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氫內(nèi)燃機(jī)與氫燃料電池 誰(shuí)更能代表未來(lái)?

   2021-11-05 新浪汽車(chē)

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核心提示:初中化學(xué)課上我們就學(xué)過(guò)氫氣的性質(zhì),這個(gè)元素周期表中第一個(gè)元素,也是宇宙中最初始的原子。它與氧氣本身就可以發(fā)生燃燒,并釋放

初中化學(xué)課上我們就學(xué)過(guò)氫氣的性質(zhì),這個(gè)元素周期表中第一個(gè)元素,也是宇宙中最初始的原子。它與氧氣本身就可以發(fā)生燃燒,并釋放出大量的熱能和水,火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)也是比沖最大的發(fā)動(dòng)機(jī)。所以,氫氣用作汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)的燃料當(dāng)然也是可行。

早在2007年,寶馬就推出了搭載V12氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的7系,但是續(xù)航和性能太低,百公里加速將近10秒!如此低的性能,讓氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)在很長(zhǎng)一段時(shí)間淡出了人們的視野,直到豐田和現(xiàn)代汽車(chē)推出了氫燃料電池的電動(dòng)車(chē),氫能源才又獲得高度的關(guān)注。氫燃料電池通過(guò)氫氣與氧氣的電子轉(zhuǎn)換來(lái)生產(chǎn)電能,電能再帶動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪,從而大大提高了氫能源的利用效率。

到目前,氫燃料電池技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了10年左右的時(shí)間,而如今豐田又推出了一款燃燒氫氣的發(fā)動(dòng)機(jī),并搭載在賽車(chē)上,看來(lái)豐田已經(jīng)解決了直接燃燒氫氣的低效率。那么問(wèn)題來(lái)了,氫能源的兩種發(fā)展路線:氫燃料電池、氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī),到底哪種才能代表未來(lái)呢?一種是能給你電動(dòng)車(chē)一樣的駕駛感受,一種是能給你傳統(tǒng)燃油車(chē)一樣的駕駛感受。其實(shí),我們不妨大膽猜想一下,沒(méi)準(zhǔn)未來(lái)會(huì)推出氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)+氫燃料電池組成的“氫氫”混動(dòng)系統(tǒng)。

寶馬是世界上第一家推出氫動(dòng)力汽車(chē)的汽車(chē)制造商,已成功完成了系列開(kāi)發(fā)過(guò)程。Hydrogen 7采用191千瓦/260馬力的6.0L V12發(fā)動(dòng)機(jī),最大功率191 kW,最大扭矩390N·m,在9.5秒內(nèi)從0-100公里/小時(shí),最高車(chē)速電子限制在230公里/小時(shí)。如果保證不了氫氣的充分供應(yīng),這臺(tái)V12發(fā)動(dòng)機(jī)可以快速切換到傳統(tǒng)汽油工作模式。

寶馬早在1978年就開(kāi)始對(duì)氫動(dòng)力裝置進(jìn)行研究,并在未來(lái)幾年不斷開(kāi)發(fā)和升級(jí)這項(xiàng)技術(shù),開(kāi)發(fā)出幾代氫動(dòng)力汽車(chē)。2000年,寶馬成為世界上第一家在德國(guó)漢諾威2000年世博會(huì)上展示氫動(dòng)力汽車(chē)示范車(chē)隊(duì)的汽車(chē)制造商。與此同時(shí),寶馬750hL氫動(dòng)力車(chē)已在實(shí)際測(cè)試條件下證明了其優(yōu)點(diǎn)。

2000年,世界上第一個(gè)公共氫氣加注站在慕尼黑機(jī)場(chǎng)啟用。2004年搭載氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的概念賽車(chē)發(fā)布,也是搭載6.0L V12發(fā)動(dòng)機(jī),但最大功率為210kW,帶動(dòng)1.5噸的車(chē)身,最高時(shí)速可達(dá)300.175 km/h。

