主攻新能源!2015宝马创新日新技术一览

2015-07-06 20:25:00来源: 汽车之家
    2015年6月29日-7月4日,宝马在位于法国南部的米拉马斯试车场举办了“BMW Group 2015创新日活动”,并首次对外展示了其面向未来的新能源驱动技术。其中部分内容已经在之前的新闻中和大家公开,但更多的项目细节受制于主办方的保密需求,直到今天才得以和大家分享。
 
    在此次活动中,早先搭载在宝马i系列车型中的BMW eDrive科技这一回充分展现了其高度的灵活性,一台采用插电式混合动力驱动的2系Active Tourer将在不久的将来上市销售;直接水喷射系统提高了内燃机在高功率下的效率,同时也能够有效降低行驶时的油耗和排放;氢燃料电池驱动则是BMW eDrive电力驱动科技的新产品,也是宝马和丰田合作的结晶,活动上宝马不仅发布了这套动力科技的主要组件,还向大家首次展示了已经搭载该技术的基于5GT车型打造的原型车。
 
    ■ 首款搭载BMW eDrive科技的前驱车型:2系Active Tourer eDrive
 
    众所周知,此前在售的宝马i3和i8已经采用了插电式混合动力这种驱动形式,但是昂贵的原创车型设计费用以及材料成本导致i3和i8两款车型的价格在同级别中并没有优势。好在这一切很快就会得到解决,宝马即将把这套插电式混合动力系统更加灵活的应用到现有的量产车上。此次BMW Group 2015创新日上就以2系Active Tourer为原型车首次展示了前橫置内燃机、高压发电机以及充当后桥的电动机这种组合方式。
 
 
 
 
 
 
    1/动力系统结构与参数
 
  继之前宝马3系(并未引进)和5系插电式混合动力车的四缸汽油发动机之后,此次2系Active Tourer eDrive车型则是eDrive系统在首个前橫置前驱平台上的应用。展车保留了普通汽油版2系Active Tourer的1.5L三缸汽油发动机,该发动机的最大功率为136马力(100千瓦),最大扭矩220牛·米,并通过6速Steptronic变速箱来传递动力,这与现有的2系Active Tourer车型完全一致。而不同的是,展示车在前轴的位置上还安置了一组辅助高压发电机,在车辆刚起步时可以为内燃机短时间的提供15千瓦的辅助功率和150牛·米的扭矩。
 
 
 
 
 
    车辆的蓄电池、电动机、双速变速箱和一些其他的电子装备则位于后轴上,日常行驶时,辅助高压发动机可以为蓄电池充电,其中蓄电池的容量会有5.8kWh和7.7kWh两种规格,同时后轮的电动机还可提供额外的88马力(65千瓦)功率以及165牛·米的峰值扭矩。如此一来,2系Active Tourer eDrive车型的最大总输出功率达到了220马力(165千瓦),最大总输出扭矩更是高达385牛·米,官方标称的0-100km/h极速成绩仅为6.5秒,并且在欧盟标准的排放测试中,其平均百公里油耗仅为2L,相应的二氧化碳排放量不到50g/km。
 
    2/驾驶模式有哪些?
 
    和传统的纯内燃机驱动车型一样,宝马2系Active Tourer eDrive也有一个驾驶体验开关,通过按键可以激活“Comfort”、“Sport”设置以及“ECO PRO”模式。除了加速踏板特性曲线和底盘功能之外,不同模式的选择也会影响到Steptronic变速箱的换挡特性。在“ECO PRO”模式中还可以使用滑行功能,并且通过有针对性地控制电动舒适功能(例如空调、座椅和后视镜加热系统)的功率来优化能源效率。
 
 
    除此之外,在驾驶体验开关的左侧还有一个特别的“eDrive”按键,通过此按键,共有三种不同的驱动设置可供驾驶者选择:
 
    Auto eDrive:每次车辆启动时都默认在“Comfort”模式下运行,在普通的负载下会首先采用纯电动模式行驶,当速度超过80km/h时或是猛烈加速时,会自动切换至内燃机驱动或是混合驱动模式(也是四驱模式)。在这个模式下,车辆会自动将蓄电池充电至15%的电量。
 
『2系Active Tourer eDrive的四驱形式可以轻松爬上坡度达50%的沙石地陡坡』
 
 
 
    比较特别的是,在2系Active Tourer eDrive上,如果驾驶者激活了GPS导航的目的地指引,那么车辆还会根据沿途的交通情况、道路条件和中转点等因素自动计算如何最高效的利用电能和内燃机能,这其中会优先考虑电动行驶。
 
