節(jié)能又環(huán)保 2015寶馬新技術(shù)面市

     1插電式混合動力2系旅行車,2015年6月29日-7月4日，寶馬在位于法國南部的米拉馬斯試車場舉辦了“BMW Group 2015創(chuàng)新日活動”，并首次對外展示了其面向未來的新能源驅(qū)動技術(shù)。其中部分內(nèi)容已經(jīng)在之前的新聞中和大家公開，但更多的項目細節(jié)受制于主辦方的保密需求，直到今天才得以和大家分享。

 

　　在此次活動中，早先搭載在寶馬i系列車型中的BMW eDrive科技這一回充分展現(xiàn)了其高度的靈活性，一臺采用插電式混合動力驅(qū)動的2系A(chǔ)ctive Tourer將在不久的將來上市銷售；直接水噴射系統(tǒng)提高了內(nèi)燃機在高功率下的效率，同時也能夠有效降低行駛時的油耗和排放；氫燃料電池驅(qū)動則是BMW eDrive電力驅(qū)動科技的新產(chǎn)品，也是寶馬和豐田合作的結(jié)晶，活動上寶馬不僅發(fā)布了這套動力科技的主要組件，還向大家首次展示了已經(jīng)搭載該技術(shù)的基于5GT車型打造的原型車。

 

首款搭載BMW eDrive科技的前驅(qū)車型：2系A(chǔ)ctive Tourer eDrive

 

　　眾所周知，此前在售的寶馬i3和i8已經(jīng)采用了插電式混合動力這種驅(qū)動形式，但是昂貴的原創(chuàng)車型設計費用以及材料成本導致i3和i8兩款車型的價格在同級別中并沒有優(yōu)勢。好在這一切很快就會得到解決，寶馬即將把這套插電式混合動力系統(tǒng)更加靈活的應用到現(xiàn)有的量產(chǎn)車上。此次BMW Group 2015創(chuàng)新日上就以2系A(chǔ)ctive Tourer為原型車首次展示了前橫置內(nèi)燃機、高壓發(fā)電機以及充當后橋的電動機這種組合方式。

 

 

1/動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與參數(shù)

 
　　繼之前寶馬3系（并未引進）和5系插電式混合動力車的四缸汽油發(fā)動機之后，此次2系A(chǔ)ctive Tourer eDrive車型則是eDrive系統(tǒng)在首個前橫置前驅(qū)平臺上的應用。展車保留了普通汽油版2系A(chǔ)ctive Tourer的1.5L三缸汽油發(fā)動機，該發(fā)動機的最大功率為136馬力（100千瓦），最大扭矩220牛·米，并通過6速Steptronic變速箱來傳遞動力，這與現(xiàn)有的2系A(chǔ)ctive Tourer車型完全一致。而不同的是，展示車在前軸的位置上還安置了一組輔助高壓發(fā)電機，在車輛剛起步時可以為內(nèi)燃機短時間的提供15千瓦的輔助功率和150牛·米的扭矩。

 

 

　 車輛的蓄電池、電動機、雙速變速箱和一些其他的電子裝備則位于后軸上，日常行駛時，輔助高壓發(fā)動機可以為蓄電池充電，其中蓄電池的容量會有5.8kWh和7.7kWh兩種規(guī)格，同時后輪的電動機還可提供額外的88馬力（65千瓦）功率以及165牛·米的峰值扭矩。如此一來，2系A(chǔ)ctive Tourer eDrive車型的最大總輸出功率達到了220馬力（165千瓦），最大總輸出扭矩更是高達385牛·米，官方標稱的0-100km/h極速成績僅為6.5秒，并且在歐盟標準的排放測試中，其平均百公里油耗僅為2L，相應的二氧化碳排放量不到50g/km。

 

2/如何充電，要充多久才能夠充滿？

 

　　除了之前我們說到的在“Save Battery”模式中車輛會自動把電充到50%之外，如果您將變速箱長時間的掛入S擋以激活內(nèi)燃機和電動機，此時整套系統(tǒng)會立刻進入最大功率輸出狀態(tài)，同時電池的電量最高能夠被充到80%左右。