雖然賽車(chē)的性能表現(xiàn)還行,但是移植到7系上,很顯然這臺(tái)6.0L V12的大怪獸,采用氫氣氧氣燃燒的方式做功,效率真是太低了。200公里的續(xù)航里程讓其實(shí)用性大打折扣,而且根本談不上什么駕駛激情。對(duì)于寶馬來(lái)說(shuō),V12發(fā)動(dòng)機(jī)百公里加速9.5秒,這簡(jiǎn)直就是個(gè)笑話。但是,在氫能源的碳探索上,寶馬并沒(méi)有停止腳步,而是換了一個(gè)方式—— i Hydrogen Next

2019年,寶馬發(fā)布了氫燃料電池技術(shù)的 i Hydrogen Next 將一臺(tái)X5車(chē)型改裝成氫燃料電池,可容納兩個(gè)700巴氫氣罐,能夠容納6千克氫氣。氫燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生約125kW的發(fā)電功率,電機(jī)輸出功率為275kW。

寶馬終于放棄了氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)型氫燃料電池,這也是目前氫能源利用率最高的技術(shù),同時(shí)也被豐田、現(xiàn)代以及許多大廠共同研發(fā)的目標(biāo)。目前,國(guó)內(nèi)氫能源技術(shù)企業(yè)蓬勃發(fā)展,在最關(guān)鍵的儲(chǔ)氫罐、減壓閥、電堆等技術(shù)上,都已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)成熟。

氫燃料電池的好處顯而易見(jiàn),補(bǔ)能快,僅需3分鐘就能加滿氫氣,續(xù)航里程與燃油車(chē)相同,駕駛感受與純電動(dòng)車(chē)相同,排放只有水。

2021年8月23-24日,豐田Mirai 在南加州的一次往返旅行中,消耗了5.65公斤氫氣,總里程達(dá)到了845.3英里(1360公里),并創(chuàng)造了新的吉尼斯世界紀(jì)錄。這是EPA續(xù)航里程402英里的兩倍還多。另一項(xiàng)由氫燃料電池汽車(chē)創(chuàng)造的記錄,是2019年現(xiàn)代NEXO創(chuàng)造的,續(xù)航里程為778公里。

既然氫燃料電池這么好開(kāi)好用,應(yīng)該沒(méi)什么新玩法了吧。但是腦洞大開(kāi)的豐田卻又讓“氫能源”倒回20年,再一次推出了燃燒氫氣的發(fā)動(dòng)機(jī)卡羅拉氫燃料賽車(chē)。豐田尚未宣布?xì)淙紵夹g(shù)是否有望在短期內(nèi)進(jìn)入消費(fèi)領(lǐng)域,但在賽車(chē)上應(yīng)用可看做是一次驗(yàn)證和嘗試。而對(duì)于那些熱衷傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的人來(lái)說(shuō),豐田的這款氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)擁有相同的駕駛感受、性能以及渾厚的排氣聲浪,而排放僅有水和非常少量的氮氧化物。

豐田卡羅拉氫燃料賽車(chē)這臺(tái)氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)搭載了DENSO噴氣嘴,將氫氣通過(guò)高壓方式噴到氣缸中,并通過(guò)電腦控制點(diǎn)火角來(lái)控制燃燒室內(nèi)的溫度。另一個(gè)亮點(diǎn),豐田卡羅拉氫燃料賽車(chē)搭載了四個(gè)儲(chǔ)氫罐,能裝180L的氫氣。

寫(xiě)在最后

從氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)到氫燃料電池再到氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī),有句話說(shuō)的挺好,30年河?xùn)|,30年河西,但氫能源的利用方式隨著技術(shù)的發(fā)展只用了20年就開(kāi)始向兩個(gè)方向快速發(fā)展。未來(lái),我們不僅僅能享受氫燃料電池帶來(lái)的“寧?kù)o猛獸”,也能享受到氫內(nèi)燃機(jī)帶來(lái)更澎湃的駕駛激情。但就目前量產(chǎn)車(chē)來(lái)看,氫燃料電池技術(shù)發(fā)展的更迅速,同時(shí)氫能源的化學(xué)能到電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換(無(wú)大量的熱損失),相比氫內(nèi)燃機(jī)化學(xué)能到機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換效率更高,而且省去了內(nèi)燃機(jī)中的機(jī)油潤(rùn)滑系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)。也許未來(lái)的氫內(nèi)燃機(jī),只會(huì)成為有錢(qián)人的大玩具。



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