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这是在科幻小说里才出现的神奇氢罐: 冰块储存在里面,完全融化需要13年; 换成沸腾的热咖啡达到能饮用的温度也要80天。 现在,它却出现在宝马氢能7系上。
氢,代号“H”,世界上结构最简单原子。两两结合后形成常温下最轻的气体――氢气。在零下253℃时液化,体积缩小到原来的1/1000。
要在常温储存液态氢,利用传统工艺需要厚迭17m的聚苯乙烯护套。那么宝马氢能7系是如何储存那8kg液氢的?
储存・“超小”型的氢罐
宝马氢能7系当然不能用17m厚的聚苯乙烯。实际上,它只是在后备厢里装了一个家用煤气罐大小的氢罐。这个氢罐采用双层壁式结构,内外箱使用了2mm厚的不锈钢板以及30mm厚的真空隔热层。配合内箱上包裹的40层铝合金箔,仅34mm厚的氢灌壁便轻松替代了厚达17m的聚苯乙烯。要知道,两者的厚度比例达1:500!
尽管氢罐高效的隔热作用可在3~5个大气压下,令液氢长时间保持在零下250℃左右的恒定温度,但仍难以避免热量的入侵。为此,宝马氢能7系还装备了一套蒸发管理系统,以限制氢罐内部的压力,并净化已蒸发的氢气。后面我们会作详细介绍。
补给・像加油一样简单
为宝马氢能7系“加氢”就像平时加油一样简单。只要按下灯光开关旁边的H2按钮,氢罐盖便自动打开。此时将氢站的加注联结器插入氢罐口,加注便会自动开始。整个加氢过程不会超过8分钟。
行驶过程中,按下转向灯开关上的独立按钮,车速表下方会显示两种燃料系统的液位和续航里程。一般来说,满罐的液氢可以保证车辆正常行驶200km以上而满箱(74L)汽油最少可以行驶500km。换算一下,燃烧大约1kg液氢的能量相当于3.6L汽油(约3kg),效率之高令人赞叹。期望未来二者的价格也能够如此“不相上下”。
实际上,凡事都需要发起者与推动者。虽然加氢站在世界范围内都不是很多,但宝马及其合作伙伴――林德集团气体事业部一直在不懈地努力。据说明年在中国的宝马氢能7系将达到10辆左右(目前全球只有100辆),我们期待中国的第一座加氢站也能藉此建立起来。
使用・一箭双雕
目前,将氢气转化为动力有两种方式:氢内燃机和氢燃料电池。前者通过燃烧做功,宝马氢能7系即如此;后者通过化学反应发电,比如北京公交正在运营的3辆奔驰大巴(CITARO Cell Bus)。一般来说,氢内燃机的功率更高,发动机更轻,而且能够低成本地实现双燃料驱动,所以特别适合轿车。而氢燃料电池驱动的电机扭矩很大,且排放物为100%的水蒸气,适合中大型车。
宝马对氢能的研究始于1978年,至今已有近30年的历史,本次小批量生产的氢能7系是其历史上首款“成熟”车型。该车发动机基于760Li的汽油动力单元,因为氢的燃烧速度比普通燃油快10倍,所以这台发动机在汽油模式下采用汽缸直喷,而氢气模式下则采用进气道喷射。
正是氢能与汽油共用一个发动机的设计,使轿车也能轻松享受氢能所带来的低排放,同时又不必整天为燃料问题而发愁。现在的加氢站网络尚未建成,倘若仅使用单一的氢能虽可以进一步降低成本,但车辆使用会受到不小的限制,我想这是所有车主都不愿遇到的事情。一旦网络建成,更加成熟的纯氢动力车将会比如今试水的宝马氢能7系更加出色。而且,那时受益的将不仅仅是宝马一家厂商。
排放・沧海一粒
氢气(H2)与氧气(O2)混合燃烧会生成水(H2O),这是我们在初中化学就学到的知识。实际上,宝马氢能7系的整个燃烧过程也是这么简单。虽然排气温度很高,大部分水是以水蒸气的形式排放出来,但在排气孔上我们仍旧可以寻觅到水迹。实际上,仅凭目测,我们很难确定宝马氢能7系的“零排放”。
难道宝马氢能7系的排放一丁点污染都没有吗?宝马工程师给出的答复是,由于润滑油的燃烧和活性炭过滤器的净化(汽油模式下的净化装置),氢能发动机仍旧会生成极少量的碳氢(HC)、碳氧化物(CO和CO2)及氮氧化物(NOx),但与汽油机的排放相比可谓“沧海一粟”,不足一提。而且,宝马氢能7系装备了常见的三元催化器――这些排放物的克星,最终排放物仍旧是纯净的水蒸气。
性能・高效动力
前面已经提到,宝马氢能7系的发动机排量达到6.OL,不过工程师们针对氢气的燃烧特性,重新调校了发动机输出。由于氢能发动机的机体比原先高出很多,所以车辆的机舱盖采用了稍稍上拱的设计,勾勒出动感的发动机轮廓。