『如果设置了GPS导航,系统还可以根据路况等信息自动分配电力使用』
 
    Max eDrive:车辆只通过电动机驱动,最高时速限制在大约130km/h,纯电动行驶里程为38公里,但如果驾驶者完全踩尽油门踏板,包括Kickdown开关,那么车辆会自动激活“escapefunction”功能,从而暂时的启动内燃机帮助完成驾驶者所需的操作。
 
 
 
 
 
『多种不同的工作状态显示图』
 
    Save Battery:在该模式下,车辆会有意识地将高压蓄电池中保存的电能恒定在50%左右,通常在长途行驶后即将进入有可预见性拥堵的城市路况时使用效果最好。类似的功能我们此前在沃尔沃S60插电式混合动力车上也曾见到过,该车有一个名为“SAVE”的按键与之功能相近。
 
    3/如何充电,要充多久才能够充满?
 
    除了之前我们说到的在“Save Battery”模式中车辆会自动把电充到50%之外,如果您将变速箱长时间的挂入S挡以激活内燃机和电动机,此时整套系统会立刻进入最大功率输出状态,同时电池的电量最高能够被充到80%左右。
 
 
 
 
    而在回到家中之后,如果您购买过BMW Wallbox挂壁式充电器,那么2系Active Tourer eDrive车型最快可以在2.15小时内将蓄电池充满;而即使采用常规的家庭式电源插座,车辆也可以在3.15小时内将蓄电池充满,其效率还是非常之高的。
 
 
    目前2系Active Tourer eDrive纯电动的行驶里程被固定在38公里左右,总续航里程为580公里。官方并没有公布38公里这个数值这是7.7kWh电池组还是5.8kWh电池组所对应的纯电行驶里程,但是由于该车型目前还处于试验阶段,因此38公里这个数据尚不是最终确定值,活动现场我们也与负责宝马2系Active Tourer eDrive车型的工程师交换了想法,并且给予了中国市场插电式混合动力车型纯电动行驶里程50-70公里最为实用的观点,对方表示会在下一步的产品优化中给予考量。
 
    4/插电式混合动力2系Active Tourer eDrive的空间如何?
 
    高压蓄电池组位于后排座椅下方,发电机以及位于后轴上方的电动机体积都非常小,所以搭载了BMW eDrive系统的2系Active Tourer eDrive车型和普通的2系Active Tourer拥有完全相同的后备厢空间,包括后备厢底板下的储物空间也被保留了下来。
 
『和常规版本2系Active Tourer车型一样的后备厢空间』
 
 
 
    此外,这套BMW eDrive系统除了2系Active Tourer eDrive之外,还可以在未来被整合到更多的前驱平台产品中去,并且同样不会影响到车辆的舒适性和内部空间的灵活性。

■ 降低油耗提升功率的有效手段:进气喷水冷却系统

用于涡轮增压发动机的进气喷水冷却系统是此次宝马2015创新日上发布的另一项重要技术。该系统可以通过将经过精确计算的水喷入发动机的进气歧管和燃烧室中来达到冷却的效果。尤其是在发动机的负荷较高的时候,实测数据表示该系统可以有效的提升输出功率和扭矩,并且减少油耗、优化二氧化碳排放量。


『宝马M4 MotoGP安全车是宝马首款采用水喷射装置的车型』

首款使用BMW水喷射装置的车型是宝马今年为MotoGP赛事提供的M4安全车,这款车搭载了一台带有M TwinPower Turbo技术和高转速方案的直列六缸发动机,最大输出功率为431马力(317kW),最大扭矩为550牛·米,而综合油耗却仅有8.3-8.8L/100km,综合二氧化碳排放量仅有194-204g/km。而在本届2015宝马创新日上,这项技术的准量产版本通过搭载三缸汽油发动机的宝马1系原型车首次亮相。

1/进气喷水冷却系统的工作原理

和我们过去在一些改装产品上见到过的水喷射系统一样,其工作原理同样是将水以极细的水雾形式喷射进入进气歧管,然后利用蒸发吸热原理来吸收周围的热量,从而将发动机中国的燃烧温度降低约25℃。但不同的是,宝马不仅仅将水雾喷入进气歧管,同时还将水雾直接喷入燃烧室,从而更加有效的为发动机进行降温。

对用户来说,这套系统并不会降低日常驾驶的乐趣,反而因为能够有效的降低发动机在高负荷时的热量,所以使发动机的抗爆震能力大幅提升,从而进一步将发动机的压缩比由原先的9.5提升至11,输出功率最多提升10%,而油耗则最多可降低8%。


『水喷射技术的量产化应用在一台搭载三缸发动机的1系原型车上实现』

而对车辆来说,由于热负荷的降低,发动机的活塞、阀门、催化器和涡轮增压器的使用寿命都会大大加强,燃油兼容性也会更好,即便是使用部分国家的95号汽油也可以达到原先在德国设计时的最佳功率输出,而不用专门为个别地区的燃油品质问题而降低发动机的输出功率。

2/两种不同的喷射方式是共同运行的吗?

