什么是燃料電池，豐田燃料電池技術(shù)深度剖析
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-03 12:37
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不加油、不充電、不排放尾氣，唯一排放的廢物是純凈水！會(huì)有這樣的車存在嗎？答案是肯定的！豐田Mirai就是這樣一輛車。那么這一切都是如何實(shí)現(xiàn)的呢？
豐田燃料電池技術(shù)深度剖析
隨著石油資源的不斷消耗，傳統(tǒng)燃料汽車在未來(lái)將被新能源取代已成定局。而要說(shuō)到在新能源汽車領(lǐng)域誰(shuí)最有發(fā)言權(quán)，相信不少人都同筆者一樣第一個(gè)想到的便是豐田；已經(jīng)量產(chǎn)并推出了數(shù)代的普銳斯雖然依然在燒油，但不可否認(rèn)其對(duì)于新能源車研發(fā)的意義是相當(dāng)巨大。而此次豐田為我們帶來(lái)的Mirai氫燃料電池車則是將未來(lái)汽車直接具象化的呈現(xiàn)在了我們的眼前。
與目前國(guó)內(nèi)炙手可熱的純電動(dòng)車相比，氫燃料電池具有能量密度更高（單位體積下約為傳統(tǒng)電池的7倍）、加注更快捷等優(yōu)勢(shì)。而且從我國(guó)目前的發(fā)電結(jié)構(gòu)來(lái)看，氫燃料電池對(duì)于環(huán)境保護(hù)的意義更是遠(yuǎn)不止減少一輛車的碳排放這么簡(jiǎn)單。
說(shuō)回Mirai，作為一款量產(chǎn)的氫燃料電池車，它與我們之前所見到的氫動(dòng)力車又有什么區(qū)別呢？其實(shí)這個(gè)問題很簡(jiǎn)單，氫燃料電池車是通過氫來(lái)產(chǎn)生電能，最終驅(qū)動(dòng)車輛的是電動(dòng)機(jī)；而之前亮相過的氫動(dòng)力車（如BMW 7系氫動(dòng)力版）則是通過以氫為燃料的內(nèi)燃機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輛。
豐田燃料電池技術(shù)深度剖析
了解了Mirai出現(xiàn)的意義，那么這臺(tái)車到底是怎么工作的呢？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，Mirai的驅(qū)動(dòng)方式就是通過氫與氧在燃料電池堆發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生出電能來(lái)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)，最終驅(qū)動(dòng)車輛行駛。聽起來(lái)似乎很簡(jiǎn)單？相信你在了解這套系統(tǒng)的各部分構(gòu)成后就不會(huì)這么想了。
豐田燃料電池技術(shù)深度剖析
因?yàn)闅浞肿芋w積小，可以透過薄膜的微小孔洞游離到對(duì)面去，但是在穿越孔洞的過程中，電子被從分子上剝離，只留下帶正電的氫質(zhì)子通過，氫質(zhì)子被吸引到薄膜另一側(cè)的電極與氧分子結(jié)合。電解質(zhì)薄膜兩側(cè)的電極板將氫氣拆分成氫離子（正電）和電子、將氧氣拆分成氧離子（負(fù)電）和電子，電子在電極板之間形成電流，兩個(gè)氫離子和一個(gè)氧離子結(jié)合成為純水，是反應(yīng)的廢物。所以本質(zhì)來(lái)講，整個(gè)運(yùn)行過程就是發(fā)電過程。
豐田Mirai搭載的燃料電池堆棧是由370片薄片燃料電池組成的，因此被稱為“堆棧”，一共可以輸出114千瓦的發(fā)電功率。此前我們也分析了大眾集團(tuán)的燃料電池技術(shù)，結(jié)構(gòu)基本類似。豐田的燃料電池堆棧經(jīng)歷了十幾年的技術(shù)優(yōu)化，形成了自己的特色結(jié)構(gòu)，比如3D立體微流道技術(shù)，通過更好地排出副產(chǎn)物水，讓更多空氣流入，有效改善了發(fā)電效率。所以整個(gè)堆棧的發(fā)電效率達(dá)到了世界先進(jìn)水平，達(dá)到了3.1千瓦/升，比2008年豐田的技術(shù)整整提升了2.2倍。
作為氫燃料電池車，首先要考慮的肯定是氫燃料的存儲(chǔ)安全。我們可以看到在這方面豐田確實(shí)下了很大的功夫，兩個(gè)特制的儲(chǔ)氣罐最大可承受70兆帕的壓力；而碳纖維+凱夫拉（防彈衣面料）外殼的使用足以抵擋輕型武器的攻擊，當(dāng)然相信也很少有人會(huì)對(duì)Mirai下此毒手。
豐田燃料電池技術(shù)深度剖析
儲(chǔ)氫罐被設(shè)計(jì)成四層結(jié)構(gòu)，鋁合金的罐體內(nèi)部襯有塑料內(nèi)膽，外面包裹一層碳纖維強(qiáng)化塑料的保護(hù)層，保護(hù)層外側(cè)再增加一層玻璃纖維材料的減震保護(hù)層，并且每一層的纖維紋路都根據(jù)所處罐身位置不同而做了額外的優(yōu)化，使纖維順著壓力分布的方向，提升保護(hù)層的效果。
在新一代燃料電池系統(tǒng)中，發(fā)出的電能還需要經(jīng)過升壓變頻器的升壓才能供給電動(dòng)機(jī)使用，最終輸出電壓由2008年款燃料電池的250V上升到了650V。從其發(fā)電功率來(lái)看，正好可以滿足電動(dòng)機(jī)的最大輸出需求。
豐田燃料電池技術(shù)深度剖析
最大功率113kW、峰值扭矩335N·m的電動(dòng)機(jī)來(lái)自雷克薩斯RX450h，這套動(dòng)力總成帶動(dòng)Mirai超過1.8噸的車身雖然算不上很充沛，但絕對(duì)能滿足日常使用；而試想一下，真正購(gòu)買這臺(tái)車的車主，又有幾個(gè)會(huì)開著它進(jìn)行激烈駕駛呢？
氫燃料電池相比我們目前常見的純電動(dòng)車主要優(yōu)勢(shì)有兩個(gè)：首先，其加注燃料的所需時(shí)間與普通汽油車加油差不多，比起電動(dòng)車充電可真的快了不是一點(diǎn)半點(diǎn)。第二，氫燃料電池這種驅(qū)動(dòng)方式的續(xù)航水平明顯要強(qiáng)于搭載相同體積電池組的純電動(dòng)車。
