宝马氢燃料汽车

1.宝马氢动力发展史

早在20世纪70年代,宝马就开始了氢燃料的研究。第一代氢动力车是宝马在1979年推出的520汽车,装配有可使用氢气和汽油的双燃料发动机,从此拉开了宝马的液氢动力车的序幕。在1984～1995年间,宝马又研制了第三代氢动力车,虽然有过大量的路试,但也仅限于实验用途1999年,宝马推出了由15辆750h L组成的氢动力车队。这15辆750h L在德国汉诺威2000年世博会上作为贵宾接待车,为宝马的氢动力市场化迈出了坚实的一步。同年,世界上第一个液氢加气站也在慕尼黑机场投入使用(见图4-27)。

图4-27　在慕尼黑机场世界上第一个公用液氢加气站

2001年,宝马举行了“清洁能源世界巡展”。在这次活动中,宝马清洁能源车队2月1日从中东的迪拜出发,途经布鲁塞尔、米兰、东京,最后到达洛杉矶。9月的法兰克福车展,宝马又推出了以全新7系为基础的第六代氢动力车745h。

2004年的巴黎车展,宝马展出了打破9项记录的氢动力赛车H2R。两年后,宝马Hydrogen 7诞生,一共生产了100辆,正式交付特定的用户使用,氢动力汽车进入准商业化运作。

2.宝马750h L

750h L是宝马第五代氢动力车产品,2000年汉诺威世博会上,有15辆750h L作为世博会贵宾接待车而受到极大的关注。750h L的发动机由原来的汽油发动机改进而成,并没有太大的变动,只是在发动机上安装了用于氢供给的管路。氢气利用储氢罐的压力,并且经过汽化送到发动机中。液态氢的汽化通过新增加的热交换器来完成。

750h L是一台汽油和氢双燃料汽车,采用5.4LV12发动机,使用汽油时,最大功率240k W,0～100km/h加速需要6.8s,最高时速250km/h;使用氢气时,最大功率150k W,0～100km/h加速需要9.6s,最高时速226km/h。储氢罐能储存140L氢气,消耗40L/100km,一次加满氢气可行驶350km。

3.宝马745h

随着新一代的系于2001年上市,宝马的氢动力车也迈入第六代,即745h(见图4-28、图4-29、图4-30)。745h采用4.4L的V8发动机,与汽油量产车相同,可使用汽油和氢气两种燃料。使用氢气时,745h的最大功率为135k W,最高时速为215km/h,140L的储氢罐可以提供300km的巡航能力。汽油箱为70L,可提供额外的650km巡航距离。

图4-28　宝马750h L透视图

图4-29　宝马745h透视图

图4-30　宝马氢动力汽车

4.宝马H2R

2004年,宝马向世界展示了一台仅用氢气为燃料的赛车:H2R。作为宝马清洁能源计划的一部分,H2R在法国米拉马斯高速试车场创下氢燃料内燃机汽车的9项全球速度记录。

H2R证明了采用氢燃料内燃发动机的惊人潜力。宝马一直坚信氢燃料可以完全取代传统燃料并直接用于现有的内燃机,与此同时车辆的性能和动力丝毫不会逊色于任何一部现代汽车,H2R的记录,让宝马的坚信得到世界的认可。

H2R是宝马公司仅用10个月的时间开发出来的,整个开发过程得益于已往数代氢动力车的宝贵经验。这辆“世界纪录创造者”概念车(见图4-31)的车身表面由碳纤维强化型塑料制成,经过空气动力学优化后,H2R的风阻系数仅0.21。

图4-31　宝马氢动单座赛车

H2R动力源自一台6.0L的V12发动机,最大功率210k W,0～100km/h加速仅仅需要6s,最高时速达到300km/h。与宝马的其他氢动力车不同,这款赛车仅仅使用了氢气作为其唯一的动力源。H2R的储氢罐容量为11kg,位置在驾驶座椅的一侧,其三阀门设计可以提供很好的安全性。工作阀门在4.5Pa的压力下打开,另外两个安全阀可以防止任何液氢泄漏产生的危险后果,在压力超过5Pa时立即开启,释放压力,从而保证储氢罐不会因为压力过高而发生事故。H2R在储氢罐加满且驾驶人就座状态下的质量仅为1560kg,在创造世界纪录的同时,排出的仅仅是水蒸气。

5.宝马Hydrogen 7(见图4-32～图4-34)

图4-32　宝马Hydrogen 7透视图

1－8kg液化氢燃料罐;2－液化氢加注口;3－液化氢连接器;4－放空阀安全管路;5－辅助装置(包括氢热交换器和燃料箱控制单元);6－可使用液化氢和汽油的内燃机;7－供氢气道及进气歧管;8－蒸发管理系统;9－74L汽油箱;10－压力控制阀

图4-33　宝马Hydrogen 7储氢罐透视图

图4-34　宝马Hydrogen 7发动机透视图

在2006年的洛杉矶车展上,宝马首次向公众展示了全新一代的氢动力车:Hydrogen 7。该车一共生产了100辆,主要用于准商业运行、宣传和道路实验。Hydrogen 7采用6.0LV12缸发动机,最大功率有191k W,最大转矩为390N·m。如此的性能可以让这台豪华汽车9.5s内加速到100km/h,最高时速可达到230km/h。

Hydrogen 7依然是一台使用汽油燃料和氢燃料的双燃料汽车,它拥有一个8kg的液态氢储氢罐和一个74L的汽油箱。采用液态氢的好处是在相同体积的储存空间里,低温状态下储存的液态氢,比加压储存的气态氢,所包含的能量要大75%左右。8kg(约114L)的液态氢可行驶200km;74L的油箱可行驶500km,要想将氢气液化,必须将温度降低至－253℃,并且一直保持这个温度。因此,储氢罐对于隔热的效能要十分好。Hydrogen7的储氢罐由2mm厚的不锈钢内胆和外胆组成,在内外胆之前,有30mm厚的真空隔热层。虽然宝马拥有十分有效的隔热措施,但仍不能保证氢气完全不会被蒸发。为了防止储氢罐中压力过大,通过蒸发管理系统控制燃料蒸发过程:一旦超过既定的压力水平,系统就会允许蒸发的氢气在受控状态下,从蒸发阀逸出,自动与空气混合并经催化剂氧化成水,半满的储氢罐大约9天就会缓慢地蒸发,但是其蒸发过程是安全可控的,仍然有足够的氢保存在储氢罐中,足以在氢燃料运行模式下行驶一定的距离。

在使用汽油燃料时,汽油是直接喷射入气缸的;而使用氢燃料时,氢气和空气要在进气歧管中形成混合气。由于两种燃料的燃烧性质完全不同,因此发动机的管理系统将精确地控制使用各种燃料时发动机的各项参数。氢气燃烧得更快,与空气混合后的燃烧过程具有更快的燃烧速率,这是氢气具有的显著优点,利用宝马V12发动机上的Valvetronic电子气门管理系统和双VANOS凸轮轴控制系统,发动机管理系统可以针对氢气空气混合物的特定特点和要求,来进行燃料喷射和气门正时、升程的控制。