 

 

 

　　而在回到家中之后，如果您購買過BMW Wallbox掛壁式充電器，那么2系A(chǔ)ctive Tourer eDrive車型最快可以在2.15小時內(nèi)將蓄電池充滿；而即使采用常規(guī)的家庭式電源插座，車輛也可以在3.15小時內(nèi)將蓄電池充滿，其效率還是非常之高的。

 

　　目前2系A(chǔ)ctive Tourer eDrive純電動的行駛里程被固定在38公里左右，總續(xù)航里程為580公里。官方并沒有公布38公里這個數(shù)值這是7.7kWh電池組還是5.8kWh電池組所對應的純電行駛里程，但是由于該車型目前還處于試驗階段，因此38公里這個數(shù)據(jù)尚不是最終確定值，活動現(xiàn)場我們也與負責寶馬2系A(chǔ)ctive Tourer eDrive車型的工程師交換了想法，并且給予了中國市場插電式混合動力車型純電動行駛里程50-70公里最為實用的觀點，對方表示會在下一步的產(chǎn)品優(yōu)化中給予考量。

 

 降低油耗提升功率的有效手段：進氣噴水冷卻系統(tǒng)

 

　　用于渦輪增壓發(fā)動機的進氣噴水冷卻系統(tǒng)是此次寶馬2015創(chuàng)新日上發(fā)布的另一項重要技術(shù)。該系統(tǒng)可以通過將經(jīng)過精確計算的水噴入發(fā)動機的進氣歧管和燃燒室中來達到冷卻的效果。尤其是在發(fā)動機的負荷較高的時候，實測數(shù)據(jù)表示該系統(tǒng)可以有效的提升輸出功率和扭矩，并且減少油耗、優(yōu)化二氧化碳排放量。

 

 

『寶馬M4 MotoGP安全車是寶馬首款采用水噴射裝置的車型』

 

　 　首款使用BMW水噴射裝置的車型是寶馬今年為MotoGP賽事提供的M4安全車，這款車搭載了一臺帶有M TwinPower Turbo技術(shù)和高轉(zhuǎn)速方案的直列六缸發(fā)動機，最大輸出功率為431馬力（317kW），最大扭矩為550牛·米，而綜合油耗卻僅有8.3-8.8L/100km，綜合二氧化碳排放量僅有194-204g/km。而在本屆2015寶馬創(chuàng)新日上，這項技術(shù)的準量產(chǎn)版本通過搭載三缸汽油發(fā)動機的寶馬1系原型車首次亮相。

 

1/進氣噴水冷卻系統(tǒng)的工作原理

 

　　和我們過去在一些改裝產(chǎn)品上見到過的水噴射系統(tǒng)一樣，其工作原理同樣是將水以極細的水霧形式噴射進入進氣歧管，然后利用蒸發(fā)吸熱原理來吸收周圍的熱量，從而將發(fā)動機中國的燃燒溫度降低約25℃。但不同的是，寶馬不僅僅將水霧噴入進氣歧管，同時還將水霧直接噴入燃燒室，從而更加有效的為發(fā)動機進行降溫。

 

 

 

　　對用戶來說，這套系統(tǒng)并不會降低日常駕駛的樂趣，反而因為能夠有效的降低發(fā)動機在高負荷時的熱量，所以使發(fā)動機的抗爆震能力大幅提升，從而進一步將發(fā)動機的壓縮比由原先的9.5提升至11，輸出功率最多提升10%，而油耗則最多可降低8%。

 

 

『水噴射技術(shù)的量產(chǎn)化應用在一臺搭載三缸發(fā)動機的1系原型車上實現(xiàn)』

 

 

 

 

