新一代丰田mirai燃料电池汽车详解

丰田mirai燃料电池组件介绍

燃料电池堆组件包括燃料电池堆、辅助部件(氢循环泵等)和燃料电池升压转换器。集成这些组件可以实现更小、更轻、更便宜的燃料电池堆组件。

燃料电池堆组件结构及主要规格

丰田燃料电池技术的突破，推出一种更小、更轻、性能更强的新型燃料电池。新堆叠的体积功率密度为3.1 kW/L，是世界顶级的水准，它可以安装在轿车的地板下面。

新一代燃料电池堆，输出密度增加。(性能增强，体积更小)

丰田燃料电池电堆新旧代对比

高性能的新型单电池

流动通道:使用3D细网格流场同时改善水的阻隔和空气(氧气)扩散，实现细胞表面的均匀生成。

2008年燃料电池单电池流道

new mirai新一代燃料电池单电池流道

膜电极创新

膜变薄，气体扩散层扩散性能提高，催化剂超活化，大大提高电极响应性。

内部循环系统-无加湿器

新型燃料电池通过电池内部发电产生的循环水实现自加湿，无需外部加湿。这使得消除加湿器成为可能，使系统更小、更轻。（尺寸减小15L，重量减少13kg）

内部循环系统-无加湿器系统通过电池内部发电产生的循环水(水蒸气)进行自增湿，以保持电解质膜的质子电导率性能。

外部循环加湿器(原系统)

该系统使用加湿器加湿供应的空气(氧气)，以保持电解质膜的质子导电性。

燃料电池升压变换器

通过开发一种高容量燃料电池升压变换器，可以提高电机的电压，减少燃料电池堆电池的数量，并减少系统的体积和重量。此外，对电压提升控制和案例结构的创新提供了异常安静的操作。此外，新系统可以与现有的混合动力机组一起使用，提高了可靠性，并大大降低了成本。

燃料电池升压变换器主要规格

Mirai是一种以氢为能源发电的燃料电池汽车(FCV)。燃料电池系统为Mirai提供动力的氢，可以从各种类型的一次能源中产生，使其成为一种很有前途的替代能源。丰田燃料电池系统(TFCS)结合了专利燃料电池技术，包括丰田FC堆栈和高压氢罐与混合动力技术。与传统的内燃机相比，TFCS具有较高的能源效率，并具有优越的环境性能，突出的是在车辆运行过程中零排放二氧化碳和其他污染物。氢燃料罐可以在大约3分钟内加满，并且有足够的续航里程，该系统保证了与汽油发动机汽车同等的便利性。Mirai的价值Mirai提供了一种特殊的价值，驾驶者将期待从下一代汽车:独特的外观设计，卓越的加速性能，在所有速度下的电机推进带来无与伦比的安静，此外，由于低重心带来更大的操纵稳定性，提高了驾驶乐趣。

Mirai外观

全新一代丰田Mirai燃料电池汽车宽1815mm，长4890mm，高1535mm，轴距2780mm，拥有154马力，335Nm扭力，最大车速178km/h，最大续航能力550km（NEDC工况下测试）。

Mirai的主要组成部分

燃料电池升压器（Fuel cell boost converter）：一种紧凑、高效、大容量的变换器，可以将燃料电池堆电压提高到650V。boost变换器用于获得比输入电压更高的输出电压。

燃料电池电堆（Fuel cell stack）：丰田第一款大规模生产的燃料电池，具有紧凑的体积和世界顶级的输出密度。体积功率密度:3.1 kW/L最大输出:114 kW (155 马力)

蓄电池（Battery）：一种镍金属氢化物电池，储存从减速中回收的能量，并在加速时协助燃料电池堆输出。

驱动控制单元（Power control unit）：优化控制燃料电池堆输出在各种操作条件下和驱动电池充放电。

驱动电机（Motor）：电机由燃料电池堆产生的电能驱动，由电池供电。最大输出功率:113 kW (154 马力)最大扭矩:335 N·m

高压氢气罐（High-pressure hydrogen tank）：贮氢作燃料的储罐。公称压力为70Mpa (700bar)。紧凑、轻量化的，储罐具有世界顶级的储罐存储密度。储罐储存密度:5.7 wt%

运行状态

空气进入燃料电池内部，空气中的氧气与氢气在燃料电池发动机内部进行电化学反应获得电能和产物水，产生的带能用来驱动电动机移动车辆，产物水被排出。

Mirai的驾驶性能

Mirai提供的远不止优越的环境性能。Mirai从一开始就具备了流畅的驾驶感觉，在蜿蜒的道路上具备了高水平的转弯性能，并具备了卓越的加速性能，从而带来了非凡的驾驶乐趣。

卓越的驱动启动加速性能：卓越的加速性能，可提供9.6秒的驱动启动加速(从0到100公里/小时)和3.0秒的超加速(从40到70公里/小时)。

高级的过弯性能（High-level cornering performance）

• 燃料电池堆、高压氢罐和其他动力单元组件放置在车底下。
• 较低的重心提高了操纵稳定性，并通过减少车辆位置的变化产生舒适的驾驶体验。
• 前后重量平衡是调整，以产生一种中部船的感觉，尽管前轮驱动设计。

空气动力学设计（Aerodynamics）

由于车辆不排放加热气体，地板可以完全覆盖。减少空气阻力以提高燃料效率。

间隙灯的设计有助于空气动力学。

航空稳定翼安置在后面的组合灯。这提高了直线行驶的稳定性。

冷启动能力

关于燃料电池汽车冷启动能力的问题：维持燃料电池良好的发电需要水。然而，在低于冰点的环境中，过量的水会结冰，阻碍空气(氧)和氢的供应，导致发电性能下降。

我们使车辆在30°C启动成为可能，并在启动后立即实现了满足实际使用的输出水平。

1.在冰点以下启动后立即提高发电性能

更高的电池流道和电极性能(排除产生的水和氧扩散，以实现即使在冰点以下也有良好的发电性能)

建立电池内水体积控制技术(水的体积测量和控制在一个卷适合发电性能低于冰点)

2. 改进暖机性能

热容量低由于更高的燃料电池堆栈输出密度

建立燃料电池快速热身控制技术(燃料电池产生的热量控制急剧减少热身时间)

2014车辆在室外过夜(17小时)后立即启动后的燃料电池堆输出性能

原文始发于微信公众号（氢能技术情报）：新一代丰田mirai燃料电池汽车详解