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纯电驱动已广受认可,宝马为什么还要“赌”氢燃料?

日期:2023-10-20    来源:电动汽车观察家  作者:邱锴俊

国际氢能网

2023
10/20
08:57
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关键词: 燃料电池 宝马集团 氢能车

补能4分钟,续航500公里——这不是电动汽车,也不是燃油车,而是兼具纯电驱动体验、使用零排放,同时又有媲美燃油车补能速度的燃料电池汽车。

10月17日,宝马集团把首批iX5氢燃料电池汽车带到了中国,向媒体提供上路试驾体验。除了有上述的续航和补能体验外,宝马iX5氢燃料电池汽车总输出功率295千瓦,百公里加速不到6秒,并且还有宝马车型标志性的操控体验。

这批iX5氢燃料电池汽车基于纯电动iX5打造,是用于试点的工程车,总计近100辆。今年年初开始,这100辆氢燃料电池汽车就在欧洲、日本、韩国、美国等地验证了车辆表现。

宝马集团希望通过这批试点车型,展示宝马在氢燃料电池驱动系统领域的领先研发实力,验证氢动力汽车的日常可用性,并为潜在的量产产品积累必要的经验和知识。

当前,全球节能减排技术路线中,纯电驱动已经获得广泛认可。但是显然,在通往零排放出行的道路上,宝马集团除了纯电动汽车,还有氢燃料电池汽车这一选项,并且认为是与纯电驱动技术完美互补的方案。为什么他们要保留这一选项?他们会怎么推进氢燃料电池汽车的研发和应用?氢燃料电池汽车距离量产还差什么?

01牵手丰田,深度自研

敢“赌”氢燃料电池汽车,首先是因为宝马是氢燃料电池专家。

在氢能源动力系统研发方面,宝马集团已积累40余年经验,拥有超过20年的氢燃料电池技术研发经验。在氢燃料电池系统问世之前,以氢气为动力的内燃机已经开始应用。

近年来,宝马集团联手丰田汽车,联合开发氢燃料电池系统。到如今的试点车型阶段,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。

宝马集团传统的供应体系也能助力氢燃料电池系统的开发试制。传统内燃机搭载了如空气增湿器、空气过滤器、控制单元和传感器等技术功能。在此基础之上,宝马集团为全新氢燃料电池系统专门开发了氢气部件,如空气压缩机和高压冷却泵等。

作为老牌豪华车企,宝马做任何新车型,都会经历长期的车型测试和验证。

早在44年前,宝马集团就推出了首款以氢为动力的研究车辆BMW 520h。此后,宝马又研发出了自己的燃料电池、开发了氢能7系、5系GT氢燃料电池车、BMW i Hydrogen NEXT氢燃料电池概念车、BMW iX5氢燃料电池原型车等等。

1979年宝马推出的内燃机和氢动力双动力的520h

还不止于此,如同宝马推出纯电动车型一样,他们在量产卖车之前,还会做一批试点车型,全球去跑,验证测试。

2023年3月,宝马集团生产出来近100辆BMW iX5氢燃料电池车试点车队,在全球进行车辆展示与试用。

10月17日来到中国的iX5氢燃料电池车,就是这100辆中的几辆。

iX5氢燃料电池车在中国展开测试

BMW iX5氢燃料电池车,动力系统是怎样构成的呢?

我们可以把它理解成一套氢燃料电池发电直驱+电池放电驱动的混动系统。

一方面, iX5氢燃料电池车由两个储氢罐、一个燃料电池系统组成了一套发电系统。储氢罐有两个,分别位于车辆的中轴和接近座椅的下方,由CFRP(碳纤维增强型复合材料)制成,压力达到700巴,可容纳近6千克的氢气。燃料电池系统位于前舱,能够提供125千瓦(170马力)的电能。

另一方面,在行李舱下方,iX5氢燃料电池车有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。这块动力电池扮演的角色和混合汽车的动力电池类似——它能回收制动能量回收系统产生的电力,当超车或加速时,也能和燃料电池一起为车辆提供动力。

iX5氢燃料电池车的动力系统

在驱动环节,BMW iX5氢燃料电池车采用了第五代BMW eDrive系统,电机功率295kW,可以6秒内完成百公里加速,保证宝马独有的驾驶性能。

从这里也能看出,氢燃料电池汽车,也是纯电驱动。

换装氢燃料电池系统之后,BMW iX5氢燃料电池车重量与同级别插混车型差不多,但比纯电动车型要轻得多。

《电动汽车观察家》也对BMW iX5氢燃料电池车做了简单试驾。驾驶体验和一款电动汽车没有区别,加速响应快,推背感强,噪音很小。行驶中,车辆除了排放水蒸气外,不排放任何废气。

02另一种选择

布局氢燃料电池汽车,还基于宝马对于消费者需求把握和能源供给前景的预测。

在10月17日的试驾活动上,宝马集团氢燃料电池技术及汽车项目负责人Juergen Guldner和中国媒体做了沟通。

Juergen Guldner

Juergen Guldner认为,纯电动汽车和燃料电池汽车是相辅相成的。在技术上,两者都是电动汽车,只不过燃料电池汽车可以快速补能。在客户需求层面,纯电动可以满足大部分需求,但不是全部需求。两者结合,能够更快降低碳排放。在基础设施方面,同时建设充电站和加氢站,比单纯建设充电站更加经济。在能源系统方面,尽管氢燃料电池汽车效率可能不突出,但是成本和可行性更重要。在原材料方面,氢燃料电池汽车的材料更为丰富,供应链更有韧性。

他分别就这几个问题做了论述。

补能速度不必多说。在客户需求层面,他举了四个例子,来证明纯电动无法满足所有需求。他说,对于充电设施使用不便的客户、需要经常出远门的客户,寒冷地区的客户,以及经常使用拖车的客户而言,纯电动汽车无法满足客户需求,但氢燃料电池汽车可以。