无论使用汽油还是氢能,这台6.0L发动机的最大功率都达到191 kW(260PS),足以确保宝马氢能7系达到230km/h的最高车速,而且是在电子限速的控制下。同时也不必为扭矩担心,在4300rpm时,最大扭矩可达390Nm,因此即便是在氢能驱动下,车辆仍旧可以在9.5s内从静止到加速至100km/h。
无论何时,我们都可以在氢动力与汽油动力间平顺转换,所要做的就是触碰一下多功能方向盘上的“H2”按钮。根据我们测试,乘车人几乎察觉不到动力转换,因为发动机输出功率和扭矩根本就没有任何改变。即便是驾驶员,在汽油转化为氢能时,也只能察觉到发动机的工作声音变得更小、更低沉,油门踏板稍稍偏沉了一些。除此之外,就剩下仪表盘中央显示屏了――分子氢的化学符号“H2”替代了原先的时间和车外温度显示,从而明确告知正在使用氢能。
安全・防护
是不是在为液氢罐的安全性担心?不必如此,宝马的工程师早就有所考虑。“最危险”的氢罐被安置于车辆中在统计学上最安全的位置,由车身护栏包围。而且氢罐自身也有类似于悬架的结构,可以承受14倍于正常值的压力以及20倍于自由落体的加速度。
开始所提到的氢气蒸发问题,也算不上什么问题。它们会被自动稀释到低于可燃水平――甚至远低于小孩玩的氢气球浓度。之后被废气触媒转换器转化成水蒸气,以绝对安全的方式解决问题。此外,如果蒸发导致氢罐内压力过高,那么几个纯机械的安全阀会进行泄压。实际上,宝马氢能7系上所有有关于“氢气”的元件都受到电子监控,只有一切正常的情况下才允许切换到氢能系统。
由于氢气无色无味,一旦泄露到车内,安全便得不到保障。所以,宝马氢能7系总共放置了5个传感器。氢气刚一泄露,系统就会关闭总阀门,并切换到汽油模式。你要细心点就可以发现,宝马氢能7系的四个车门销是白色的。实际里面也暗藏机关――只要氢气逸出,门 销立即红灯闪烁,同时还伴有声音信号,及时提醒驾乘人员,确保万无一失。
不知你是否注意到,我们前面对小批量生产的氢能7系评价为“首款‘成熟’车型”。实际上,从储存、加注到使用,以及针对动力和安全,宝马都给出了一套完美的解决方案。再加上7系车型顶级的车身结构设计,车辆自身已万事俱备,只欠东风。而这东风,便是前面提到过的加氢站。一旦解决氢气的补给问题,氢能车便会在高端市场普及,加快原料提取成本的降低,形成逐渐向低端普及的良性循环。到那时,我们应该感谢眼前这部宝马氢能7系。是它让我们提前接触到了未来科技。它将成为一座氢能的里程碑,它应用的各项科技也将成为那时的风向标。
宝马氢能创记录的开发成果:BMW H2R
发动机概念中的功率、性能和可靠性在氢能开发阶段就得到了深刻的验证――BMW H2R世界速度纪录氢动力汽车早在2004年9月就在赛道上证明了这项技术独特的潜力,作为装备了内燃式发动机的氨动力汽车,H2R在法国南方小镇Miramas的高速赛道上创造了9项世界纪录:测试车辆由排量为6,OL的V12氢燃料发动机驱动0~100km/h加速仅6s,最高车速达到300m/h以上创下了高速起步1km以及静止起步I/4mile等诸多世界纪录。
图片说明
1.这便是开始所说的神奇氢罐
2.氢气在进气道与空气混合
3.氢罐盏由灯光开关旁边的H2按钮控制
4.只要氢气逸出,门销即可发出警示
5.加氢口用料十足,非常坚固
6.按下H2按钮可以平顺地在氢与汽油间切换
7.车速表下方会显示两种燃料系统的液位和续航里程,“H2”则明确告知正在使用氢能
专访 宝马清洁能源汽车中国示范运营总监 罗杰・斐登
Auto Sports:我相信6.OL发动机的最大功率给予对不止191KW,是不是在调校方面有所妥协?
BMW:是的。我们可以把6.0L发动机的动力做得很高,比如普通760iL的327kW。但是,为了让驾驶员可以随时在汽油与氢能间平顺切换,我们重新调校了汽油喷射时的发动机动力曲线,使它几乎与氢能驱动时的曲线完全重合,以确保切换时的平顺性。
Auto Sports:那不妨再设计一个运动模式按钮可以让这台发动机全功率工作。
我们没有这样的打算因为191kW对这部车来说已经足够。而且拥有宝马氢能7系的车主往往都是社会名流,他们更注重环保与舒适性他们会让司机平稳地驾驶。
Auto Sports:加氢是不是像加油一样,接口是通用的?加氢站也不让打手机?
BMW:目前还没有加氢口的统一标准,因为氢动力还没有普及。也正因如此我们宝马和林德集团要站出来,共同开发量动力,并将之设立为标准,这是我们20多年来始终不变的追求。至于加氢站,就像加油站一样不允许打手机。至于理由,就像坐飞机的一样,没有理由,这是一项规定。因为我们要确保100%的安全。
