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宝马为什么突然秀起「氢」功?

时间:11-27 来源:最新资讯 访问次数:33

宝马为什么突然秀起「氢」功?

汽车综合11月23日报道 每次在网上看到吐槽电动车的内容,总会有网友在抖机灵。补能3分钟,续航500公里,这不就是汽油么?还真不是只有汽油,比如,如果给汽车加氢气,也能这么快,这就是氢燃料电池汽车。「能不能发明这么一种燃料,补能3分钟,续航500公里?」提到氢燃料电池汽车,总避不开两位大佬:一位是高举氢气大旗的丰田章男;另一位就是公开说「氢气是智商税」的马斯克。他们也分别代表了两种鲜明的大众观点:一方说,氢气才是真的低碳环保;另一方说,氢气那么难搞,万一爆炸了怎么办?如果说手握氢燃料电池专利半壁江山的丰田章男和以纯电技术起家的马斯克代表了各自擅长的立场,那这个世界上总有没那么非黑即白的技术派,比如,一直坚持两手都要抓、两手都要硬的宝马。前不久,宝马把首批iX5氢燃料电池汽车带到了中国,让大家体验了一下这批补氢4分钟、续航504公里的氢燃料电池汽车。作为德国首个加入「1.5°C控温目标行动」的汽车制造商,宝马集团在其可持续发展战略的指引下不断推进电动化转型。这款BMW iX5氢燃料电池车还出现在了进博会,体现了宝马倡导的开放技术路线,以及战略性推进未来零排放出行的实践。如今,纯电动车几乎已经成了发展的大势所趋,宝马也在全力以赴电动化,并于今年早些时候公布了新世代车型产品规划,那宝马为什么依然坚持推进氢燃料电池汽车的研发?氢燃料电池汽车现在发展到了哪一步?「未来能源之王」艰难的上车之路提到氢气,很多人的第一反应就是:燃烧后的产物只有水,没污染,氢气才是真正的零碳排放。走向碳中和目标,氢气似乎才是未来能源之王。这样来看,如果直接把氢气当作汽车燃料,不是少走了几十年弯路么?恭喜你,不只你这么想,上百年前的工程师们也是这么想的。说起用氢气驱动汽车的历史,比汽油发动机早多了。早在二百年前的1807年,瑞士人弗朗索瓦·伊萨克·德里瓦斯就通过点燃气球里的压缩氢气来驱动汽车前进,这比我们熟知的卡尔·奔驰发明第一辆汽车早了近80年。随后的近百年里,尽管燃油车是这个世界的主流,依然有不少人在传承德里瓦斯的理念,用氢气驱动汽车。比如,上世纪(参数丨图片)七十年代正值第一次石油危机,各家车企们也开始研究起了氢能源汽车。宝马就在1979年推出来自己的第一辆氢能源汽车BMW 520h,在搭载3.5L发动机的5系上放入了超绝缘低温储氢罐,相当于让发动机既可以烧汽油,也可以烧液态氢。这种类型的汽车有一个统一的名字:氢内燃机汽车。也就是汽车动力系统结构与燃油车类似,用烧氢气代替烧汽油来驱动汽车。但是,直接用内燃机烧氢气,一辆车既要背着发动机,也要背着储氢罐,续航通常只有200公里,零百加速却慢到接近10秒,而且氢气在发动机中容易与金属直接接触,让金属发生「氢脆」反应,影响汽车寿命。因此,这时候氢能源汽车只剩下了一条路:利用氢气与氧气发生反应驱动车辆行驶,也就是氢燃料电池汽车。如今提到的氢能源汽车,不论是丰田MIRAI、还是BMW iX5氢燃料电池车,都是采用氢燃料电池。2013年,宝马与当时手握了全球近50%氢燃料电池专利的丰田合作,联合开发氢燃料电池技术的驱动系统。如今,宝马集团从丰田汽车公司采购燃料电池单体,燃料电池系统和车辆本身的开发和生产将由宝马集团进行。比如,高性能燃料电池系统由位于慕尼黑的氢能技术中心生产;电堆壳体在宝马集团兰茨胡特工厂的轻金属铸造车间制造;为燃料电池电堆输送氢气和氧气的压力板同样来自于兰茨胡特工厂;BMW iX5氢燃料电池车则在宝马集团位于慕尼黑研究创新中心(FIZ)的试制产线中生产制造。从2013年至今,这十年来宝马在氢燃料电池汽车领域的进展飞速:2016年宝马的i8氢燃料电池汽车续航只有310km;到了十年后在国内亮相的BMW iX5氢燃料电池车,WLTP工况续航已经达到504km,最大功率295kW,零百加速不到6s;从参数上来看与如今主流电动车性能相当。氢气这个未来能源之王的上车之路在一步步接近。「吸」氢排水是如何实现的?氢燃料电池汽车,概括来说就是「吸」氢排水——用氢气作为原料,在燃料电池内发生电化学反应,输出电力驱动电机工作,同时排出尾气就是水。虽然原理说起来很简单,但是实际上却是困难重重。比如,很多人提到氢气的第一反应:怎么确保安全?背着「氢气包」出门,是不是有爆炸的风险?同时,燃料电池现发生反应现发电,动力响应速度通常不会像纯电动车一样即踩即有,那怎么让氢燃料电池的动力响应像电动车一样快呢?作为燃料电池反应的核心部件电池电堆,需要5吨的压力被封装上车,如何将系统集成化,用在不同车型?