之前我们说到了宝马的这套水喷射系统分为进气歧管喷射和燃烧室直接喷射两种,但这两种喷射并不一定是同时进行的。在发动机转速较低时(并非车速较低时),系统会主要以进气歧管喷射为主,此时若时采用燃烧室直接喷射的话,根据工程师的描述,可能会导致燃烧不充分现象发生,反而提高二氧化碳的排放。

而当发动机负荷较高时,系统就会自动启用进气歧管和燃烧室双喷射技术,原因是单靠进气歧管喷射的话,由于进气歧管到达燃烧室的距离较长,水雾在到达燃烧室之前就已经完全被蒸发,降温的效率并不如人意,所以要采用燃烧室直接喷射。


『只有发动机负荷较高时才会启用双喷射模式』

那么燃烧时直接喷射为什么不会导致发动机熄火?这和我们印象中的发动机进水有什么不同呢?原来差异就在于水雾并不是以单独的喷嘴射入发动机燃烧室,而是在喷射之前,先有一个将经过精确计算的水和汽油混合的过程,然后将混合液体雾化之后再喷入燃烧室。那么由于燃烧室内的温度极高,所以在雾化的液体进入燃烧室并被点燃之前,其中的水雾部分就已经被蒸发了,所以实际上并不会对发动机的运行有任何负面的影响。

3/水喷射系统的“水”从哪里来?是否需要加水?

答案很简单:主要是空调冷凝水。为什么说“主要”是空调冷凝水呢,因为您也有可能需要自助去加水,当然加的必须是蒸馏水,而不可以是含有矿物质的自来水或是矿泉水。

从宝马官方给出的数据来看,这套进气喷水冷却系统在量产后排除极端气候条件外,在日常行驶的大部分情况下都不需要加水,车载的水回收系统足以实现自给自足,因为蒸发而进入空调设备的水会被收集起来储存在一个独立的容量为5L的储水罐中,而即便在德国不限速的高速公路上疾驰,这套水喷射系统的耗水量也仅仅只有0.1-0.8L/100km左右。

『日常情况下驾驶者几乎不用考虑主动注水,仅靠空调冷凝水就足够了』

通常在夏天,由于车内外的温差较大,所以水回收系统的工作效率较高,而在冬天极为干燥的条件下,车主才有可能被迫为水喷射系统进行加水操作。另一方面,每次发动机停机之后,水会从管道系统中被抽回到已经做了防霜冻处理的水箱中,从而避免系统组件结冰或是导致发动机锈蚀。

   ■ 和丰田共同研发的成果:氢动力燃料电池技术

大概在30多年前,宝马就已经开始了将氢气作为能量载体的研究,2006年的时候品牌推出了首款量产的可用于日常驾驶的氢动力豪华轿车7系Hydrogen,限量100台。不过在当时,氢燃料还是以液态的形式储存于燃料罐中,并且V12双燃料发动机直接燃烧氢燃料来获取动力。而经过了超过15年对氢动力燃料电池的研究之后(氢气并非再用于发动机直接燃烧,而是转化成电能储存在蓄电池中并驱动电动机),宝马终于在这一技术领域中寻得了最佳的合作伙伴——丰田,并在其发展上起到了里程碑式的突破。


『宝马2006年的时候就推出了氢动力的7系Hydrogen,限量100台』

在此次宝马2015创新日期间,宝马首次展示了集团在氢动力燃料电池驱动领域的研发成果,其包括两台以5系Gran Turismo为蓝本的原型车和一台仅用作试验的基于宝马i8打造的超级跑车。有关后者,目前仅有的数据表明该车最大功率达到256马力(188kW),其他数据一概不得而知,并且宝马官方也证实了该车仅为i系列的试验用车,不会量产。

1/什么是氢动力燃料电池车?

氢动力燃料电池电动车(Fuel Cell Electric Vehicle)简称为FCEV,这项技术是将储氢罐中的气态氢转换为电流和水蒸气,然后使用电流来驱动电动机,这也是它和过去直接将液态氢燃烧从而驱动车辆的氢动力汽车最大的不同。目前已经量产并上市的氢动力燃料电池电动车仅有丰田Mirai一款,但是考虑到品牌定位的差异,宝马的氢动力燃料电池车产品会需要更多的研发时间以寻求获取更好的产品品质。


『丰田Mirai是目前唯一已经量产的氢动力燃料电池电动车』

2013年年初,宝马集团和丰田汽车正式达成战略合作关系,这一合作也正式为了FCEV驱动技术的研发而来。当初的合作目标是在2020年之前完成首批经过检验的组件,目前看来这一步的进度已即将完成。此外,成功推出FCEV量产车的前提条件老生常谈,还是要在市场上推进氢动力基础设施的建设,这也是宝马集团和丰田汽车要在接下来共同制定行业技术标准来推动发展的重点方向。

2/宝马的氢动力燃料电池技术包括哪些组成部分?工作原理?

