這是在科幻小說里才出現的神奇氫罐:
冰塊儲存在里面,完全融化需要13年;
換成沸騰的熱咖啡達到能飲用的溫度也要80天。
現在,它卻出現在寶馬氫能7系上。
氫,代號“H”,世界上結構最簡單原子。兩兩結合后形成常溫下最輕的氣體——氫氣。在零下253℃時液化,體積縮小到原來的1/1000。
要在常溫儲存液態氫,利用傳統工藝需要厚迭17m的聚苯乙烯護套。那么寶馬氫能7系是如何儲存那8kg液氫的?
儲存·“超小”型的氫罐

寶馬氫能7系當然不能用17m厚的聚苯乙烯。實際上,它只是在后備廂里裝了一個家用煤氣罐大小的氫罐。這個氫罐采用雙層壁式結構,內外箱使用了2mm厚的不銹鋼板以及30mm厚的真空隔熱層。配合內箱上包裹的40層鋁合金箔,僅34mm厚的氫灌壁便輕松替代了厚達17m的聚苯乙烯。要知道,兩者的厚度比例達1:500!
盡管氫罐高效的隔熱作用可在3~5個大氣壓下,令液氫長時間保持在零下250℃左右的恒定溫度,但仍難以避免熱量的入侵。為此,寶馬氫能7系還裝備了一套蒸發管理系統,以限制氫罐內部的壓力,并凈化已蒸發的氫氣。后面我們會作詳細介紹。
補給·像加油一樣簡單
為寶馬氫能7系“加氫”就像平時加油一樣簡單。只要按下燈光開關旁邊的H2按鈕,氫罐蓋便自動打開。此時將氫站的加注聯結器插入氫罐口,加注便會自動開始。整個加氫過程不會超過8分鐘。
行駛過程中,按下轉向燈開關上的獨立按鈕,車速表下方會顯示兩種燃料系統的液位和續航里程。一般來說,滿罐的液氫可以保證車輛正常行駛200km以上而滿箱(74L)汽油最少可以行駛500km。換算一下,燃燒大約1kg液氫的能量相當于3.6L汽油(約3kg),效率之高令人贊嘆。期望未來二者的價格也能夠如此“不相上下”。
實際上,凡事都需要發起者與推動者。雖然加氫站在世界范圍內都不是很多,但寶馬及其合作伙伴——林德集團氣體事業部一直在不懈地努力。據說明年在中國的寶馬氫能7系將達到10輛左右(目前全球只有100輛),我們期待中國的第一座加氫站也能藉此建立起來。

使用·一箭雙雕
目前,將氫氣轉化為動力有兩種方式:氫內燃機和氫燃料電池。前者通過燃燒做功,寶馬氫能7系即如此;后者通過化學反應發電,比如北京公交正在運營的3輛奔馳大巴(CITARO Cell Bus)。一般來說,氫內燃機的功率更高,發動機更輕,而且能夠低成本地實現雙燃料驅動,所以特別適合轎車。而氫燃料電池驅動的電機扭矩很大,且排放物為100%的水蒸氣,適合中大型車。
寶馬對氫能的研究始于1978年,至今已有近30年的歷史,本次小批量生產的氫能7系是其歷史上首款“成熟”車型。該車發動機基于760Li的汽油動力單元,因為氫的燃燒速度比普通燃油快10倍,所以這臺發動機在汽油模式下采用汽缸直噴,而氫氣模式下則采用進氣道噴射。
正是氫能與汽油共用一個發動機的設計,使轎車也能輕松享受氫能所帶來的低排放,同時又不必整天為燃料問題而發愁?,F在的加氫站網絡尚未建成,倘若僅使用單一的氫能雖可以進一步降低成本,但車輛使用會受到不小的限制,我想這是所有車主都不愿遇到的事情。一旦網絡建成,更加成熟的純氫動力車將會比如今試水的寶馬氫能7系更加出色。而且,那時受益的將不僅僅是寶馬一家廠商。