　　而對車輛來說，由于熱負荷的降低，發(fā)動機的活塞、閥門、催化器和渦輪增壓器的使用壽命都會大大加強，燃油兼容性也會更好，即便是使用部分國家的95號汽油也可以達到原先在德國設計時的最佳功率輸出，而不用專門為個別地區(qū)的燃油品質(zhì)問題而降低發(fā)動機的輸出功率。

 

2/兩種不同的噴射方式是共同運行的嗎？

 

　　之前我們說到了寶馬的這套水噴射系統(tǒng)分為進氣歧管噴射和燃燒室直接噴射兩種，但這兩種噴射并不一定是同時進行的。在發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低時（并非車速較低時），系統(tǒng)會主要以進氣歧管噴射為主，此時若時采用燃燒室直接噴射的話，根據(jù)工程師的描述，可能會導致燃燒不充分現(xiàn)象發(fā)生，反而提高二氧化碳的排放。

 

 

　　而當發(fā)動機負荷較高時，系統(tǒng)就會自動啟用進氣歧管和燃燒室雙噴射技術(shù)，原因是單靠進氣歧管噴射的話，由于進氣歧管到達燃燒室的距離較長，水霧在到達燃燒室之前就已經(jīng)完全被蒸發(fā)，降溫的效率并不如人意，所以要采用燃燒室直接噴射。

 

 

『只有發(fā)動機負荷較高時才會啟用雙噴射模式』

 

來自未來的氫燃料電池驅(qū)動技術(shù)■ 和豐田共同研發(fā)的成果：氫動力燃料電池技術(shù)

 

　　大概在30多年前，寶馬就已經(jīng)開始了將氫氣作為能量載體的研究，2006年的時候品牌推出了首款量產(chǎn)的可用于日常駕駛的氫動力豪華轎車7系Hydrogen，限量100臺。不過在當時，氫燃料還是以液態(tài)的形式儲存于燃料罐中，并且V12雙燃料發(fā)動機直接燃燒氫燃料來獲取動力。而經(jīng)過了超過15年對氫動力燃料電池的研究之后（氫氣并非再用于發(fā)動機直接燃燒，而是轉(zhuǎn)化成電能儲存在蓄電池中并驅(qū)動電動機），寶馬終于在這一技術(shù)領(lǐng)域中尋得了最佳的合作伙伴——豐田，并在其發(fā)展上起到了里程碑式的突破。

 

『寶馬2006年的時候就推出了氫動力的7系Hydrogen，限量100臺』

 

 

 

 

　  在此次寶馬2015創(chuàng)新日期間，寶馬首次展示了集團在氫動力燃料電池驅(qū)動領(lǐng)域的研發(fā)成果，其包括兩臺以5系Gran Turismo為藍本的原型車和一臺僅用作試驗的基于寶馬i8打造的超級跑車。有關(guān)后者，目前僅有的數(shù)據(jù)表明該車最大功率達到256馬力（188kW），其他數(shù)據(jù)一概不得而知，并且寶馬官方也證實了該車僅為i系列的試驗用車，不會量產(chǎn)。

 

1/什么是氫動力燃料電池車？

 

　　氫動力燃料電池電動車（Fuel Cell Electric Vehicle）簡稱為FCEV，這項技術(shù)是將儲氫罐中的氣態(tài)氫轉(zhuǎn)換為電流和水蒸氣，然后使用電流來驅(qū)動電動機，這也是它和過去直接將液態(tài)氫燃燒從而驅(qū)動車輛的氫動力汽車最大的不同。目前已經(jīng)量產(chǎn)并上市的氫動力燃料電池電動車僅有豐田Mirai一款，但是考慮到品牌定位的差異，寶馬的氫動力燃料電池車產(chǎn)品會需要更多的研發(fā)時間以尋求獲取更好的產(chǎn)品品質(zhì)。

 

『豐田Mirai是目前唯一已經(jīng)量產(chǎn)的氫動力燃料電池電動車』

 

