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不需加油和充电 解析丰田Mirai氢燃料电池技术

一猫汽车网 2015-05-12 19:33:36 图片作者:李耀强

  在刚结束的上海车展上,丰田展示了自家的第一款量产氢动力车型Mirai。如果有关注丰田的朋友对于这款车型应该不陌生,在过往的其它大型车展上,都有展出过相关的FCV概念车。作为全球第一款量产的氢燃料电池车,丰田Mirai有着不少令人啧啧称奇的技术,就好像第一次接触丰田的混合动力一样,充满惊喜。


  氢能源车存在的意义和电动车一样,是解决排放问题的终极方案。在全球日益倡导低碳环保的主旋律下,氢动力车型拥有纯电动车的零油耗、零排放、低噪音等优势,其核心部分是燃料电池。我们可以将Mirai理解成一辆用电驱动的车型,只不过它采用了燃料电池代替了厚重且充电效率低的锂离子电池。氢燃料电池车是通过利用氢气跟氧气化学反应过程中的电荷转移来形成电流,使电动机运作,从而驱动车辆行驶。


  就核心结构部件方面,Mirai明显比油电混合、纯电动车都要复杂,整套动力系统以燃料电池堆栈为核心,没有传统的汽油发动机、变速器、油箱以及大面积锂离子电池。发动机舱内部是电动机和电动机的控制单元,车身后桥部分放置了一个镍氢动力电池组和前后两个高压储氢罐,在Mirai身上无需考虑加油或者充电的问题,驱动唯一消耗的“燃料”只有氢气。


  常温下氢气是气体,密度非常低、难以液化且极易燃烧。因此,如何安全地储存氢气,成为氢动力车辆的首要考虑因素。丰田Mirai于车身后桥位置安装了一大一小的两个高压储氢罐,并且设计成椭圆胶囊式的外形,采用三层不同的材质。


  高压储氢罐的罐体内部衬有塑料密封内胆,其外面包裹一层碳纤维强化塑料抗压层,抗压层外侧再有一层玻璃纤维材料的减震保护层。每一层的纤维纹路都根据所处罐身位置不同而做了额外优化,使纤维顺着压力分布的方向,提升保护层效果。两个储氢罐一共的容量是122.4升(前储罐60升,后储罐62.4升),采用700个大气压储存,最多能容纳约5公斤的氢气。


  不过,要使燃料电池堆栈能够正常反应发电,还得需要氧气的加入,这里只需要将空气带入即可达到效果。前进气格栅会构成一条通道,空气由此进入燃料电池堆栈后,氢气会与空气中的氧结合反应产生电流,整个过程最后得出的唯一“废物”是纯净水。


  当车辆启动时,燃料电池堆栈产生的电流除了供给电动机进行车辆驱动外,还有部分会储存到位于后轴上方的镍氢动力电池上。这块1.6千瓦时的电池与凯美瑞混合动力所搭载的完全相同,起动力和储能作用。在整车负载低时,可以单独用它供电带动车辆前进。如果车辆有更大的动力需求,电动机和镍氢动力电池通过双重供电来满足。车辆在减速和制动时,电动机的回收动能会为镍氢电池组“充电”。


  在撇开加氢站点少的外在因素,氢燃料的填充速度远比电动车的充电速度快。就拿Mirai来说,充满氢燃料的时间仅需3分钟,就能行驶大概650km;与之相比的特斯拉Model S充满电后的续航里程大概为500km,但充电时间最快也要差不多5个小时。


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