燃料電池汽車Mirai 的開發(fā)

燃料電池汽車是一項(xiàng)非常有前景的環(huán)保技術(shù)，其具有與傳統(tǒng)汽車相近的續(xù)駛里程，并能實(shí)現(xiàn)零排放和低噪聲運(yùn)行。2014年12月日本豐田汽車公司生產(chǎn)了全球首輛量產(chǎn)型燃料電池汽車Mirai。Mirai的開發(fā)解決了燃料電池系統(tǒng)成本和可靠性的技術(shù)難題。

首先，為了與現(xiàn)有混合動(dòng)力汽車零部件標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，需要降低燃料電池汽車零部件的生產(chǎn)成本?？紤]燃料電池低電壓、高電流和牽引電機(jī)高電壓、低電流的特征，開發(fā)一套新型升壓轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)與其它混合動(dòng)力汽車零部件的通用性。其次，由于燃料電池中質(zhì)子交換膜需要保持適當(dāng)?shù)臐穸?，以保證質(zhì)子的穩(wěn)定傳輸，因而需要外部加濕器。在開發(fā)Mirai過程中，通過整合氫氣流場(chǎng)和冷卻液流場(chǎng)，使空氣出口產(chǎn)生的水通過反向擴(kuò)散給入口處的氫氣加濕。氫氣循環(huán)泵則將水蒸氣輸送至空氣入口處給流場(chǎng)加濕，這樣便可以消除外部加濕器，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)降低成本。再次，通過使用新型材料（普通碳纖維）和層壓工藝提高儲(chǔ)氫罐強(qiáng)度，減輕了儲(chǔ)氫罐質(zhì)量，與之前推出的燃料電池概念車FCHV-adv采用高級(jí)航空碳纖維高壓儲(chǔ)氫罐相比，成本得到顯著降低。最后，為了提高燃料電池的可靠性，燃料電池反應(yīng)堆采用了三維微孔空氣流場(chǎng)。這種流場(chǎng)可以使氧氣以湍流的形式擴(kuò)散，防止流場(chǎng)積水阻礙氣流流動(dòng)，并使反應(yīng)堆內(nèi)各片電池的發(fā)電更加均勻。

刊名：IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering（英）

刊期：2017年第12期

作者：Yasuhiro Nonobe

編譯：李臣