一台功率为245马力(180kW)的电动机、作为临时存储器的高功率电子转换器以及高压蓄电池,这些很容易理解。前轴和后轴之间的管型氢气存储器是整套系统的一大难点,活动上推出的两台基于5系Gran Turismo分别搭载了符合全球工业标准的基于CGH2 700bar压力的储氢罐以及宝马自由专利的CCH2低温350bar压力存储罐技术的储氢罐,前者可以存储710kg的气态氢,而后者仅可以存储350kg气态氢。

据了解,宝马的下一步会将FCEV产品全部换成基于CGH2 700bar压力的储氢罐。按照官方标称的燃料消耗量计算,目前宝马的FCEV产品氢燃料消耗量为1kg/100km,最大续航里程为710km。

另一个技术难点则是燃料电池堆栈,其核心则是特殊的“电解质薄膜”。在FCEV产品中,氢燃料并不是利用燃烧来获取能量的,而是利用氢气跟氧气在化学反应过程中的电荷转移来形成电流的。用来拆分氢气的“电解质薄膜”也是燃料电池研究领域金字塔顶端的技术壁垒。


『燃料电池堆栈是最尖端的技术,宝马与丰田合作后,丰田提供该组件』

由于氢分子的体积非常小,可以透过“电解质薄膜”的微小孔洞游离到对面去,在这个过程中,两侧的电极板会将氢气拆分成带正电的氢离子和电子,将氧气拆分成带负电的氧离子和电子,电子在电极板之间形成电流,两个氢离子和一个氧离子结合成水,这就是反应的废弃物,而这一整套运行的逻辑,就是发电的过程。

宝马FCEV的整套燃料电池堆栈每一个均由200-400片“电解质薄膜”组合而成,每片的储电能力为0.52kWh,其总成正是由丰田生产,考虑到丰田仅在燃料电池堆栈技术上就经历了十几年的技术优化,其目前的产品已经比2008年推出的产品在发电效率上足足提升了2.2倍,达到全球顶尖水平,因此直接以合作形式采用丰田的产品无疑是明智的选择。

3/充气方式及效率?

目前宝马拥有自主研发的全球唯一的一台移动氢燃料加注站,同样可以通过CGH2标准700bar压力对FCEV产品进行燃料加注,整个过程被控制在5分钟之内。目前全世界已有多个国家已经建立了数量相当可观的加氢站,但其中的大部分仍为CCH2标准的300-350bar加注压力。在这些国家中日本是毫无疑问的最积极者,其在2015年已经建立了100座加氢站,而在2025年,全日本的加氢站数量更是要达到800座之多。


『宝马拥有全世界唯一一座移动式700bar CGH2等级快速加氢站』

中国市场上,加氢站建设的决定权目前仍然在“两桶油”手上,根据宝马官方的介绍,目前和中国政府的洽谈正在持续开展中。早前中国当局已经决定建立加注压力为350bar的CCH2标准加氢站,但由于看到国际上行业形势均向着更高的CGH2 700bar压力标准发展,遂已决定将来直接建设700bar压力的加氢站,并且从2020年起逐步开展加氢站的建设工作。

4/未来的展望:即是单一产品,也是车辆架构之一

目前宝马的氢燃料电池驱动技术仍在持续研发中,具体量产车型的上市时间仍然遥遥无期,更实际的来说,这项科技对宝马而言仍然可以看做是一项技术储备,是其“高效科技”战略中的重要一环。未来宝马或许会推出和5系Gran Tourismo原型车一样的FECV产品,并不采用传统的内燃机,完全以氢燃料电池驱动车辆行驶,这已是可预见的。

之前提到过此次推出的基于i8所打造的FCEV超跑车型,虽然作为实验性产品并不会量产,但这也预示着宝马氢燃料电池驱动未来同样会作为一个单独的组件来强化现有的车型,就和插电式混合动力系统一样。从官方提供的信息来看,拥有这项技术的混合动力车型会带有一组1000kWh的高压蓄电池作为临时存储器,而在和传统的插电式混合驱动方案相比,氢燃料电池驱动技术在体积上更占优势,并且其零排放的续航里程可以更长,称得上是最高效环保的混合动力解决方案。


关键字:主攻

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2015/0706/article_11104.html
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