丰田公司对未来可持续氢社会的愿景认识到氢的价值是一种可行且丰富的能源,用于运输和储存能源。它有潜力实现零碳迁移,不仅在公路车辆中,而且在火车,轮船和飞机中均实现零碳移动,并为工业,企业和家庭提供动力。它也是存储可再生能源的有效手段,可以运输到需要的地方。

丰田汽车于 1992 年开始研发氢燃料电池电动汽车,并于 2014 年成功将 Mirai 轿车推向世界市场。这项突破性成就是基于该公司在混合动力技术方面的世界领先经验而建立的,该技术是广泛应用于各种电动汽车车辆动力总成的核心技术。

混合动力的基本概念已成功地应用于生产混合动力(HEV),插电式混合动力(PHEV),电池电力(BEV)以及(从 Mirai 开始)燃料电池电动汽车(FCEV)。每种汽车都有适合不同机动性要求的质量:例如,用于短途通勤和城市驾驶的 BEV;混合动力汽车和插电式混合电动汽车,适合一般和长途个人旅行;以及用于更大,更重的乘用车,重型车辆和公共交通的 FCEV。

现在,新一代 Mirai 即将面世,该车将 FCEV 技术提升到更高的水平,并在动态,现代风格和更有意义的驾驶性能方面提供更具情感吸引力的客户吸引力。经过全面重新设计的燃料电池系统,智能包装和空气动力学效率有助于将续驶里程扩大至 650 公里左右,而无其他排放。

性能和设计上的改进

在开发新的 Mirai 时,丰田致力于提供全方位的改进,以从性能性能到外观和驾驶方式,提高客户吸引力。

与第一代车型相比,其优先级一直是提高其续驶里程,并且超出了电动汽车通常所能达到的距离。更高的功率和氢燃料容量,更高的效率和更好的空气动力学特性均将行驶里程扩大了 30%,达到 650 公里左右。这使新 Mirai 具有真正的长途驾驶能力。

通过基于丰田模块化 GA-L 平台的新型 Mirai,得到了显着改善。新型 FCEV 动力总成的更高效,更平衡的布置(尤其是燃料电池堆从机舱下方移动到前舱)使内部空间更加宽敞,五座,并为后座乘客提供了更大的腿部空间。

新型 Mirai 还显示出更具吸引力的车辆比例:总高度降低了 65 毫米,达到 1,470 毫米,轴距增加了 140 毫米(2,920 毫米)。当后悬伸延长 85 毫米时,整个车辆长度现在为 4,975 毫米。履带宽度增加了 75 毫米,并使用了更大的 19 英寸和 20 英寸轮毂,从而使新型 Mirai 重心较低的位置具有更低的动态姿态和视觉感。

更具情感吸引力的客户吸引力

新款 Mirai 的主要目的之一是赋予汽车更强烈的情感吸引力,使其外观和驾驶方式以及环保性能受到人们的喜爱。新的 GA-L 平台和丰田在 FCEV 技术方面的进步使这成为可能。

GA-L 平台

采用 GA-L 平台可以重新包装燃料电池堆和传动系统组件,从而更有效地利用空间。结果是更宽敞的五人座机舱和更好的底盘平衡。也许最重要的是,它可以安装三个高压氢气罐,从而将燃油容量和汽车的行驶里程增加了 30%。

这些油箱以 “ T” 形布置,最长的纵向和中央位置位于车辆地板下方,两个较小的油箱横向设置在后排座椅和行李箱下方。它们合在一起可以容纳 5.6 千克氢气,而目前的 Mirai 的两个储罐中只有 4.6 千克氢气。它们的位置有助于降低汽车的重心,并避免损害载物空间。

新架构还允许将全新的氢燃料电池从其当前位置从地板下方移至前舱(相当于发动机舱),而(更紧凑的)高压电池和电动机则位于上方后轴。如下所述,对动力总成的布局进行了优化,以使新 Mirai 的前:后重量分布为 50:50。

这些油箱具有更坚固的多层结构,并且具有极高的重量效率-氢气占燃料和油箱总重量的 6%。

新燃料电池堆

丰田的新型燃料电池堆和燃料电池功率转换器(FCPC)专为与 GA-L 平台配合使用而开发。设计人员已经能够将所有组件(包括水泵,中冷器,空调和空气压缩机以及氢气再循环泵)放到堆栈框架中,使每个零件变得更小,更轻,同时提高了性能。通过使用摩擦搅拌焊已将电池堆壳体本身做得更小,从而减小了燃料电池与壳体之间的间隙。

像当前的 Mirai 一样,燃料电池堆使用的是固态聚合物,但已制成更小且具有更少的电池(从 330 改为 370)。尽管如此,它还是创下了 5.4 kW / l 的单位功率密度(不包括端板)的新记录。因此,最大功率已从 114 kW 增加到 128 kW。寒冷天气的性能已得到改善,现在可以在低至-30˚的温度下启动。

