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氫內(nèi)燃機(jī)與氫燃料電池,誰是未來能源的王者?

2023-06-09 10:16:57 作者:蔡金盛
在初中化學(xué)課上,我們了解了元素周期表第一元素、宇宙中的原始原子氫的性質(zhì)。它本身可以與氧氣一起燃燒,并釋放出大量的熱能和水。在火箭發(fā)動機(jī)中,液氫液氧發(fā)動機(jī)也是比沖最大的發(fā)動機(jī)。因此,使用氫氣作為汽車內(nèi)燃機(jī)的燃料當(dāng)然是可行的。

早在2007年,寶馬就推出了搭載V12氫燃料發(fā)動機(jī)的7系,但續(xù)航和性能太差,百公里加速接近10秒!如此低的性能,讓氫燃料發(fā)動機(jī)在很長一段時間內(nèi)淡出了人們的視野。直到豐田和現(xiàn)代汽車推出氫燃料電池電動汽車,氫能源才再次獲得高度關(guān)注。氫燃料電池通過氫和氧的電子轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電能,電能驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動車輪,從而大大提高了氫能的利用效率。

豐田氫燃料發(fā)動機(jī)花冠賽車

迄今為止,氫燃料電池技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了大約10年,現(xiàn)在豐田已經(jīng)推出了氫燃燒發(fā)動機(jī)并將其安裝在賽車上??磥碡S田已經(jīng)解決了直接燃燒氫氣效率低下的問題。那么問題來了,氫能的兩條發(fā)展路線:氫燃料電池和氫燃料發(fā)動機(jī),哪一條更能代表未來?一是給你和電動車一樣的駕駛體驗(yàn),二是給你和傳統(tǒng)燃油車一樣的駕駛體驗(yàn)。其實(shí)我們不妨大膽猜測一下,未來可能會推出由氫燃料發(fā)動機(jī)+氫燃料電池組成的氫氫混合動力系統(tǒng)。

寶馬氫氣7

寶馬氫氣7

寶馬是世界上第一家推出氫動力汽車的汽車制造商,已成功完成系列開發(fā)過程。氫7采用6.0L V12發(fā)動機(jī),191千瓦/260馬力,最大功率191千瓦,最大扭矩390Nm。它可以在9.5 秒內(nèi)從0 加速到100 公里/小時,最高速度電子限制為230 公里/小時。如果不能保證充足的氫氣供應(yīng),V12發(fā)動機(jī)可以快速切換到常規(guī)汽油工作模式。

寶馬氫氣7

BMW早在1978年就開始了氫動力裝置的研究,并在未來幾年內(nèi)繼續(xù)研發(fā)和升級這項(xiàng)技術(shù),開發(fā)出數(shù)代氫動力汽車。 2000 年,寶馬成為世界上第一家在德國漢諾威2000 年世博會上展示氫動力汽車示范車隊(duì)的汽車制造商。同時,BMW 750hL氫燃料汽車在真實(shí)測試條件下證明了其優(yōu)勢。

寶馬H2R 氫氣

寶馬H2R 氫氣

寶馬H2R 氫氣

2000 年,世界上第一個公共加氫站在慕尼黑機(jī)場啟用。 2004年發(fā)布搭載氫燃料發(fā)動機(jī)的概念賽車,同樣搭載6.0L V12發(fā)動機(jī),但最大功率為210kW,驅(qū)動1.5噸的車身,最高時速為300.175公里/小時。

賽車性能雖然不差,但是移植到7系上,很明顯這臺6.0L V12的怪獸是用氫氧燃燒做功的,效率實(shí)在是太低了。 200公里的續(xù)航里程大大降低了它的實(shí)用性,完全沒有駕駛激情。對于寶馬來說,V12發(fā)動機(jī)百公里加速9.5秒,簡直就是個笑話。不過,在氫能的碳探索上,寶馬并沒有停下腳步,而是換了一種方式—— i Hydrogen Next

BMW i Hydrogen 下一個

2019年,寶馬發(fā)布了氫燃料電池技術(shù)的i Hydrogen Next,將X5車型改裝成氫燃料電池,可容納兩個700bar的氫氣罐,可容納6公斤氫氣。氫燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電量約為125kW,電動機(jī)的輸出功率為275kW。

BMW i Hydrogen 下一個

BMW i Hydrogen Next 發(fā)電機(jī)堆

寶馬最終放棄了氫燃料發(fā)動機(jī)向氫燃料電池的改造。這是目前氫能利用率最高的技術(shù),也是豐田、現(xiàn)代等眾多大廠聯(lián)合研發(fā)的目標(biāo)。目前,國內(nèi)氫能科技企業(yè)蓬勃發(fā)展,最關(guān)鍵的儲氫罐、減壓閥、電堆等技術(shù)發(fā)展相當(dāng)成熟。

氫燃料電池的好處很明顯,補(bǔ)能快,加滿氫只需3分鐘,續(xù)航里程和燃油車一樣,駕駛體驗(yàn)和純電動車一樣,而且只有水被發(fā)射。

豐田Mirai 氫燃料電池車

豐田Mirai 打破吉尼斯世界紀(jì)錄

2021年8月23-24日,豐田Mirai在南加州的往返行程中消耗了5.65公斤氫氣,總里程為845.3英里(1360公里),刷新了吉尼斯世界紀(jì)錄。這是EPA 續(xù)航里程402 英里的兩倍多。氫燃料電池汽車創(chuàng)下的另一項(xiàng)紀(jì)錄是2019 款現(xiàn)代NEXO,續(xù)航里程為778 公里。

由于氫燃料電池非常易于驅(qū)動和使用,因此應(yīng)該沒有什么新鮮事可做。而腦洞大開的豐田卻將氫能源倒退了20年,再次推出了氫燃料發(fā)動機(jī)——卡羅拉氫燃料賽車。豐田尚未公布?xì)淙紵夹g(shù)是否有望在短期內(nèi)進(jìn)入消費(fèi)領(lǐng)域,但其在賽車上的應(yīng)用可以看作是一種驗(yàn)證和嘗試。對于那些熱衷于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的人來說,豐田的氫燃料發(fā)動機(jī)具有與汽油發(fā)動機(jī)相同的駕駛感覺、性能和豐富的尾氣,同時僅排放水和極少量的氮氧化物。

豐田花冠氫賽車

豐田花冠氫賽車

豐田花冠氫賽車

Toyota Corolla Hydrogen Fuel Racing 這款氫燃料發(fā)動機(jī)配備了DENSO 噴嘴,通過高壓將氫氣噴入氣缸,并通過電腦控制點(diǎn)火角度來控制燃燒室內(nèi)的溫度。另一個亮點(diǎn)是,豐田卡羅拉氫燃料賽車配備了四個儲氫罐,可容納180L的氫氣。

從氫燃料發(fā)動機(jī)到氫燃料電池再到氫燃料發(fā)動機(jī),有句話說的很好,30年河?xùn)|,30年河西,但是隨著技術(shù)的發(fā)展,氫能的利用開始轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€方向發(fā)展迅速。未來,我們不僅可以享受氫燃料電池帶來的安寧靜猛獸,也能享受到氫內(nèi)燃機(jī)帶來更澎湃的駕駛激情。但就目前量產(chǎn)車來看,氫燃料電池技術(shù)發(fā)展的更迅速,同時氫能源的化學(xué)能到電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換(無大量的熱損失),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)油潤滑系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)。也許未來的氫內(nèi)燃機(jī),只會成為有錢人的大玩具。

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