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  何种能源系统是汽车动力的最优解?不同的人站在不同的立场有着不同的答案,而现实也正是如此,不同的用车需求、不同的用车环境以及不同国家差异性的政策引导等让原本单一的汽车动力系统开始呈现出巨大的差异性。宝马汽车现在已经完成了燃油、插电式混动以及纯电动驱动系统的布局,氢燃料电池系统将会是宝马动力系统中的一块新拼图。

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宝马新能源规划

  2007年,宝马集团启动了“Project i”项目,开始了以量产为目的的新能源车研发。在过去的13年间,宝马i3/i8以及众多插电混动车型纷纷亮相,未来还将不断拓展车型阵列。预计到2023年,宝马集团将累计推出25款电动车型,其中至少12款为纯电动车型。

宝马氢燃料电池

  在推进新能源化的过程中,宝马集团除了在纯电动以及插电式混动驱动系统上投入了大量的研发精力外,还与丰田就燃料电池技术展开积极合作。在宝马看来,仅靠一种能源动力难以满足所有人的用车需求,多种类能源动力并存的形式是当下最好的解决方案。

  宝马与丰田双方从2013年开始就不断深化合作,积极开展燃料电池技术的研发和产业化。2019年法兰克福车展上,宝马发布了旗下氢燃料电池概念车BMW i Hydrogen NEXT,该车辆便搭载了宝马和丰田合作研发的氢燃料电池,这款车的推出展示了宝马通过部署氢燃料电池技术来补充其电动汽车产品组合的能力。

氢燃料电池动力系统技术解析

  最近,宝马展示了BMW i Hydrogen NEXT燃料电池系统的诸多细节,通过这些细节我们可以对宝马未来量产的氢燃料电池汽车有更多的了解。

  BMW i Hydrogen NEXT燃料电池车是以现款宝马X5为原型车改装而来,燃料电池动力系统由于存在体积相对较大的储氢罐,乘员舱体积较大的SUV车型是搭载燃料电池动力系统的绝佳车选。宝马计划在2022年推出以现款X5为原型车打造的氢燃料电池车,根据市场需求以及政策引导等情况,大规模量产有望在2025年之后实现。

宝马氢燃料电池技术

  宝马氢燃料电池系统主要由5部分组成,分别是位于传统燃油车发动机舱位置的燃料电池反应堆以及电流转换器,位于车辆底盘位置的储氢罐以及位于车辆尾部的能量电池和集成式电驱系统。

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  燃料电池反应堆通过让氢气和空气中的氧气发生化学反应产生电能,其最大可以提供125kW(170Ps)的能量输出,燃料电池反应堆产生的电能在经过电流转换器后可以达到与动力电池或电机驱动系统相同的电压水平,这些电能会首先传递到车辆尾部的峰值能量电池,经过电池之后再传递到电机驱动系统。此时,峰值能量电池相当于一个小型的能量中转站,多余的电能可以储存起来,当车辆负载过大时,电池可以补充额外的能量,辅助燃料反应堆供给电能。当然,车辆在减速或刹车过程中产生的回收能量也会被储存到峰值能量电池中。

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  BMW i Hydrogen NEXT燃料电池车的储氢罐是自主开发,其具备密封、耐高压、防撞等特性,一般由碳纤维或者玻璃纤维钢等材质作为罐体的主要组成部分,目前储氢罐的制作技术在行业内已经比较成熟。根据不同的车体结构,储氢罐的大小、数量以及布置位置可以做出灵活的改变。当然,相比传统燃油车的油箱或者纯电动汽车的电池包而言,储氢罐的体积要大上不少,圆柱形的外型也意味着空间难免存在一定的浪费情况,这就意味着车体空间较大的SUV车型或者旅行车型更适合采用氢燃料电池动力系统。

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  前面有提到,峰值能量电池相当于一个能量中转站,多余的能量可以储存起来,当车辆动力输出较大而燃料反应堆无法提供充足电能时,峰值能量电池会起到辅助的作用,在峰值能量电池的辅助下,整套动力系统可以输出275kW(374Ps)的峰值功率。BMW i Hydrogen NEXT燃料电池车的驱动系统采用了宝马最新的第五代eDrive驱动电机,其采用了高度集成式设计,具备非常小的体积,可以与能量电池包一起非常方便地布置在车辆的后轴处。

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  目前氢燃料电池量产车主要是由丰田、本田以及现代等日韩企业生产,氢燃料电池动力系统的总体构造不同车企之间其实大同小异,宝马在与丰田合作的过程中保留了自身一定的特色,将驱动电机布置在了车辆的后轴处,延续了后轮驱动的传统。

宝马氢燃料车研发历史回顾

  宝马研制氢燃料车的历史其实最早可以追溯到1979年。当年,宝马以E12 5系为原型,将其搭载地3.5L直喷发动机进行了改造,使其既可以将汽油作为燃料也可以将液氢作为燃料。2005-2007年间,宝马又对E66 7系进行了改造,推出了Hydrogen 7车型。

宝马氢燃料电池技术

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  早年间,宝马的氢动力车型更多是将液氢作为燃料,直到2013年宝马才正式研发氢燃料电池,并于当年推出了以i8为原型车改造的氢燃料电池测试车。

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氢燃料电池车目前所面对的困境

  如同纯电动汽车在起步阶段所遇到的困境,氢燃料电池车的普及也面对众多挑战。首先是现阶段大多数国家都没有相应的政策引导,没有相应的资金补助,科创企业和车企发展氢燃料电池车的意愿并不强烈。另外,氢燃料电池车虽然具备补充能源快的优点,但是能源补充站点的数量和密度非常低,这就造成了其相比传统燃油车和新兴纯电动汽车都不占优势的局面。再者,目前氢燃料电池车的成本还较高,要想大规模普及,降本是根本所在。当然,随着氢燃料电池车保有量的逐渐增多,其发生事故的数量也会逐渐增大,届时消费者对其产生的批判与顾虑也是可以预料之中的。氢燃料电池车的普及任重而道远。

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  编辑点评:在新能源化进程中,宝马算是传统车企尤其是豪华汽车品牌中转型最为迅速、改革力度最深的车企了,涉足氢燃料电池领域是继续深化新能源改革的重要举措,传统燃油、纯电动、插电式混动以及氢燃料电池的动力布局让宝马面对未来变革有了从容应对的底气。

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