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详解丰田Mirai:氢燃料电池动力

2018-07-05 来自:电动邦

        不加油、不充电、不排放尾气,独一排放的废物是纯洁水!会有如许的车存在吗?答案是一定的!丰田Mirai便是如许一辆车。那么这统统都是怎样完成的呢?
        前不久丰田正式出售了燃料电池汽车Mirai(译名:将来),间接与纯电动车停止竞争。“燃料电池”这四个字想必各人或多或少都听说过,由于这是全天下迷信家研讨了数十年的技能,一直没有获得严重的技能打破,至多是没有谁可以拿得出本钱合适消耗级市场的成熟技能。
        而在不到一年前,丰田就放出豪言说曾经在燃料电池范畴获得了技能打破,可以使车用燃料电池的本钱从100万美元降到5万美元,降幅高达95%!不到一年,丰田便用Mirai兑现了豪言。固然现在Mirai的价钱约合38万人民币,但要晓得这是初次投放市场的量产燃料电池车。
       宇宙黑科技的由来
       丰田Mirai的构造与传统的汽油车或许纯电动车都纷歧样,假如硬要找出一个相似的构造,能够丰田最滞销的普锐斯跟Mirai会有着一点点类似的构造吧。
        Mirai的动力零碎被称作TFSC(Toyota FC Stack),即丰田燃料电池货仓,因此燃料电池货仓为中心组件的混淆动力零碎。TFSC没有传统的汽油发起机,也没有变速器,发起机舱外部是电动机和电动机的控制单位。
        在驾驶舱底部部署着的燃料电池货仓是整套零碎的中心,本文也将偏重点翰墨来对其做出剖析。在车死后桥局部安排着一个镍氢动力电池组和前后两个高压储氢罐,没错,没有油箱和大面积的锂离子电池,Mirai独一需求耗费的“燃料”便是氢气,不必加油也不必充电,加满5公斤氢气就可以延续跑上650公里!
        而为什么要在标题中说燃料电池是“宇宙黑科技”呢?那是由于氢元素是宇宙中最丰厚的身分,氢元素在地球上储量也是最丰厚的,而氢气在燃料电池中跟氛围中的氧气联合,排挤的独一“废物”是纯洁水!以是氢燃料电池不断被以为是“外星科技”,是最合适宇宙空间站或许宇宙探测器运用的备用动力之一。
        燃料电池任务原理
        固然燃料电池名字外面有“燃料”字样,同时氢气也可以跟氧气在一同猛烈熄灭,但在燃料电池却不是应用熄灭来获取能量,而是应用氢气跟氧气化学反响进程中的电荷转移来构成电流的,这一进程最要害的技能便是应用特别的“电解质薄膜”将氢气拆分,整个进程可以了解成蚊子无法穿过纱窗,但是更小的尘土却可以……电解质薄膜也是燃料电池范畴最难被霸占的技能壁垒。
        由于氢分子体积小,可以透过薄膜的巨大孔洞游离到劈面去,但是在穿越孔洞的进程中,电子被从分子上剥离,只留下带正电的氢质子经过,氢质子被吸引到薄膜另一侧的电极与氧分子联合。电解质薄膜两侧的电极板将氢气拆分红氢离子(正电)和电子、将氧气拆分红氧离子(负电)和电子,电子在电极板之间构成电流,两个氢离子和一个氧离子联合成为纯水,是反响的废物。以是实质来讲,整个运转进程便是发电进程。因而Mirai是纯电动车,燃料电池货仓替代的便是厚重且充电服从低下的锂离子电池组。

        丰田Mirai搭载的燃料电池货仓是由370片薄片燃料电池构成的,因而被称为“货仓”,一共可以输入114千瓦的发电功率。此前我们也剖析了群众团体的燃料电池技能,构造根本相似。丰田的燃料电池货仓阅历了十几年的技能优化,构成了本人的特征构造,比方3D平面微流道技能,经过更好地排挤副产品水,让更多氛围流入,无效改进了发电服从。以是整个货仓的发电服从到达了天下先辈程度,到达了3.1千瓦/升,比2008年丰田的技能整整提拔了2.2倍。
        由于燃料电池货仓中每片电池发电的电压约莫在0.6V-0.8V之间,全体也不会超越300V电压,以是为了更好驱动电动机,还需求装置一个升压器,将电压提拔到650V。
 
        700个大气压下贮存氢气
        理解氢气物理特性的人都清晰,氢气跟汽油差别,常温下氢气是气体,密度十分低而且十分难液化,常温下更是无法液化,以是氢气要平安贮藏和运输并不容易。以是氢气无法像汽油那样间接注入平凡油箱里。丰田设计了一大一小两个储氢罐,经过高压的方法尽能够多充入一些氢气。以现在的主流贮存技能,丰田选用的是70Mpa也便是700个大气压的高压储气罐,相似我们罕见的“煤气罐”,只不外罐体更厚重。两个储氢罐一共的容量是122.4升,接纳700个大气压贮存,也只能包容约5公斤的氢气。以是实践上燃料的分量并不大,反而储氢罐特殊轻巧。
        为了在接受700个大气压的条件下依旧坚持行驶平安性,我们可都不盼望坐在两个炸弹下面开车吧?以是储氢罐被设计成四层构造,铝合金的罐体外部衬有塑料内胆,里面包裹一层碳纤维强化塑料的维护层,维护层外侧再添加一层玻璃纤维资料的减震维护层,而且每一层的纤维纹路都依据所处罐身地位差别而做了额定的优化,使纤维顺着压力散布的偏向,提拔维护层的结果。
        燃料电池货仓+镍氢电池混淆动力
        间接驱动Mirai车轮的电动机功率是113千瓦,峰值扭矩335牛米,根本相称于一辆2.0升天然吸气家轿的动力程度。除了燃料电池货仓发电之外,Mirai后轴上方部署的1.6千瓦时的镍氢电池组也有着十分紧张的作用——动力电池+储能电池。这个电池组根本上跟凯美瑞混动的电池完全一样,在整车负载低的时分可以独自用它供电动员车辆行进,与此同时燃料电池货仓收回来的电可以给电池充电,用镍氢电池充任一个“缓存”;
        当车辆有更大的动力需求的时分,镍氢电池组很快就会耗光,以是这时分燃料电池货仓就间接向电动机输电,跟镍氢电池组完成双重供电来满意需求;当车辆加速行驶的时分,电动机转化为发电机来接纳动能,电量间接保送到镍氢电池组内贮存起来。
        小结:
        纵观氢燃料电池整个运转进程中,除了耗费氢气和氛围之外,没有其他的动力耗费,没有加油也没有充电。相比纯电动车而言,现在充电最快的特斯拉Model S的超等充电站也需求1.25小时才干充溢电量。氢气加注的速率则更快,仅需3分钟即可充溢两个储氢罐,而且超越600公里的续航里程乃至比平凡汽油车更良好。
       固然如今加氢站照旧非常稀有,但是平凡加油站改革成加氢站的本钱要远低于改革成疾速充电站的本钱。因而我们可以估计,假如燃料电池车能在本钱控制上获得打破,实践上市场空间会比纯电动车更大。
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