聊聊寶馬氫燃料電池技術

 

 

○寶馬與“氫”的不解之緣

 

在找尋替代能源的路上，寶馬一直看好氫燃料電池在乘用車上的發展，不過相比燃料電池，寶馬與氫結緣的時間更早，并進行了多次嘗試。

 

伴隨全球爆發第二次石油危機，寶馬等眾多車企意識到了傳統化石能源短期不可再生的弊端，“氫”成為了替代汽油、柴油，扮演燃料角色的種子選手，也在為內燃機“續命”。

 

 

氫燃料發動機雖然在運行中沒有碳元素參與，也不產生碳排放，但燃燒產物中仍有氮氧化物，相比副產物只有水的氫燃料電池，在環保方面不夠極致。再考慮到傳統內燃機效率上的局限性，以及額外的研發與材料采購成本，不少車企開始將目光從氫燃料發動機轉移到氫燃料電池，寶馬也在涉足氫燃料電池的過程中，于2013年建立了與豐田的合作。

 

 

從試水氫燃料動力到研發氫燃料電池，寶馬在尋求零排放和替代能源的路上，與“氫”結下了不解之緣。伴隨第五代eDrive電驅系統等技術落地，寶馬量產氫燃料電池車的計劃也走向了現實。

 

○透過寶馬iX5 Hydrogen了解燃料電池車

 

伴隨燃料電池系統啟動小規模量產，今年年底前寶馬iX5(參數|詢價) Hydrogen也將初具規模，這款車最初亮相于2021慕尼黑車展，之后官方公布了部分技術細節。今年初，寶馬進行了iX5 Hydrogen的最后一輪冬季測試。

 

 

 

目前，按照類型可將燃料電池劃分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）和質子交換膜燃料電池（PEMFC）五種。其中只有堿性燃料電池（AFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）和質子交換膜燃料電池（PEMFC）可以將氫氣作為燃料。

 

憑借高功率重量比、工作溫度低和保養方便等優勢，質子交換膜燃料電池（PEMFC）受到了車企們的青睞。

 

 

參考下圖，相信大家會更好理解這個過程。

 

 

 

除了看發電功率外，衡量燃料電池系統性能還要看體積功率密度，遺憾的是，寶馬暫未公布這套燃料電池系統的更多細節。我列舉了幾款氫燃料電池系統的數據（下表），從中不難發現，豐田第二代Mirai的體積功率密度很有看點，或許寶馬iX5Hydrogen這方面也有不俗表現。

 

從上圖不難看出，氫燃料車“過火”后車身基本完整，而汽油在燃燒過程中會向下流，所以與儲氫罐搭配的“排空策略”有助于提升氫燃料車的安全性。

 

上文提到了相比電池電動車，可媲美燃油車的補能速度是燃料電池車的優勢之一，不過當儲氫罐內的氫氣被消耗殆盡時，就無法為燃料電池供氫了，所以一般情況下，用戶無法將儲氫罐里的氫完全用盡。

 

 

值得一提的是，眼下寶馬正與博世聯手開發一種扁平而非圓柱形的氫氣罐。目的是希望這種新型儲氫罐能像電池包一樣，“躺平”在車輛前后軸之間，為座艙和車內設計節約空間。

 

 

看到這，相信“眼尖”的朋友發現了一個細節，寶馬iX5 Hydrogen的氫燃料電池系統功率為125kW，電驅單元最大驅動功率為275kW，中間的差值怎么解決？

 

 

 

寶馬iX5 Hydrogen的動力電池容量為2.3kWh，較寶馬5系GT氫燃料概念車上的1kWh有了大幅提升，而行車過程中，燃料電池也會為動力電池充電，并保持后者的容量在60%-80%之間。另外，緊急情況下動力電池能支持iX5 Hydrogen純電行駛10-15km，儲氫罐壓力不足無法供氣時，它就是最后的救命稻草了。正是有了兼職放電和儲能的動力電池，燃料電池車可以說是“電-電”混動車型。

 

○氫燃料電池的前路依舊崎嶇？

 

曾在2018年計劃與現代汽車合作研發氫燃料電池汽車的奧迪，在2020年決定放棄氫燃料電池汽車，同年奔馳也宣布終止氫燃料電池乘用車的研發計劃。而受銷量低迷和配套設施不完善等因素影響，本田選擇在2021年停產CLARITY車型。

 

不過由小規模量產到實現普及，氫燃料電池車還有很長的路要走，一來是燃料電池生產成本很難在短期內快速下降，二來制氫、運氫、儲氫和加氫等配套設施還不夠完善。雖然歐洲《替代燃料基礎設施指令》（AFIR）計劃到2030年，將交通干道上的700bar（70MPa）加氫站間距縮小至150km，我國也將氫能劃入了國家重點戰略性新興產業，但目前全球氫能產業距“相對完善”的狀態還有很長距離。現階段，量產氫燃料電池車的意義，或許更多體現在技術研發與儲備方面。

 

寫在最后

 

作為新能源技術中的一環，iX5 Hydrogen的小規模量產，對寶馬的相關技術研發意義深遠。僅從目前公布的信息來看，這款車在技術上與其他氫燃料電池車大同小異，不過從中能看到寶馬對駕駛與性能的追求，而在續航和補能效率等方面，“氫”也有著比電池電動車更友好的一面。那么看官們期待氫能源走進咱們的日常嗎？歡迎在評論區給我留言哦。