鉅大LARGE | 點擊量：1093次 | 2020年04月28日
豐田氫燃料動力電池汽車引總理側目 氫燃料動力電池才是未來？
【導讀】：日本汽車巨頭豐田的新能源汽車火了，最近李克強總理參觀了位于北海道的日本豐田汽車旗下廠的時候，看到一款車練練稱贊，它就是田氫燃料動力電池汽車，難道氫燃料動力電池才是未來趨勢？
據悉，李克強總理在豐田汽車廠參觀時，看到一輛汽車后面色凝重，并不是失望，而是覺得不可思議，李克強總理看的這款車，就是豐田汽車的氫燃料動力電池轎車Mirai（日文“未來”之意）。
“Mirai”是豐田首款量產的氫燃料動力電池車。如其名，Mirai被豐田汽車視為“未來之車”。
Mirai在行駛過程中不加油、不充電、不排放尾氣，唯一排放的廢物是純凈水！
Mirai代表著未來，一個真正節能而環保的汽車時代。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
電動汽車發展至今，時間雖然不長，但是技術卻進展飛速，但是電池的問題遇到了瓶頸，鋰離子電池在續航里程、充電時間、使用壽命方面遲遲沒有得到更大的突破，這個時候氫燃料動力電池脫穎而出，具有更高能量密度的氫燃料動力電池更適用于電動汽車。
就在大家都在大干快上電動汽車，搶時間爭速度，又都在為何時終結燃油車而糾結不堪時，豐田的氫燃料動力電池車——“未來（MIRAI）”來了。這是汽車轉型的終極目標，也就是說，它將徹底替代傳統汽車，并重新含義汽車。十月三十日，在常熟豐田技研中心，來自全國的汽車媒體試駕了這款車，并同時參觀了這款車將引入我國前的“國產化”準備（實證實驗），以及配備的加氫站等。這些跡象表明，“未來”真的要來了。這意味著什么？
在今年（2017）的東京車展上，人們看到豐田推出的新車型包括概念車在內，打的都是“氫”牌，從新型出租車到奧運巴士以及概念車等，都在為終結傳統汽車做準備。關于汽車的轉型，早在五年前的東京車展上，就開始普及混動技術，并被大家所接受。
迄今為止，豐田混動汽車在全球范圍內已經銷售了1100萬輛。如今，國際車壇把混動技術的普及當作汽車轉型入門的開始，即便是插混或純電動也都離不開混動為基礎。從那時起，福特和寶馬也都積極地與豐田尋求這方面的合作引起業界關注。
在試駕“未來”這款車時，體會最深的是不影響傳統汽車的駕駛習慣，沒有了發動機的聲響，開車的靜謐性極佳，一次充氣（氫），只需3分鐘，就能行駛500公里，與傳統車加油的時間相當。這款車的售價是多少？假如折合人民幣，也只有40萬元左右（723.6萬日元）。按照豐田2050戰略，HEV、pHEV只是短時間目標，而中長期目標則要靠FCV，最終要實現零排放目標。而“未來”的推出，表明豐田這一目標實現已經提前。
盡管“未來”還處在實證實驗階段，但按豐田辦事風格來看，一項新的技術和成果不到成熟階段是不會示人的，就像在我國執行雙擎戰略，先建研發中心，再國產，而后再上市。事實證明，這種“后發制人”的策略，表明對技術的自信和市場的把握，對前瞻的洞察有充分的準備。尤其是當零差價的雙擎（卡羅拉和雷凌）一經問世，就無敵手，一舉成為混動市場的標桿。而今，“未來”來了，可以預見，這是繼雙擎之后零排放的最為理想的終極車。
豐田在華舉辦“未來”試駕體驗
劍指何方？
