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详解丰田Mirai:氢燃料电池动力

2018-07-05 来自:电动邦

没有燃料,没有充电,没有废气,唯一的浪费就是纯净的水!会有这样的车吗?答案是肯定的!丰田Mirai就是这样一款车。那么这一切是如何实现的呢? TR 不久前,丰田正式推出了燃料电池车Mirai(翻译名称:未来),直接与纯电动汽车竞争。人们或多或少都会听到“燃料电池”这个词,因为这是世界各地科学家研究了几十年的技术,并没有取得重大的技术突破。至少没有人可以得到成本。成熟的技术面向消费市场。 不到一年前,丰田发布了一项言论,即它在燃料电池领域取得了技术突破,可以将汽车燃料电池的成本从100万美元降低到50,000美元,下降了95%!在不到一年的时间里,丰田就用Mirai来传递这些话语。虽然目前Mirai的价格约为38万元,但有必要知道这是第一款投放市场的大规模生产的燃料电池汽车。 宇宙黑技术的起源
丰田Mirai的结构不同于传统的汽油或纯电动汽车。如果你想找到一个类似的结构,丰田最畅销的普锐斯可能与Mirai有类似的结构。 Mirai的动力总成被称为TFSC(丰田FC Stack),丰田燃料电池堆,一种以燃料电池堆为核心部件的混合动力系统。 TFSC没有传统的汽油发动机,也没有变速器。发动机舱的内部是电动机和电动机的控制单元。 位于驾驶舱底部的燃料电池堆是整个系统的核心。本文还将重点介绍笔和墨水进行分析。在车身后轴上有一个镍氢电池组和两个高压氢气储罐。是的,没有油箱和大面积的锂离子电池。 Mirai需要消耗的唯一燃料是氢气,无需添加燃料。充电,你可以连续运行650公里的氢气5公斤! 为什么你说燃料电池在标题中是“宇宙黑技术”?那是因为氢是宇宙中最丰富的成分。氢是地球上最丰富的。氢与燃料电池中的氧结合。排出的唯一“废物”是纯净水!因此,氢燃料电池一直被视为“外来技术”,并且是空间站或空间探测器最合适的备用能源之一。燃料电池如何工作? 虽然燃料电池的名称有“燃料”这个词,但氢气可以用氧气燃烧,但燃料电池不使用燃烧来获取能量,而是利用氢气和氧气之间的化学反应中的电荷转移形成当前。该工艺最关键的技术是使用特殊的“电解质膜”来分解氢气。整个过程可以理解为蚊子不能通过筛窗,但是较小的灰尘可以是......电解质膜也是燃料电池领域中最难的。被征服的技术障碍。 因为氢分子的体积很小,它可以通过薄膜的微孔到达相反的一侧,但是在穿过孔的过程中,电子从分子中剥离,只留下带正电的氢质子通过,氢质子被吸引到胶片上。另一侧的电极与氧分子结合。电解质膜两侧的电极板将氢分裂成氢离子(正电)和电子,氧转化为氧离子(负电)和电子,电子在电极板之间形成电流,两个氢离子和一个氧离子键合变得纯净水是浪费的反应。所以从本质上讲,整个运作过程就是发电过程。因此,Mirai是一种纯电动汽车,燃料电池组取代了重型且效率低下的锂离子电池组。 丰田Mirai的燃料电池堆由370个薄膜燃料电池组成,因此被称为“堆叠”,可输出总共114kW的功率。此前,我们还分析了大众汽车集团的燃料电池技术,其结构基本相似。丰田的燃料电池组经过十多年的技术优化,形成了自己独特的结构,如3D微通道技术,通过更好地排放副产品水并允许更多空气流入,提高了发电效率。因此,整个烟囱的发电效率已达到世界先进水平,达到3.1千瓦/升,是2008年丰田技术的2.2倍。 由于燃料电池堆中每个电池产生的电压在0.6V和0.8V之间,因此总电压不会超过300V。因此,为了更好地驱动电机,需要安装一个增压器将电压提高到650V。 将氢气储存在700个大气压下 每个了解氢的物理特性的人都清楚氢不同于汽油。氢气是常温下的气体,其密度非常低,很难液化。它不能在常温下液化,因此不易安全储存和输送氢气。因此,氢不能像汽油一样直接注入普通燃料箱。丰田设计了一个大型和一个小型氢气储罐,通过高压充电尽可能多的氢气。凭借目前的主流存储技术,丰田选择了70Mpa,这是一个700压力的高压储气罐,类似于我们常见的“储气罐”,除了储罐更厚。两个储氢罐的总容量为122.4升,储存在700个大气压,只能容纳约5千克的氢气。事实上,燃料的重量并不大,但氢储罐特别笨重。 为了在抵抗700大气压的同时保持驾驶安全,我们不想坐两枚炸弹来驾驶?因此,储氢罐设计为四层结构。铝合金内胆衬有塑料内衬,外面包裹有碳纤维增强塑料保护层,保护层外侧加有减震保护玻璃纤维材料层。 。此外,根据罐体的位置另外优化每层的纤维质地,使得纤维可以改善保护层沿压力分布方向的效果。 TR 燃料电池堆+ NiMH电池混合动力 直接驱动Mirai车轮的电机功率为113 kW,峰值扭矩为335 Nm,基本上相当于2.0升自然吸气式家用车的功率水平。除燃料电池组发电外,位于Mirai后桥上方的1.6 kWh NiMH电池组也起着非常重要的作用。——动力电池+储能电池。该电池组与凯美瑞混合动力电池基本相同。当车辆负载低时,可以单独使用它来向前驱动车辆。同时,燃料电池堆可以给电池充电并使用镍氢电池。一个“缓存”; 当车辆有更多的电力需求时,NiMH电池组将很快被消耗,因此燃料电池组将直接向电动机传输电力,并且镍氢电池组将是双电源以满足需求;当车辆减速时,电动机转换为发电机以恢复动能,电量直接送到镍氢电池组进行存储。摘要:
在氢燃料电池的整个操作过程中,除了消耗氢气和空气之外,没有其他能量消耗,没有加油和没有充电。与纯电动汽车相比,速度最快的特斯拉Model S超级充电站现在需要1.25小时才能完全充电。加氢速度更快,仅需3分钟即可填充两个储氢罐,超过600公里的续航范围甚至优于普通汽油车。 TR 尽管加氢站仍然极为罕见,但将常规加油站转换为加氢站的成本远低于升级到快速充电站的成本。因此,我们可以预期,如果燃料电池汽车能够在成本控制方面取得突破,那么市场空间实际上将大于纯电动汽车的市场空间。
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