氢燃料发动机是个啥?
[汽车之家 新鲜技术解读] 在长城汽车第8届科技节期间,这家车企发布了2025战略,目标是到2025年实现年销量400万辆,其中80%的订单来自新能源车型。同时向外界承诺,要在2045年实现碳中和。不仅如此,咖啡智能2.0与咖啡智能众创平台的发布,给外界展示了长城汽车“智能化”的下一步动作。
整个发布会透着一家企业的危机感和紧迫感,相比之下,碳中和与智能化展区气氛更加“欢快”。这次长城借科技节的机会拿出了哪些有意思的展品,它们背后隐藏着什么技术、在未来的量产车上能见到吗?进入文章咱们一起看。
◆氢能源+新型半导体 碳中和之路上的那些事
伴随我国提出2030年碳达峰、2060年前实现碳中和两大目标,储量充足、反应产物只有水的氢燃料,这几年在我国发展规划中的地位明显提升,部分城市还立下了2025年前燃料电池汽车累计推广量突破1万辆的“flag”。政策利好,车企也在行动,今年3月的氢能战略全球发布会上,长城将氢燃料认定为“终极目标”。而本次科技节展台上,出现了不少跟氢有关的展品。
话虽如此,氢燃料发动机的火花塞、进排气凸轮轴、燃料供给系统等,与传统发动机无法画等号,需要进行优化设计。同时氢燃料发动机的难点,体现在燃料供给和缸内燃烧的控制上,既要保证气态燃料的稳定燃烧,也要规避早燃和回火等问题。需要说明的是,增压器在氢燃料发动机上是必备品,少了它,发动机的动力输出无法满足车用需求。所以氢燃料发动机没有“自吸”,“带T”是起点。
燃烧氢气不会产生积碳等副产物,但要避免火花塞的高温造成气体早燃,会用散热更好、进入气缸深度更小的冷型火花塞。当然,冷型火花塞并非氢燃料发动机专用,部分高性能燃油发动机上也能见到。
看到无污染的氢燃料与传统发动机的结合,再想想加氢只需要五分钟左右,补能时间成本都能跟“加油”媲美了,不太能接受电动车的朋友们是不是见到了一线曙光?
然而,现实总不会那么美好。工作人员表示,氢燃料发动机将适配到现有的燃油车平台上,变速箱等传动系统都是现成的。虽然长城氢燃料发动机热效率将大于40%,在发动机里排名前列,但相比电动机,效率依旧不够高。再算上传动系统等机械结构的能量损失,整个系统的效率可想而知。
氢燃料电池是怎么工作的?
了解氢燃料发动机后,我身边不少朋友都认为这是个过渡路线。虽然长城还打算让氢燃料发动机走增程器路线,但跟氢燃料长期搭档的大概率是燃料电池,毕竟后者效率更高。当然,氢燃料电池现阶段还算不上十全十美,亮点在哪、问题是啥?先来了解一下吧。
在燃料电池的大家族中,按类型可划分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)共五种,其中只有碱性燃料电池(AFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)可以将氢气作为燃料。不过考虑到碱性燃料电池(AFC)易与二氧化碳反应生成碳酸盐沉淀,固体氧化物燃料电池(SOFC)工作温度较高(通常为750-1000摄氏度)的不足,目前研发氢燃料电池技术的车企,基本走质子交换膜燃料电池(PEMFC)技术路线。
正如前文所述,空压机内部带有电动机,工作时会消耗能量。启动车辆时这部分能量来自动力电池,燃料电池堆经过短暂暖机后,会用自身发出的电能驱动空压机。对氢燃料电池系统来说,空压机是功耗最大的外辅件,能消耗掉电堆输出功率的15%左右。降低内耗是提升系统净输出功率的必经之路,就是开源节流的意思。
眼下,除了中国品牌车企发力氢燃料电池领域外,海外车企也盯上国内氢能市场这块蛋糕,而且还不只一家。今年初,现代集团已与广州市黄埔区政府签订投资协议,成立现代汽车氢燃料电池系统(广州)有限公司。计划明年下半年投产NEXO车型上用的燃料电池系统。另外,丰田和亿华通在近日成立了华丰燃料电池公司,制造燃料电池及零配件等,双方各自持股50%。
新型半导体会用在哪里?