以“技術空間”名義舉辦的此次活動，是豐田（我國）技研中心自開業以來每年都要舉辦的慣例，旨在介紹豐田的最新技術和發展動向。與以往介紹混動技術為主不同，此次是以氫燃料動力電池車為主體，表達了新能源汽車發展的趨勢。
豐田（我國）投資有限公司董事長大西弘致表示，對“未來”實證實驗就是為了引進的可行性，并應用到更廣泛的商業領域做準備。他認為，“未來”是終極環保車，對節能減排有著重要的現實意義。而目前看來，“未來”此舉關于我國則有捷足先登的可能。
現在世界新能源車形勢
到了一個轉折關頭
安邦智庫（ANBOUND）首席研究員陳功先生認為，現在世界新能源車的形勢已經到了一個轉折的關頭。假如豐田公司以及其他一些世界汽車巨頭的研發路徑和產品路徑是正確的，那么就意味著我國的新能源車的路徑徹底錯誤，我國距離新能源車的時代，不是越來越近了，而是越來越遠了！而且我們與世界標準，世界汽車產業的核心新技術，差距也拉大了。
當然，也有可能出現另外的一種情況，那就是全球重要汽車產業的巨頭，如豐田、奔馳克萊斯勒、奧迪，還有福特、寶馬都錯了，我們對了，那當然我國汽車工業就將主導未來。
未來的世界是肯定的，全球重要國家都將使用新能源車，如同各國確定的政策目標時間限制相同，這是確定的大趨勢。關鍵在于，用什么樣的技術路徑去實現？安邦智庫早已警告過，汽車產業政策由我國的汽車行業來制訂，自說自話是存在巨大風險的。現在看，這樣的風險正在日益轉化為不可接受的現實。
補充閱讀：
Mirai的工作原理，通過電解水制氫，再把氫氣加入車內發生化學反應驅動電機為車供應動力。
技術將夢想變成現實
“燃料動力電池”這四個字想必大家或多或少都聽說過，因為這是全世界科學家研究了數十年的技術，始終沒有取得重大的技術突破，至少是沒有誰能夠拿得出成本適合消費級市場的成熟技術。
而在四年以前，豐田就已放出豪言說已經在燃料動力電池領域取得了技術突破，可以使車用燃料動力電池的成本從100萬美元降到5萬美元，降幅高達95%！不到一年，豐田便用Mirai兌現了豪言。這是首次投放市場的量產燃料動力電池車。
宇宙黑科技的由來
豐田Mirai的結構與傳統的汽油車或者純電動汽車都不相同，假如硬要找出一個類似的結構，可能豐田最暢銷的普銳斯跟Mirai會有著一點點相似的結構吧。
Mirai的動力系統被稱作TFSC（ToyotaFCStack），即豐田燃料動力電池堆棧，是以燃料動力電池堆棧為核心組件的混合動力系統。TFSC沒有傳統的汽油發動機，也沒有變速器，發動機艙內部是電動機和電動機的控制單元。
在駕駛艙底部布置著的燃料動力電池堆棧是整套系統的核心，本文也將著重點筆墨來對其做出解析。在車身后橋部分放置著一個鎳氫動力鋰電池組和前后兩個高壓儲氫罐，沒錯，沒有油箱和大面積的鋰離子電池，Mirai唯一要消耗的“燃料”就是氫氣，不用加油也不用充電，加滿5公斤氫氣就可以持續跑上650公里！
而為何要在題目中說燃料動力電池是“宇宙黑科技”呢？那是因為氫元素是宇宙中最豐富的成分，氫元素在地球上儲量也是最豐富的，而氫氣在燃料動力電池中跟空氣中的氧氣結合，排出的唯一“廢物”是純凈水！所以氫燃料動力電池一直被認為是“外星科技”，是最適合宇宙空間站或者宇宙探測器使用的備用能源之一。
燃料動力電池工作原理
