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【每周E车】丰田新能源的氢能之路 一文了解丰田Mirai

时间:2019-05-14 来源:新能源汽车网 作者:EV驾道

  也许是受国内政策影响,在很多人的思维里,谈到新能源汽车自然都会和纯电动车挂钩,然而在当今的新能源大家庭里,干净卫生的“氢”燃料也是不可忽视的一员。早在2014年丰田首款氢燃料汽车Mirai的成功上市后,似乎在暗示着氢燃料电动车似乎也是未来可行的选择之一,紧接着本田Clarity的面世,它用3分钟的加氢时间和750km的续航里程再次证明氢燃料的可行性,更可以看作为丰田未来。

  我们把目光转回国内,得益于国家政策的扶持,国内电动新能源车的保有量大增,但在这个快速增长的背后,也隐藏着电池报废后巨大的污染和纯电动车电池的不稳定等因素,氢燃料会有相同问题吗?在以下的篇幅里新能君带大家踏进氢燃料世界,我们就从丰田Mirai的成长之路开始说起吧!

  开始讲历史之前,我们先来简单的聊聊什么是燃料电池,该电池是一种将燃料与氧化剂发生化学反应后,将化学能转换成为电能的发电装置,而氢燃料电池就是以氢气为燃料,氧气为氧化剂,发生化学反应后不仅能生成电能,反应物也是最为普遍的水,对环境极其友好。

  来自未来

  “Mirai”这个词是源自日本字“みらい”的罗马音,中文大意为“未来”,其实在Mirai诞生之前很长的一段时间里,丰田就着手开始研发氢燃料汽车,早在1992年丰田已经完成了氢燃料电池和高压氢储罐的开发,并制定了FCV ( Fuel Cell Vehicle )研发计划,自家最新的HybridSynergyDrive技术也被应用于燃料电池汽车开发中,用燃料电池去代替汽油引擎的传奇由此开始。

  (1996年FCEV1亮相日本大阪)

  1996年丰田展示了其首款由RAV4改造而来的燃料电池电动汽车FCEV1,该车采用了10KW的质子交换膜燃料电池和金属储氢装置,最大续航里程达到了250KM,并在大阪街头完成了首秀,就从那时起,丰田每年都在改进燃料电池技术并扩展其性能,以提高性能驱动范围和商业可行性。

  (由于年代久远,没办法找到FCHV2的照片,我们拿98款RAV4 EV的照片作为示意图)

  一年以后,依旧出自RAV4的第二款燃料电池车型FCHV2登台亮相,在经过多项优化后电池容量被加大至25KW,使其续航里程的提升几乎翻倍,达到了500km。同年,丰田开始与美国加利福尼亚大学展开合作,向其包括燃料电池技术研究的“先进交通系统”项目提供资金支持。

  2001年3月,第三款FCHV-3燃料电池车款车型面世,相比之前的小修小改这次更新的幅度不亚于大换代,改造车型也变为尺寸更大的汉兰达,车内还植入了当红普锐斯的镍氢电池组,作为辅助电源使用,电池容量由原来的25KW加大至90KW,储氢装置依然采用了金属储氢。

  在FCHV-3的发布仅三个月后,丰田再一次向众人展示了它最新的研发成果FCHV-4,相比于上一代车款,改进版的FCHV-4最大的亮点在于改用了高压储氢罐的方式储氢,FCHV-4全车共计采用4个体积可达到34L的25mpa(25个大气压)高压气罐,改用了高压储氢罐的好处在于能让系统重量大幅度减轻,2003年丰田以租赁的方式把FCHV-4 推出市场,还得到了日本政府的认证。

  在短短的五年时间里,丰田已经累计发布了五款氢燃汽车,第五代FCHV-5虽然外观方面和早期车款相比并没有明显变化,但其使用的CHF(车载清洁碳氢燃料)再一次把氢能源的门槛降低,因为CHF可以使用原油、天然气、煤炭等原料制作而来,所以这也让FCHV-5可以在没有氢供应的环境下使用,据称丰田工程师曾经还驾驶过一台装载满一箱燃料的FCHV从大阪出发到东京,全程560km的路程并打开了空调。

  在经历了几次连续的改款后,性能趋于稳定的FCHV直至2008年推出了FCHV-adv才迎来了升级,搭载丰田第二代燃料电池的了FCHV-adv,最大的亮点在于续航里程的大幅提升,行驶里程达到了760公里以上,4个储氢罐升级到了70mpa,FCHV-adv的推出也为Mirai的面世做好了铺垫。