这次宝马iX5氢燃料电池车试点车队,就既覆盖了极端低温的北极圈,也覆盖了45℃的高温沙漠路况,车辆的燃料电池驱动系统表现一样稳定出色。特别是寒冷地区也没有什么衰减。

在基础设施方面,他分享了一个预测,对比充电站和加氢站建设成本,在初期,充电站的成本低,但是后续越来越高;但是,加氢初期高,后期则是线性增长。就服务2000万辆车而言,充电站基础设施建设需要510亿欧元,但如果建加氢站,则只需要400亿欧元。

到2050年,如果全部都是纯电动,需要1.56万亿欧元投资到基础设施上,如果有低比例的氢燃料电池汽车,则只需要1.24万亿欧元,如果有高比例的氢燃料电池汽车,投资会进一步降低到1.03万亿欧元。

其原因是,随着电动汽车保有量的增加,充电站建设还需要对电力网络做扩容、改造,因此,成本会日益上升。

在能源系统视角看来,由于氢燃料电池汽车需要更多转换,所以效率确实更低。但是,由于一些地区可再生能源产量提高,可以用来生产氢气的能源是富余的,有时是免费甚至是负价格的。在德国,2022年没有进入电网的能源约为5.8TWh,可以用来生产10万吨氢气。在中东等阳光充足的地区,通过太阳能光伏发电再制氢,应用于氢燃料电池汽车,能驱动的里程,和在德国太阳能光伏发电给电动汽车充电的里程差不多。

从原材料供应视角看,燃料电池汽车所需要的材料比纯电动汽车少100kg以上,电池材料比纯电动电池材料小90%。对于氢燃料电池所独特使用的铂金,如今已经实现了很高的回收率。因此,使用氢燃料电池汽车,能够让材料供应更加多样化,也更有韧性。

正是因为如此,宝马集团坚定认为,未来零排放出行技术路线中,应该有氢燃料电池汽车的一片天地。Juergen Guldner没有给出具体的预测,但他表示,在重载领域,垃圾车和长途公共汽车,大部分车辆将是氢动力汽车,而纯电动将占更小的份额。在乘用车市场,在乘用车领域,大多数将是纯电动,但是也会有一部分氢燃料电池汽车,特别是在个人出行场景中。

宝马集团是这样想的,也是这样做的。宝马集团在慕尼黑研发中心小规模生产了BMW iX5氢燃料电池车。过去四年中,宝马集团对iX5氢燃料电池车按照量产标准,完成了所有必要开发步骤,包括完备的模拟及碰撞测试、单个组件的实验室测试以及封闭场地的整车测试等。

在技术、产品成熟度上,iX5氢燃料电池车已经非常接近量产车。那么,宝马的氢燃料电池汽车量产上市,还差什么呢?

03

离量产还差什么?

Juergen Guldner在交流中表示,氢燃料电池汽车量产上市,有两大障碍。

第一是成本。但他表示宝马有信心能够把成本进一步的降低。从技术的角度来看,氢燃料电池车的很多零部件,跟燃油车是完全通用的,包括它的空气系统、制冷系统、压缩机等等。

宝马的供应商也非常熟悉这些系统,可以提供我们可以通用的传感器、轮胎等等相关的零部件。

iX5氢燃料电池车上搭载的燃料电池系统

另外,他认为氢燃料电池技术会和卡车、巴士,甚至是飞机通用。这就意味着能够实现规模经济,进一步的去降低成本。

目前宝马在生产的氢燃料电池汽车,都不是批量的,因此也还没有考虑到中国寻找更加经济的供应商。

第二个障碍是基础设施不足。“我们期望全球的加氢基础设施会进一步的扩张,在未来5~10年会达到一定的规模,这样的一个基础设施的规模是我们进行量产的一个先决条件。”Juergen Guldner说。

加氢站不足被认为是氢燃料电池汽车发展主要障碍

目前,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。

Juergen Guldner也没有给出加氢站具体的量产门槛值。他只是说,“我们要求加氢站非常便利,离要么是离居民区非常近,要么是离工作地点非常近,或者是在通勤途中有这样的设施……

另外,加氢站要形成网络,在出差的时候也可以非常方便地补能。我们预计在未来8~10年之内,大多数的国家都能够建立起这样一种比较便捷的网络,不仅是为商用车提供服务,也可以为乘用车提供补能服务。”

对于加氢站,一个好消息是,全球的氢气、加注等标准已经统一。

Juergen Guldner就表示,在宝马集团全球测试氢燃料电池汽车,包括在中国测试时,都用了本地的加氢站来加氢。“燃料本身的标准、包括纯度都有国际标准,包括加氢设备接口,还有通讯协议,在国际上都是有一致标准的,反而比我们在本地去充电更容易一些。”

和宝马类似,中国主管部门和汽车业界,不少人也支持氢燃料电池汽车的技术路线。

不过,近几年来,即便是在北京冬奥会、全国开展示范等项目的支持下,氢燃料电池汽车发展仍然低于预期。

根据工信部委托中国汽车工程学会等部门制定的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》,中国燃料电池汽车发展目标,由1.0版本的2025年达到5万辆,提升至10万辆,到2035年,要达到100万辆左右。《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》中,同样提出的到2025年燃料电池车辆保有量约5万辆的目标。

但是,截至2023年6月,中国燃料电池汽车累计推广量近1.5万辆,距离5万辆目标还有不小距离。

回到宝马,该公司也没有给出具体的燃料电池汽车量产时间表和规划,只表示会相机而动。大企业和大国一样,不能接受技术路线选择上的失败,所以,只要资源够,它们总是会多留一手。


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