相比海外车企的产品,未势能源的乘用车燃料电池发动机能打吗?先看数据。
各车企氢燃料电池系统性能对比 | |||
厂家 | 代表车型 | 体积功率密度(kW/L) | 发电功率(kW) |
长城汽车 | 未知 | 4.2 | 95 |
上汽大通 | 上汽MAXUS EUNIQ 7 | 3.7 | 92 |
本田 | CLARITY FUEL CELL | 3.12 | 103 |
丰田 | 第二代Mirai | 5.4 | 128 |
现代 | NEXO | 3.1 | 100 |
面向未来,丰富氢燃料电池车产品阵容的必经之路,在于提升体积功率密度,并将燃料电池系统“塞进”不同大小的发动机舱里。按照未势能源的计划,伴随端板/壳体一体化与高基能电解质等相关技术逐步成熟,燃料电池的体积功率密度会推进到5-6kW/L甚至7kW/L。不过在这之前,氢燃料电池系统在商用车领域的例子,会远比乘用车领域的多。
从氢燃料发动机到氢燃料电池系统,伴随“氢”在能源发展中地位的提升,包含长城汽车在内的各家车企,拿出了围绕“氢”的不同阶段解决方案。不过储氢、运氢相关的设施建设和物流闭环目前还不够完善,氢能真正走入寻常百姓家尚需时日。
至于氢燃料发动机和燃料电池这两种技术路线会不会共存,以及共存的时间有多长。我们大胆推测,燃料电池体积密度足够高、整套系统足够小且能放进轿车/SUV发动机舱之时,就是发动机退出氢阵容之日。两者共存的时间,应该不会很长。
另外,长城汽车沙龙品牌的首款氢能量产车,将于年底发布计划2022年上市。新车将基于柠檬平台打造,定位大型7座SUV,NEDC续航里程不低于840km。2023年长城汽车还将推出一款全尺寸氢燃料电池轿车,大家可以期待一下。
◆新型半导体 无钴电池怎么样了
作为电气化进程中不可少的一环,新型半导体的应用,推动了电机控制器等相关部件的效率提升。在本次科技节展台上,长城汽车带来了采用碳化硅和氮化镓两种第三代半导体的部件,锂电池方面也有了新进展。
2021年没准是无钴电池和四元锂电池入场的元年,虽然要在产品端看到新电池带来的性能提升还要等一段时间,但战火已经点燃。为此我咨询了展台工作人员对海外电池制造商NCMA电池的看法,在他看来,无钴电池会比NCMA电池成本低10%左右,室温下超过2500次的循环寿命也是竞争优势。
至于未来将陆续出现在新车上的第三代半导体组件,它们是纯电动车体验升级过程中不可少的部分,积跬步才能行千里。对消费者来说,众多新技术加持将会带来续航更长、使用更安心的电动车。
智能化展馆里的新体验
◆别以为智能化只有座舱和自动驾驶
在咖啡智能2.0发布会上,新一代电子电气架构、线控底盘和自动驾驶计算平台等亮点技术也跟咱们打了招呼,这些技术会陆续出现在未来上市的新车上,小编也在第一时间进行了技术解读,有兴趣的朋友可回看文章《软件赋能 长城咖啡智能2.0技术解读》。之前文章涵盖的内容,这篇不再赘述了,接下来带大家看看长城汽车科技节智能化展区里,还有哪些有意思的展品。
近年来常说的智能座舱、自动驾驶覆盖的面其实很大,既有整车硬件、电子电气架构的事,也跟乘员情绪监控、智能推送服务等息息相关。可以说是包含但不限于汽车、软件研发等各领域前沿技术的融合体,同时功能开发也在向细枝末节的场景延伸,靠的不只是技术,更多是想法。
车上美容的正确打开方式
接下来为大家带来的是跟随150、胶原蛋白出风模块和酒精锁,都是听上去应用面不算宽,可实际上能体现出产品差异化的技术。废话不多说,咱继续。
虽然跟随150目前只在长城汽车内部使用,但基于它的技术能衍生出购物跟随车等,满足特定场景需求的产品。这或许是长城选择在跟随150上采用UWB技术的深层原因。
跟随150在为长城汽车内部员工提供便利的同时,也是自动驾驶、超宽带无线通信等技术的验证平台,以及未来相关衍生产品的技术研发平台。或许要等市场需求更旺盛、带UWB芯片的手机等硬件进一步普及后,我们才能与跟随150的衍生品或新功能见面,不过技术储备已经开始了。
伴随长城旗下欧拉品牌开始主打女性消费市场,本次科技节上也出现了跟女性用户需求强相关的展品——胶原蛋白出风模块。
关注女性用户的同时,长城汽车也没忘了男性消费者,特别是好喝酒的朋友们。常言道,喝酒不开车,如果每位驾驶员都很自觉的话,欧盟就不会推出规定2022年上市新车必须提供酒精测试仪接口的规定了。而长城汽车在预装接口的基础上更进一步,带来了酒精锁。
酒精锁有些为欧盟政策而生的影子,不过希望国内也能尽快推出相关政策。同时酒精锁在共享汽车领域等也有发展空间,相信这套装置能大幅降低酒驾人数,以及因酒驾造成事故的数量。
写在最后
在“新四化”的路上,各大车企都在做着不同领域的技术储备,其中包含的也不再只有汽车、新能源等领域。长城汽车科技节包罗万象的展品带来了不少乐趣,也让我们看见了这家车企技术面涉猎之广泛。其中的不少展品已经或即将进入上车倒计时了,大家希望在车上看到哪项技术呢?在评论区留言告诉小编吧。(图/文 汽车之家 马一凡)