  但基于燃油车改造是很难达到理想中的效果,何况还是结构更为复杂的氢燃料电动车,并不利于内部布局和有针对性的优化,所以重新打就一款氢燃料汽车还是很有必要的。

  切头切尾专为氢燃料而生的Mirai最早在2011年的东京车展上以FCV-R Concept概念车的身份亮相,经历了近二十年的不断发展,严格来说丰田的氢燃料之路已经走到了第六代,在拥有稳定的质量的同时,与传统的纯电动车相比,氢燃料电动车无论是续航里程和使用便利性都有相当大的优势,而且对环境无污染,排出的只有水,翻看当时公布的资料显示,FCV-R预计会采用100KW的燃料电池堆,储氢罐安放的位置也更加合理,设计续航里程为700公里。

  两年后的2013年发布的FCV Concept可以理解成mirai的最后“定妆”预告版。丰田FCV三围为4870mm,1810mm,1535mm,轴距为2780mm,官方并承诺将会在2015年前后现实产量并推出市场,经调整后的FCV Concept更具动感气息,无论是外形还是内饰其实都已经无限接近即将投入生产的产量版,电堆功率依旧为100KW,但功率密度达到了几乎是FCV-ADV的两倍的3.0KW/L,并携带了两个位于专门设计的车身下方的高压(70mpa)储氢罐,使行驶里程达到300英里(500公里)左右,加氢时间约为3分钟,大致与主流的汽油或柴油车相同。

  2014年上市的量产版Mirai在外观方面和预告版的FCV Concept并没有太多出入,并不显大的Mirai实际尺寸达到了4890mm×1815mm×1535mm,外观三围和市面上的中型车相当,由三个大尺寸进气格栅加一对细长LED大灯勾勒出前脸造型带有几分凶狠。

  A、B、C柱和车顶都做了作黑处理,营造出悬浮车顶的效果,高腰线由前往后贯穿,后翼子凸起的肌肉线条组成了双腰的效果,尾部采用分体式LED尾灯设计。

  内饰在设计上主打科技感,双拼色的搭配也很符合年轻人的胃口,配置也是不错的,全自动恒温空调、定速巡航、车道偏离辅助、预碰撞系统等等一应俱全,仪表盘被中控台顶端的4.2寸多功能显示器所代替,而下方的变速器的使用方法和一般的自动挡无异。

  在动力方面,丰田Mirai搭载了一台最大功率为113KW/335N.m的电动机,强横的扭力可让它在10秒左右完成百公里加速,能量密度定格在3.1KW/L的燃料电池被安装至前排座椅下方,最大续航里程约为483km,在电池内氢气和氧气发生反而产生电。

  而在后排座椅下方和后备箱分别布置了60和62.4升由碳纤维和凯拉夫混合制造而成的储氢罐,储氢系统最大可承受70mpa的压力,为了保证安全,丰田还用真枪实弹进行过射击测试,0.50口径以下的狙击枪都无法对其构成威胁,储能电池位于后排座椅的后方,它的作用就是把燃料电池产生剩余的电能以及制动回收的动能储存起来,为了更方便理解,请看下图:

  1、首先氧气从前进气格栅进入并到达燃料电池内与氢气发生反应。

  2、储氢罐中的氢气进入燃料电池与氧气反应。

  3、氢气和氧气在燃料电池中发生化学反应并生成水和电能。

  4、生成的电能将供给电动机用电。

  5、电机使用燃料电池里面生成的电力推动汽车。

  6、最后排出的唯一的仅仅是燃料电池堆产生的水,完全做到了二氧化碳等污染物的零排放。

  在燃料加注方面,Mirai的加注口的位置和传统汽车的加油口保持一致,车内两个共122.4升气罐加满大概需要3~5分钟之间,只比添加燃油略多一点时间而已,但和纯电动车哪漫长的充电时间相比优势不言而喻。

  2015年1月,日本首相安倍晋三成为Mirai的第一位车主,安倍试驾后并表示Mirai很舒适并且很安静、启动很快,并考虑引进该车作为政府车辆使用。

  (在英国,丰田Mirai还被用作警车)

  Mirai除了在日本本土销售以外,还分别在2015年和2016年登陆美国和欧洲市场,当下年产能为3000辆左右。

  Toyota Mirai

  Mirai的历史就先讲到这里,新能君在这里也该做总结了,放眼全球各国的新能源代表作,Mirai无论是整车对环保的友好程度、性能表现、使用便利性还是性价比(在本土售价折合人民币不足40万)都是新能源车圈里标杆般的存在,至于何时才引入国内,我们会继续保持关注,各位读者如果你们有想了解的车型的历史可以通过留言告诉我们哦!

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