雖然燃料動力電池名字里面有“燃料”字樣，同時氫氣也能夠跟氧氣在一起劇烈燃燒，但在燃料動力電池卻不是利用燃燒來獲取能量，而是利用氫氣跟氧氣化學反應過程中的電荷轉移來形成電流的，這一過程最關鍵的技術就是利用特殊的“電解質薄膜”將氫氣拆分，整個過程可以理解成蚊子無法穿過紗窗，但是更小的灰塵卻可以……電解質薄膜也是燃料動力電池領域最難被攻克的技術壁壘。
因為氫分子體積小，可以透過薄膜的微小孔洞游離到對面去，但是在穿越孔洞的過程中，電子被從分子上剝離，只留下帶正電的氫質子通過，氫質子被吸引到薄膜另一側的電極與氧分子結合。電解質薄膜兩側的電極板將氫氣拆分成氫離子（正電）和電子、將氧氣拆分成氧離子（負電）和電子，電子在電極板之間形成電流，兩個氫離子和一個氧離子結合成為純水，是反應的廢物。所以本質來講，整個運行過程就是發電過程。因此Mirai是純電動汽車，燃料動力電池堆棧代替的就是厚重且充電效率低下的鋰離子電池組。
豐田Mirai搭載的燃料動力電池堆棧是由370片薄片燃料動力電池組成的，因此被稱為“堆棧”，一共可以輸出114千瓦的發電功率。此前我們也分析了大眾集團的燃料動力電池技術，結構基本類似。豐田的燃料動力電池堆棧經歷了十幾年的技術優化，形成了自己的特色結構，比如3D立體微流道技術，通過更好地排出副產物水，讓更多空氣流入，有效改善了發電效率。所以整個堆棧的發電效率達到了世界先進水平，達到了3.1千瓦/升，比2008年豐田的技術整整提升了2.2倍。
由于燃料動力電池堆棧中每片電池發電的電壓大約在0.6V-0.8V之間，整體也不會超過300V電壓，所以為了更好驅動電動機，還要安裝一個升壓器，將電壓提升到650V。
700個大氣壓下儲存氫氣
了解氫氣物理特性的人都清楚，氫氣跟汽油不同，常溫下氫氣是氣體，密度非常低并且非常難液化，常溫下更是無法液化，所以氫氣要安全儲藏和運輸并不容易。所以氫氣無法像汽油那樣直接注入普通油箱里。豐田設計了一大一小兩個儲氫罐，通過高壓的方式盡可能多充入一些氫氣。以目前的主流儲存技術，豐田選用了70Mpa也就是700個大氣壓的高壓儲氣罐，類似我們常見的“煤氣罐”，只不過罐體更厚重。兩個儲氫罐一共的容量是122.4升，采用700個大氣壓儲存，也只能容納約5公斤的氫氣。所以實際上燃料的重量并不大，反而儲氫罐特別笨重。
為了在承受700個大氣壓的前提下仍舊保持行駛安全性，我們可都不希望坐在兩個炸彈上面開車吧？所以儲氫罐被設計成四層結構，鋁合金的罐體內部襯有塑料內膽，外面包裹一層碳纖維強化塑料的保護層，保護層外側再新增一層玻璃纖維材料的減震保護層，并且每一層的纖維紋路都根據所處罐身位置不同而做了額外的優化，使纖維順著壓力分布的方向，提升保護層的效果。
燃料動力電池堆棧+鎳氫電池混合動力
直接驅動Mirai車輪的電動機功率是113千瓦，峰值扭矩335牛米，基本相當于一輛2.0升自然吸氣家轎的動力水平。除了燃料動力電池堆棧發電之外，Mirai后軸上方布置的1.6千瓦時的鎳氫電池組也有著非常重要的用途——動力鋰電池+儲能電池。這個電池組基本上跟凱美瑞混動的電池完全相同，在整車負載低的時候可以單獨用它供電帶動車輛前進，與此同時燃料動力電池堆棧發出來的電可以給電池充電，用鎳氫電池充當一個“緩存”；
當車輛有更大的動力需求的時候，鎳氫電池組很快就會耗光，所以這時候燃料動力電池堆棧就直接向電動機輸電，跟鎳氫電池組實現雙重供電來滿足需求；當車輛減速行駛的時候，電動機轉化為發電機來回收動能，電量直接輸送到鎳氫電池組內儲存起來。
