envoyé à l'anode, où il est divisé en protons et électrons. Les protons se déplacent dans la membrane jusqu'à la cathode, où il réagissent avec l'oxygène présent dans l'air pour former de la vapeur d'eau. Quant aux électrons hors de la pile, ils fournissent l'énergie électrique. Selon le niveau de charge, le voltage est de 0,6 à 0,8 volts.

La pile à combustible entière opère à un voltage entre 230 et 360 volts.

Le circuit de refroidissement pour le refroidissement de la pile à combustible est séparé. La pile à combustible, qui fonctionne à des températures pouvant varier de 80° Celsius nécessite plus de refroidissement qu'un moteur à combustion équivalent, mais atteint une meilleure efficience de 60%, soit près du double du moteur à combustion conventionnel. Elle peut démarrer à moins 28° Celsius.

Comme sur une voiture avec un moteur à combustible, faire le plein ne prend pas plus de trois minutes. Par contre, cela nécessite une infrastructure de recharge à l'hydrogène dédiée.

Les quatre réservoirs d'hydrogène de l'Audi A7 Sportback h-tron quattro peuvent stocker environ 5 kg d'hydrogène à une pression de 700 bar. Ils sont situés sous le coffre, devant l'essieu arrière, dans le tunnel central. Une enveloppe en carbone recouvre la coque intérieure en aluminium.

L'Audi A7 Sportback h-tron quattro, en tant que plug-in hybrid, aura une autonomie supplémentaire importante en réserve.

L'autonomie est boostée jusqu'à 50 km par une batterie lithium-ion d'une capacité de 8,8 kW-heure, qui est rechargée par récupération ou alternativement par une prise électrique. Selon le voltage, une recharge complète prend entre deux (prise industrielle 360 volts) et quatre heures (prise domestique 230 volts).

La batterie lithium-ion est située sous le coffre et bénéficie d'un circuit de refroidissement séparé. La batterie haute-performance peut stocker l'énergie récupérée au freinage et fournir de la puissance à l'accélération. Si la voiture glisse, le couple peut être contrôlé électroniquement et ajusté  sur les deux essieux.

La batterie opère à différents niveaux de voltage jusqu'à la pile à combustible. Un convertisseur DC (DC/AC) est placé entre les deux composants. Un convertisseur tri-port est placé derrière la pile. Il équilibre le voltage, permettant aux moteurs électriques de fonctionner à leur efficience maximale de 95%.

L'électronique à l'avant et à l'arrière du véhicule transforme le courant direct de la pile à combustible et la batterie en courant alternatif pour que les moteurs électriques alimentent les essieux avant et arrière séparément.

Les deux moteurs électriques, qui sont refroidis par un circuit basse-température avec le convertisseur de voltage sont des machines synchrones activées de manière permanente. Ils ont chacun une puissance de 85 kW, ou même 114 kW lorsque le voltage est temporairement élevé. Le couple maximal est de 270 Nm par moteur électrique.

Avec une puissance de propulsion de 540 Nm, l'Audi A7 Sportback h-tron quattro, qui pèse environ 1 950 kg, réalise le 0 à 100 km/h en 7,9 secondes. Sa vitesse maximale est de 180 km/h.

La voiture à pile à combustible d'Ingolstadt est prête à prendre la route de l'hydrogène.

« Le concept h-tron montre que nous avons aussi maitrisé la technologie de la pile à combustible. Nous pourrons lancer le processus de production dès que le marché et les infrastructures seront prêts. » explique Prof. Dr. Ulrich Hackenberg, membre du directoire de Audi en charge du développement technique.