宝马的电气化转型并非只有插电式混合动力和纯电动两种,还有燃料电池。宝马集团董事长齐普策(Oliver Zipse)表示:“燃料电池技术与纯电驱动技术完美互补,氢能源正是实现未来零排放出行重要路径之一。”
在纯电动汽车逐渐成为主流的同时,任何一种其他类型的能源形式都显得并不突出。从制造业本身规模经济的角度,单一类型的产品能够更大幅度的降低成本。然而,从消费品的角度,单一则忽略了消费者需求的多样性和个性化。再考虑到不同能源类型的适用环境和场景,单一就意味着必须有部分消费者向市场供应方妥协。
显然,宝马并不接受这样的哲学。
面向消费者,宝马决定给予“选择的权力”,提供多元化能源类型的产品;面向补能基础设施,宝马认为,多元化的能源供给基础设施,能够为消费者提供更可靠、更经济的补能方案。
2023年10月17日,宝马集团将首批iX5氢燃料电池车带到中国,在国内进行首次上路试驾。
01 40多年的氢能源动力系统研发
宝马以氢能为动力的研发超过40年。1979年,宝马集团首次推出以氢为动力的研究车辆BMW 520h。不过,这是一辆以氢气为能量来源的车型,通过向内燃机中供应氢气进行燃烧供应能量。
18年之后,在1997年,宝马首次研发出氢燃料电池。继而,在2006年推出BMW 氢能7系概念车,是世界上第一款氢动力驱动的豪华高性能轿车。与此同时,该款车型也奠定了宝马集团在氢燃料电池领域发展的基础。
在此之后,宝马集团相继在2015年和2019年,分别推出BMW 5系GT氢燃料电池车和BMW i Hydrogen NEXT氢燃料电池概念车。从2021年开始,宝马氢燃料汽车的落地工作开始加速。6月份,宝马集团在欧洲公共道路上对BMW iX5氢燃料电池原型车开启真实环境下的全面测试,研发团队对驾驶和软件操作系统进行精密调整,并对相关组件的安全性、效率、便捷性和可靠性进行验证。2023年,接近100辆的BMW iX5氢燃料电池车组成的试点车队陆续在全球范围内进行车辆展示与试用,并于4月份在中国完成首次亮相。
在氢燃料电池领域,宝马并非单打独斗,而是采取强强联合的方式,与丰田进行深入合作。
双方的合作始于2013年,共同开发氢燃料电池技术驱动系统;2016年双方签署产品开发合作协议,联合开发的内容增加了氢燃料电池汽车可扩展模块化组件。
与丰田的区别,宝马集团氢燃料电池技术及汽车项目负责人Juergen Guldner强调:“ 我们用的燃料电池都是同样的技术,但是宝马在系统设计方面是有明显优势的,我们的系统功率更高,燃料电池堆中集成的单体更多,功率更高,能提供125千瓦持续最高的输出功率。我们其实并没有区分峰值功率和持续功率,最大的功率是可以持续进行输出的,这是系统设计最大的特点,跟其他的厂商都不一样。在燃料电池本身的单体和燃料电池系统上,我们都有自己的专有知识和技术优势。宝马善于做动力总成的系统设计和研发,以及把动力总成集成到整车里,保证整车顺滑可靠的驾驶体验。”
目前,BMW iX5氢燃料电池车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。其中,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、燃料电池单体则采购自丰田汽车。
02 与纯电动汽车体验相似
BMW iX5氢燃料电池车的驱动系统由两个储氢罐、一个燃料电池和电机构成。其中,CFRP(碳纤维增强型复合材料)储氢罐可承受700巴的压强,一纵一横两个储氢罐可容纳接近6千克的氢气,能够帮助电料电池系统稳定输出125千瓦的功率;燃料电池是一块不高于5度电的高倍率充放电电池,输出功率可以达到170千瓦;安装在后轴上的电机总输出功率可以达到295千瓦。
再加上第五代BMW eDrive系统,BMW iX5氢燃料电池车具有纯电动汽车的驾驶和行驶质感。宝马集团氢燃料电池技术及汽车项目负责人Juergen Guldner表示:“高性能燃料电池与高功率动力电池的组合,为BMW iX5氢燃料电池车带来出色表现。既能实现纯电车型的零排放出行,又在使用感上与燃油车无异,长途驾驶仅需短暂停留便可充满燃料,且不受季节变化和室外温度的影响。”
官方信息显示,BMW iX5氢燃料电池车,在WTLP工况下氢气消耗量为1.19千克/100公里、续航里程为504公里,充满储氢罐需要3-4分钟,同时0-100公里/小时的加速时间小于6秒。
目前,按照量产标准,BMW iX5氢燃料电池车已经完成了所有必要的开发步骤,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。在今年年初,首批BMW iX5氢燃料电池车开启了全球范围内的路试,在包括欧洲、日本、韩国、美国等市场的不同路况验证了车辆表现,以及北极圈的极寒环境、阿联酋的高温沙漠环境等。
按照宝马的计划,2025年下半年,包含纯电架构和其他能源架构的新世代车型将会投产。相信,BMW iX5氢燃料电池车将会很快走向市场。
03 双补能网络更经济
宝马集团氢燃料电池技术及汽车项目负责人Juergen Guldner认为,氢燃料汽车兼具燃油车和纯电动汽车的优点,既有燃油车更高的补能效率,也有纯电动汽车更快的响应速度。
不仅如此,与电能的传输与存储介质不同,氢能还能替代化石能源,解决充电基础设施不足的问题。
宝马认为,出于能源效率考虑,只专注于纯电池电力驱动系统,并不适用于整个行业。从客户的使用需求和整个能源链的角度来考虑,燃料电池等替代电动驱动技术也同样应当纳入考虑范围。
以目前的发展现状来看,“在人口密度高或交通繁忙的地区,提供足够数量的充电站尤其具有挑战性。”因此,“从基础设施和网络稳定性的角度来看,零排放驱动系统的多样化是有意义的。”
宝马集团氢燃料电池技术及汽车项目负责人Juergen Guldner以德国和欧洲的数据为例,同时建设氢能和电能两个补能基础设施网络,要比单独建设电能补能基础设施网络更加经济。欧洲的对比数据显示,以单独建设纯电动汽车补能网络为基准,按照增加氢能补能网络的比例分为高低两个方案,其中,加入低比例氢能补能方案成本可以降低20%,加入高比例氢能补能方案成本可以降低34%。
不过,不可否认的是,氢能用于中长期储能和重型卡车等领域的效益更明显。对于乘用车来说,现阶段并不是最优选。
Juergen Guldner认为,这确实是现在的客观现实。不过,从更长远的角度和全局的视角来看,氢能与电能并不是非此即彼的关系,而是相互补充。
技术上,两者都是电动车,只是装载的能源类型不同,但是氢燃料电池汽车可以快速补能;站在客户的视角,纯电动汽车可以满足大部分需求,但不是全部。因此,两者结合可以更快的满足低碳排放要求;,从基础设施的角度,同时建设两种基础设施更加经济;从能源系统的角度,成本和可行性比效率更加重要;从原材料的角度,多样性可以提高能源系统的韧性。
宝马认为,在乘用车领域,纯电动汽车和燃料电池汽车总体运行成本之间的差距,将会在近10年或2030年代逐渐缩小。