通过将系统连接集中在机箱内,需要的组件更少,又节省了空间和重量。

专注于每个组件的创新和改进已使重量减轻了 50%,而功率却提高了 12%。新措施包括重新设置歧管,减小电池的尺寸和重量,优化气体通道隔板的形状以及在电极中使用创新材料。

该单元还集成了燃料电池 DC-DC 转换器(FDC)和模块化高压部件,与当前系统相比,其尺寸减小了 21%。重量减少了 2.9 公斤,降至 25.5 公斤。丰田汽车首次在智能功率模型(IPM)晶体管中使用了下一代碳化硅半导体材料,因此先进的技术为节省空间做出了贡献。这样可以在使用更少的晶体管的同时增加输出并降低功耗,从而可以使 FCPC 变得更小。

相同的尺寸和重量减轻方法已应用于 FC 堆栈的其他部分。进气口设计用于降低压力损失,并包含吸音材料,因此从进气口发出的噪音在机舱中并不明显。排气采用树脂管,设计成可排放大量的空气和水。较大容量的消音器有助于使机舱更安静。完整的空气系统比当前的 Mirai 缩小了近 30%,重量减轻了三分之一(34.4%)。

锂离子电池

新型 Mirai 配备了锂离子高压电池,代替了当前型号的镍氢电池。尽管尺寸较小,但能量密度更高,可提供更高的输出和出色的环保性能。它包含 84 个电池,额定电压为 310.8,而额定电压为 244.8,容量为 4.0 Ah,而容量为 6.5 Ah。整体重量从 46.9 公斤减少到 44.6 公斤。输出从 25.5 kW x 10 秒提高到 31.5 kW x 10 秒。

电池的尺寸较小,因此可以将其放置在后排座椅的后面,从而避免侵入到行李箱中。设计了一条优化的空气冷却路径,后排座椅两侧均设有谨慎的进气口。

动态表现

新型 Mirai 采用 GA-L 平台为汽车带来了以下根本优势:较低的重心,改善的惯性特性和显着提高的车身刚度,所有这些都有助于实现出色的动态性能。

通过将燃料电池堆从车底下方移至前部车厢,并将电池和电动机置于后部,可以实现 50:50 的前后重量平衡,从而使其具有前置发动机的基本稳定性汽车。

通过战略性的支撑和加固,车身胶粘剂的广泛应用以及激光螺丝焊接的使用,车身的刚度得到了提高。

新平台还可以容纳新的多连杆式前后悬架,以取代以前的前麦弗逊式前撑杆和后扭力梁装置。这种设置提供了高水平的稳定性,可控制性和乘坐舒适性。详细信息包括使用更厚的防倾杆,最佳的上下球形接头位置以及总体较高的悬架刚度,从而在响应性和稳定性方面获得了回报。

新 Mirai 使用更大的车轮和轮胎会带来更多好处。19 和 20 英寸的车轮分别装有 235/55 R19 和 245/45 R20 轮胎,具有低滚动阻力和安静的行驶状态,有助于提高燃油效率,操纵质量,稳定性和安静的机舱环境。使用更大直径的车轮和轮胎有助于确保新的三重氢燃料箱所需的空间。

该车的空气动力学特性得到了改善,车顶线更低,底盖满满且阻力系数更低,在提高操纵质量和稳定性以及延长续航里程方面也发挥了作用。

新的 Mirai 还通过改进的驾驶特性提供回报。新燃料电池堆和电池产生的额外动力可用于平稳,线性的起飞,并与驾驶员使用油门的加速度相协调。公路驾驶轻松自如,在所有速度下均具有出色的响应性。在蜿蜒开阔的道路上行驶时,新 Mirai 的风度与转弯时的良好加速相结合。

开车时清洁空气

驾驶 Toyota Mirai 所带来的环境效益从零排放提高到了 “负排放” –汽车在行驶时有效地净化了空气。

丰田汽车的创新技术是在进气口安装了催化剂型过滤器。当空气被吸入车辆以供应燃料电池时,无纺布过滤器元件上的电荷会捕获微小的污染物颗粒,包括二氧化硫(SO2),一氧化二氮(NOx)和 PM 2.5 颗粒。当空气进入​​燃料电池系统时,该系统可有效去除空气中 90%到 100%的直径在 0 到 2.5 微米之间的颗粒。

瞄准销售增长 10 倍

新款 Mirai 的推出将使丰田汽车瞄准更深的市场渗透率,并将销量扩大 10 倍。这种增长将受到新车型更强大的性能和更大的客户吸引力的支持,尤其是作为价格更便宜的车辆,其售价降低了约 20%。

随着市场改善其氢基础设施,加气站数量的增加以及政府和地方当局出台新的激励措施和法规以促进清洁交通,氢燃料 FCEV 所有权的实用性也将稳步提高。