……这一系列的问题,都是「吸」氢排水的氢燃料电池汽车需要提前解决的问题。我们试图在这次宝马试点的iX5氢燃料电池车上找找答案。简单来看,BMW iX5氢燃料电池车的动力系统有点像一套氢燃料电池与动力电池的混动系统,由两个储氢罐、一个高性能燃料电池、一个高效率电机构成。首先要解决氢气安全的问题。为了保证氢气存储的安全,宝马采用的储氢罐由碳纤维增强复合材料(CFRP)制成,压力达到700巴(70兆帕)。根据此前行业内的测试,碳纤维增强复合材料的储氢罐能承受5mm以下口径的子弹冲击;而且由于氢气密度足够小,就算发生泄露也能迅速向上方扩散,在空旷的室外安全性比较高。iX5搭载的两个碳纤维增强复合材料储氢罐可以容纳近6kg氢气,这些氢气能支撑续航里程504km。储氢罐内的氢气经过一系列处理后,在燃料电池内发生反应,可以提供125kW(179马力)的动力。同时,为了弥补氢燃料电池响应速度不够快,这套系统也配了一块高功率动力电池,电量不超过5kWh,可以提供最高170kW的瞬时功率。这块动力电池既可以回收制动回收系统产生的电量,当车辆需要提速超车时,也可以与燃料电池一起提供动力,让第五代BMW eDrive系统输出295kW的最大功率,零百加速6s,保证了宝马独有的驾驶体验。这样,燃料电池车就既兼顾了补能快、续航长、零排放,也能拥有纯电动车动力快速响应的动力体验。电氢双押宝马为什么要两条腿走路?「2030年实现纯电动车累计交付1000万辆。」这是今年年初的财报会上,宝马给自己立下的目标。在一众传统豪华品牌中,宝马在电气化转型上的动作一向比较激进,电动车也成了如今大局已定的发展趋势。既然如此,宝马为什么还要坚持布局燃料电池汽车呢?「纯电驱动技术和氢燃料电池技术不是非此即彼的竞争关系,两种技术是相互补充共同发展。」宝马集团氢燃料电池技术及汽车项目负责人Juergen Guldner这样回答。在他看来,纯电动车与燃料电池汽车是相辅相成的存在,它们有各自的优点,能满足不同用户在不同场景下的需求。比如,对于有长途出行需求、充电不方便的用户,或者在极寒冷地区的用户,纯电动车并不是最优解,这时候加氢快速便捷的氢燃料电池汽车就是一个比较好的选择。BMW iX5氢燃料电池车按照量产标准完成了所有必要开发步骤,而这次宝马组织了近100辆iX5氢燃料电池工程车在欧洲、日本、韩国、美国等地测试。无论是极端低温的北极圈,还是45℃的高温沙漠路况,事实证明氢燃料电池汽车能经受极端高温和极端寒冷条件的考验。当然,提到氢燃料电池汽车,无法忽视的一个问题就是:如何加氢?与纯电动车一样,基础设施直接影响了氢燃料电池汽车的体验。根据国际氢能委员会截至2023年3月的统计,全球活跃的加氢站点超过1000个,其中亚太地区最多,有超过650个,欧洲和中东地区276个。这个数字与加油站和充电站比少了不止一个数量级。但是宝马也算过这样一笔经济账:同时对比建充电站和加氢站,充电站早期的成本低,因为必要的电网升级,充电基础设施的成本随着需要充电车辆数量的增加呈非线性增长;加氢站则是相对平稳增长。这意味着,展望2040到2050年,如果所有交通实现零排放,无论是德国还是欧洲,组合建设比单独一种技术路径建设要更便宜。与百分之百建设充电设施相比,充电设施和加氢站基础设施混合建设更具有成本优势。当然,对于如今充电已经比较方便的国内来说,建加氢站也不是没有意义。我们熟悉的中石化就计划「十四五」期间建1000家加氢站,这些加氢站既可以为乘用车加氢气,也可以为氢能的公交车、货车等商用车加氢气。伴随着基础设施的建设,氢燃料电池汽车未来发展大有可为。最后如今来看,氢燃料电池汽车的商业化落地依然有着这样那样的困境:比如,如今氢气的价格并不便宜;真正环保的「绿氢」在国内占比很少;加氢站跑遍一整个城市都难找…… 这些都导致了氢燃料电池汽车尽管突飞猛进,但想跟纯电动车掰手腕显然还不是对手。因此,难免有这样的疑问:现在研究氢燃料电池汽车还有意义么?半个世纪前,宝马生产了第一台爷爷辈的纯电动车——BMW 1602e。当年看这台纯电动车,就跟如今看燃料电池汽车一样:充电难、价格贵、没有燃油车方便。但这辆车让宝马实现了电动化技术的原始积累,并在几十年后当电动车成为市场主流时,宝马能够第一时间向电动化转型。如今宝马对氢燃料电池汽车的研究也有同样的意义。氢能源的前景,远不止与我们熟悉的小轿车和SUV,在卡车、巴士、船舶、飞机上,环保、补能快的特点都让氢气依然是未来最适合的清洁动力之一,它们在氢燃料电池系统的底层技术也是相通的。宝马如今在纯电和氢能领域的双押,为未来的技术留下一手宝贵的盖牌。

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