排放·滄海一粒
氫氣(H2)與氧氣(O2)混合燃燒會生成水(H2O),這是我們在初中化學就學到的知識。實際上,寶馬氫能7系的整個燃燒過程也是這么簡單。雖然排氣溫度很高,大部分水是以水蒸氣的形式排放出來,但在排氣孔上我們仍舊可以尋覓到水跡。實際上,僅憑目測,我們很難確定寶馬氫能7系的“零排放”。
難道寶馬氫能7系的排放一丁點污染都沒有嗎?寶馬工程師給出的答復是,由于潤滑油的燃燒和活性炭過濾器的凈化(汽油模式下的凈化裝置),氫能發動機仍舊會生成極少量的碳氫(HC)、碳氧化物(CO和CO2)及氮氧化物(NOx),但與汽油機的排放相比可謂“滄海一粟”,不足一提。而且,寶馬氫能7系裝備了常見的三元催化器——這些排放物的克星,最終排放物仍舊是純凈的水蒸氣。
性能·高效動力
前面已經提到,寶馬氫能7系的發動機排量達到6.OL,不過工程師們針對氫氣的燃燒特性,重新調校了發動機輸出。由于氫能發動機的機體比原先高出很多,所以車輛的機艙蓋采用了稍稍上拱的設計,勾勒出動感的發動機輪廓。
無論使用汽油還是氫能,這臺6.0L發動機的最大功率都達到191 kW(260PS),足以確保寶馬氫能7系達到230km/h的最高車速,而且是在電子限速的控制下。同時也不必為扭矩擔心,在4300rpm時,最大扭矩可達390Nm,因此即便是在氫能驅動下,車輛仍舊可以在9.5s內從靜止到加速至100km/h。
無論何時,我們都可以在氫動力與汽油動力間平順轉換,所要做的就是觸碰一下多功能方向盤上的“H2”按鈕。根據我們測試,乘車人幾乎察覺不到動力轉換,因為發動機輸出功率和扭矩根本就沒有任何改變。即便是駕駛員,在汽油轉化為氫能時,也只能察覺到發動機的工作聲音變得更小、更低沉,油門踏板稍稍偏沉了一些。除此之外,就剩下儀表盤中央顯示屏了——分子氫的化學符號“H2”替代了原先的時間和車外溫度顯示,從而明確告知正在使用氫能。
安全·防護
是不是在為液氫罐的安全性擔心?不必如此,寶馬的工程師早就有所考慮?!白钗kU”的氫罐被安置于車輛中在統計學上最安全的位置,由車身護欄包圍。而且氫罐自身也有類似于懸架的結構,可以承受14倍于正常值的壓力以及20倍于自由落體的加速度。
開始所提到的氫氣蒸發問題,也算不上什么問題。它們會被自動稀釋到低于可燃水平——甚至遠低于小孩玩的氫氣球濃度。之后被廢氣觸媒轉換器轉化成水蒸氣,以絕對安全的方式解決問題。此外,如果蒸發導致氫罐內壓力過高,那么幾個純機械的安全閥會進行泄壓。實際上,寶馬氫能7系上所有有關于“氫氣”的元件都受到電子監控,只有一切正常的情況下才允許切換到氫能系統。
由于氫氣無色無味,一旦泄露到車內,安全便得不到保障。所以,寶馬氫能7系總共放置了5個傳感器。氫氣剛一泄露,系統就會關閉總閥門,并切換到汽油模式。你要細心點就可以發現,寶馬氫能7系的四個車門銷是白色的。實際里面也暗藏機關——只要氫氣逸出,門銷立即紅燈閃爍,同時還伴有聲音信號,及時提醒駕乘人員,確保萬無一失。
不知你是否注意到,我們前面對小批量生產的氫能7系評價為“首款‘成熟’車型”。實際上,從儲存、加注到使用,以及針對動力和安全,寶馬都給出了一套完美的解決方案。再加上7系車型頂級的車身結構設計,車輛自身已萬事俱備,只欠東風。而這東風,便是前面提到過的加氫站。一旦解決氫氣的補給問題,氫能車便會在高端市場普及,加快原料提取成本的降低,形成逐漸向低端普及的良性循環。到那時,我們應該感謝眼前這部寶馬氫能7系。是它讓我們提前接觸到了未來科技。它將成為一座氫能的里程碑,它應用的各項科技也將成為那時的風向標。
寶馬氫能創記錄的開發成果:BMW H2R
發動機概念中的功率、性能和可靠性在氫能開發階段就得到了深刻的驗證——BMW H2R世界速度紀錄氫動力汽車早在2004年9月就在賽道上證明了這項技術獨特的潛力,作為裝備了內燃式發動機的氨動力汽車,H2R在法國南方小鎮Miramas的高速賽道上創造了9項世界紀錄:測試車輛由排量為6,OL的V12氫燃料發動機驅動0~100km/h加速僅6s,最高車速達到300m/h以上創下了高速起步1km以及靜止起步I/4mile等諸多世界紀錄。
圖片說明
1.這便是開始所說的神奇氫罐
2.氫氣在進氣道與空氣混合
3.氫罐盞由燈光開關旁邊的H2按鈕控制
4.只要氫氣逸出,門銷即可發出警示
5.加氫口用料十足,非常堅固
6.按下H2按鈕可以平順地在氫與汽油間切換
7.車速表下方會顯示兩種燃料系統的液位和續航里程,“H2”則明確告知正在使用氫能
專訪 寶馬清潔能源汽車中國示范運營總監 羅杰·斐登
Auto Sports:我相信6.OL發動機的最大功率給予對不止191KW,是不是在調校方面有所妥協?
BMW:是的。我們可以把6.0L發動機的動力做得很高,比如普通760iL的327kW。但是,為了讓駕駛員可以隨時在汽油與氫能間平順切換,我們重新調校了汽油噴射時的發動機動力曲線,使它幾乎與氫能驅動時的曲線完全重合,以確保切換時的平順性。
Auto Sports:那不妨再設計一個運動模式按鈕可以讓這臺發動機全功率工作。
我們沒有這樣的打算因為191kW對這部車來說已經足夠。而且擁有寶馬氫能7系的車主往往都是社會名流,他們更注重環保與舒適性他們會讓司機平穩地駕駛。
Auto Sports:加氫是不是像加油一樣,接口是通用的?加氫站也不讓打手機?
BMW:目前還沒有加氫口的統一標準,因為氫動力還沒有普及。也正因如此我們寶馬和林德集團要站出來,共同開發量動力,并將之設立為標準,這是我們20多年來始終不變的追求。至于加氫站,就像加油站一樣不允許打手機。至于理由,就像坐飛機的一樣,沒有理由,這是一項規定。因為我們要確保100%的安全。