Mirai 燃料電池系統(tǒng)的開發(fā)

日本豐田汽車公司自1992年就已經(jīng)開始開發(fā)燃料電池技術(shù)，2008年發(fā)布了FCHV-adv燃料電池概念車。為了促進(jìn)燃料電池汽車在商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用和量產(chǎn)，還需要對燃料電池汽車的關(guān)鍵性能進(jìn)行改進(jìn)，如冷起動性能、效率、續(xù)駛里程和耐久性。同時，進(jìn)一步降低燃料電池系統(tǒng)的尺寸和成本。在2014年12月，豐田汽車公司推出了世界第一輛商業(yè)化量產(chǎn)的燃料電池汽車Mirai。對Mirai的燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

Mirai采用的燃料電池系統(tǒng)為豐田燃料電池系統(tǒng)（TFCS）。TFCS主要包含高壓儲氫罐、儲能電池和燃料電池堆。TFCS工作時，儲氫罐中的氫氣與汽車前部吸入的氧氣在燃料電池堆內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生電能驅(qū)動汽車電機(jī)。同時，反應(yīng)產(chǎn)生的剩余電能存儲在儲能電池中。為了使燃料電池系統(tǒng)能夠提供穩(wěn)定的電能，將燃料電池堆中電解質(zhì)薄膜的濕度控制在合理范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的濕度被控制是通過使用1個外部加濕器來實現(xiàn)的，但使用外部加濕器將降低空氣系統(tǒng)的壓力，使空氣系統(tǒng)壓縮機(jī)的效率也隨之降低。此外，外部加濕器的使用還會導(dǎo)致燃料電池系統(tǒng)的部件增加，造成系統(tǒng)復(fù)雜度增加。而TFCS則可通過改善燃料電池本身的水蒸氣管理和控制邏輯的技術(shù)革新，實現(xiàn)電解質(zhì)薄膜的濕度維持在合理范圍內(nèi)。盡管由于空間和成本的限制，會使Mirai高壓儲氫罐的容量顯著低于FCHV-adv燃料電池概念車，但是通過增加空氣系統(tǒng)壓縮機(jī)的壓縮比，可以實現(xiàn)Mirai的續(xù)駛里程與傳統(tǒng)汽油車相同，同時其燃油經(jīng)濟(jì)性約改善20%。

Takahiko Hasegawa et al. SAE 2016-01-1185.

編譯：李臣