　　2013年年初，寶馬集團和豐田汽車正式達成戰(zhàn)略合作關(guān)系，這一合作也正式為了FCEV驅(qū)動技術(shù)的研發(fā)而來。當初的合作目標是在2020年之前完成首批經(jīng)過檢驗的組件，目前看來這一步的進度已即將完成。此外，成功推出FCEV量產(chǎn)車的前提條件老生常談，還是要在市場上推進氫動力基礎(chǔ)設施的建設，這也是寶馬集團和豐田汽車要在接下來共同制定行業(yè)技術(shù)標準來推動發(fā)展的重點方向。

 

2/寶馬的氫動力燃料電池技術(shù)包括哪些組成部分？工作原理？

 

　　一臺功率為245馬力（180kW）的電動機、作為臨時存儲器的高功率電子轉(zhuǎn)換器以及高壓蓄電池，這些很容易理解。前軸和后軸之間的管型氫氣存儲器是整套系統(tǒng)的一大難點，活動上推出的兩臺基于5系Gran Turismo分別搭載了符合全球工業(yè)標準的基于CGH2 700bar壓力的儲氫罐以及寶馬自由專利的CCH2低溫350bar壓力存儲罐技術(shù)的儲氫罐，前者可以存儲710kg的氣態(tài)氫，而后者僅可以存儲350kg氣態(tài)氫。

 

 

 

　　據(jù)了解，寶馬的下一步會將FCEV產(chǎn)品全部換成基于CGH2 700bar壓力的儲氫罐。按照官方標稱的燃料消耗量計算，目前寶馬的FCEV產(chǎn)品氫燃料消耗量為1kg/100km，最大續(xù)航里程為710km。

 

 

 

　　另一個技術(shù)難點則是燃料電池堆棧，其核心則是特殊的“電解質(zhì)薄膜”。在FCEV產(chǎn)品中，氫燃料并不是利用燃燒來獲取能量的，而是利用氫氣跟氧氣在化學反應過程中的電荷轉(zhuǎn)移來形成電流的。用來拆分氫氣的“電解質(zhì)薄膜”也是燃料電池研究領(lǐng)域金字塔頂端的技術(shù)壁壘。

 

 

『燃料電池堆棧是最尖端的技術(shù)，寶馬與豐田合作后，豐田提供該組件』

 

　　由于氫分子的體積非常小，可以透過“電解質(zhì)薄膜”的微小孔洞游離到對面去，在這個過程中，兩側(cè)的電極板會將氫氣拆分成帶正電的氫離子和電子，將氧氣拆分成帶負電的氧離子和電子，電子在電極板之間形成電流，兩個氫離子和一個氧離子結(jié)合成水，這就是反應的廢棄物，而這一整套運行的邏輯，就是發(fā)電的過程。

 

 

 

 

　　 寶馬FCEV的整套燃料電池堆棧每一個均由200-400片“電解質(zhì)薄膜”組合而成，每片的儲電能力為0.52kWh，其總成正是由豐田生產(chǎn)，考慮到豐田僅在燃料電池堆棧技術(shù)上就經(jīng)歷了十幾年的技術(shù)優(yōu)化，其目前的產(chǎn)品已經(jīng)比2008年推出的產(chǎn)品在發(fā)電效率上足足提升了2.2倍，達到全球頂尖水平，因此直接以合作形式采用豐田的產(chǎn)品無疑是明智的選擇。

 

　之前提到過此次推出的基于i8所打造的FCEV超跑車型，雖然作為實驗性產(chǎn)品并不會量產(chǎn)，但這也預示著寶馬氫燃料電池驅(qū)動未來同樣會作為一個單獨的組件來強化現(xiàn)有的車型，就和插電式混合動力系統(tǒng)一樣。從官方提供的信息來看，擁有這項技術(shù)的混合動力車型會帶有一組1000kWh的高壓蓄電池作為臨時存儲器，而在和傳統(tǒng)的插電式混合驅(qū)動方案相比，氫燃料電池驅(qū)動技術(shù)在體積上更占優(yōu)勢，并且其零排放的續(xù)航里程可以更長，稱得上是最高效環(huán)保的混合動力解決方案。

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