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豐田mirai燃料電池組件介紹
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燃料電池堆組件包括燃料電池堆、輔助部件(氫循環泵等)和燃料電池升壓轉換器。集成這些組件可以實現更小、更輕、更便宜的燃料電池堆組件。
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燃料電池堆組件結構及主要規格
豐田燃料電池技術的突破,推出一種更小、更輕、性能更強的新型燃料電池。新堆疊的體積功率密度為3.1 kW/L,是世界頂級的水準,它可以安裝在轎車的地板下面。
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新一代燃料電池堆,輸出密度增加。(性能增強,體積更小)
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豐田燃料電池電堆新舊代對比
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高性能的新型單電池
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流動通道:使用3D細網格流場同時改善水的阻隔和空氣(氧氣)擴散,實現細胞表面的均勻生成。
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2008年燃料電池單電池流道
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new mirai新一代燃料電池單電池流道
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膜電極創新
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膜變薄,氣體擴散層擴散性能提高,催化劑超活化,大大提高電極響應性。
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內部循環系統-無加濕器
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新型燃料電池通過電池內部發電產生的循環水實現自加濕,無需外部加濕。這使得消除加濕器成為可能,使系統更小、更輕。(尺寸減小15L,重量減少13kg)
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內部循環系統-無加濕器系統通過電池內部發電產生的循環水(水蒸氣)進行自增濕,以保持電解質膜的質子電導率性能。
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外部循環加濕器(原系統)
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該系統使用加濕器加濕供應的空氣(氧氣),以保持電解質膜的質子導電性。
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燃料電池升壓變換器
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通過開發一種高容量燃料電池升壓變換器,可以提高電機的電壓,減少燃料電池堆電池的數量,并減少系統的體積和重量。此外,對電壓提升控制和案例結構的創新提供了異常安靜的操作。此外,新系統可以與現有的混合動力機組一起使用,提高了可靠性,并大大降低了成本。
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燃料電池升壓變換器主要規格
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Mirai是一種以氫為能源發電的燃料電池汽車(FCV)。?燃料電池系統為Mirai提供動力的氫,可以從各種類型的一次能源中產生,使其成為一種很有前途的替代能源。豐田燃料電池系統(TFCS)結合了專利燃料電池技術,包括豐田FC堆棧和高壓氫罐與混合動力技術。與傳統的內燃機相比,TFCS具有較高的能源效率,并具有優越的環境性能,突出的是在車輛運行過程中零排放二氧化碳和其他污染物。氫燃料罐可以在大約3分鐘內加滿,并且有足夠的續航里程,該系統保證了與汽油發動機汽車同等的便利性。?Mirai的價值Mirai提供了一種特殊的價值,駕駛者將期待從下一代汽車:獨特的外觀設計,卓越的加速性能,在所有速度下的電機推進帶來無與倫比的安靜,此外,由于低重心帶來更大的操縱穩定性,提高了駕駛樂趣。
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Mirai外觀
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全新一代豐田Mirai燃料電池汽車寬1815mm,長4890mm,高1535mm,軸距2780mm,擁有154馬力,335Nm扭力,最大車速178km/h,最大續航能力550km(NEDC工況下測試)。
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Mirai的主要組成部分
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燃料電池升壓器(Fuel cell boost converter):一種緊湊、高效、大容量的變換器,可以將燃料電池堆電壓提高到650V。boost變換器用于獲得比輸入電壓更高的輸出電壓。
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燃料電池電堆(Fuel cell stack):豐田第一款大規模生產的燃料電池,具有緊湊的體積和世界頂級的輸出密度。體積功率密度:3.1 kW/L最大輸出:114 kW (155 馬力)
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蓄電池(Battery):一種鎳金屬氫化物電池,儲存從減速中回收的能量,并在加速時協助燃料電池堆輸出。
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驅動控制單元(Power control unit):優化控制燃料電池堆輸出在各種操作條件下和驅動電池充放電。
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驅動電機(Motor):電機由燃料電池堆產生的電能驅動,由電池供電。最大輸出功率:113 kW (154 馬力)最大扭矩:335 N·m
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高壓氫氣罐(High-pressure hydrogen tank):貯氫作燃料的儲罐。公稱壓力為70Mpa (700bar)。緊湊、輕量化的,儲罐具有世界頂級的儲罐存儲密度。儲罐儲存密度:5.7 wt%
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運行狀態
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空氣進入燃料電池內部,空氣中的氧氣與氫氣在燃料電池發動機內部進行電化學反應獲得電能和產物水,產生的帶能用來驅動電動機移動車輛,產物水被排出。
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Mirai的駕駛性能
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Mirai提供的遠不止優越的環境性能。Mirai從一開始就具備了流暢的駕駛感覺,在蜿蜒的道路上具備了高水平的轉彎性能,并具備了卓越的加速性能,從而帶來了非凡的駕駛樂趣。
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卓越的驅動啟動加速性能:卓越的加速性能,可提供9.6秒的驅動啟動加速(從0到100公里/小時)和3.0秒的超加速(從40到70公里/小時)。
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高級的過彎性能(High-level cornering performance)
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燃料電池堆、高壓氫罐和其他動力單元組件放置在車底下。 -
較低的重心提高了操縱穩定性,并通過減少車輛位置的變化產生舒適的駕駛體驗。 -
前后重量平衡是調整,以產生一種中部船的感覺,盡管前輪驅動設計。
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空氣動力學設計(Aerodynamics)
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由于車輛不排放加熱氣體,地板可以完全覆蓋。減少空氣阻力以提高燃料效率。
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間隙燈的設計有助于空氣動力學。
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航空穩定翼安置在后面的組合燈。這提高了直線行駛的穩定性。
冷啟動能力
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關于燃料電池汽車冷啟動能力的問題:維持燃料電池良好的發電需要水。然而,在低于冰點的環境中,過量的水會結冰,阻礙空氣(氧)和氫的供應,導致發電性能下降。
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我們使車輛在30°C啟動成為可能,并在啟動后立即實現了滿足實際使用的輸出水平。
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1.在冰點以下啟動后立即提高發電性能
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更高的電池流道和電極性能(排除產生的水和氧擴散,以實現即使在冰點以下也有良好的發電性能)
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建立電池內水體積控制技術(水的體積測量和控制在一個卷適合發電性能低于冰點)
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2. 改進暖機性能
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熱容量低由于更高的燃料電池堆棧輸出密度
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建立燃料電池快速熱身控制技術(燃料電池產生的熱量控制急劇減少熱身時間)
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2014車輛在室外過夜(17小時)后立即啟動后的燃料電池堆輸出性能
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原文始發于微信公眾號(氫能技術情報):新一代豐田mirai燃料電池汽車詳解