2024年11月08日 星期五
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丰田FCV技术(二)省去HEV的动力分配机构和发电机

2019/10/15 17:10:291673

省去HEV的动力分配机构和发电机

  量产的MIRAI随处可见降低成本的智慧和巧思(图3)。除了沿用已经应用于HEV的驱动马达和镍氢电池,还通过提高单元的性能、采用FC升压转换器,以较少的单元数量产生了高压电(表2)。驱动马达沿用与雷克萨斯"RX450h",镍氢电池沿用与"凯美瑞"相同的产品。这些产品已经面向HEV投入量产,能够以低成本进行配备。
无标题.jpg   MIRAI虽然沿用了HEV系统的核心部件,但省去了HEV配备的动力分配机构和发电机。HEV系统会根据驾驶状态,通过动力分配机构,将发动机的动力分配给驱动力和发电机,而FCV没有发动机,因此无需配备。因为没有发动机,所以也不配备发电机。但与HEV一样配备了在减速时利用驱动马达再生电力的功能。   通过沿用HEV的部件,新开发的部件只有FC升压转换器和FC堆栈等(图4)。增加FC升压转换器是为了降低成本。通过升高FC堆栈的电压,串联单元数量较少的小规模FC堆栈也可以应用于大型车辆。而且,通过缩小FC堆栈的规模,"还能应用于今后可能开发的低功率小型FCV"(丰田FCV内部人士)。    无标题.jpg   图4:与上一代比较   扩大了HEV部件的沿用范围。使用FC升压转换器将FC堆栈的电压提高到650V,通过只配备必要的堆栈降低了成本。    FC堆栈要提高输出功率   通过开发出高性能的单元,FC堆栈实现了小型和轻量化(图5,表3)。与上一代相比,最高输出功率从90kW提高到114kW,单元数量从400枚减少到了370枚。体积功率密度从1.4kW/L提高到3.1kW/L,是过去的2.2倍。因为缩小了单元的体积,所以可以安装在轿车型汽车的地板下方。 无标题.jpg

丰田没有公布FC堆栈的电压,由于1枚单元的电压低于1V,因此FC堆栈的电压低于370V。这个电压要通过FC升压转换器,升高到驱动马达的电压,即650V。将镍氢电池的电压(200300V程度)提升至650VDC-DC转换器配置在动力控制单元的内部。

电池单元电流密度要翻番

单元通过材料的薄型化、改进气体流路等,电流密度增加到了过去的2.4倍(图6,图7)。除了将电解质膜的厚度缩减到1/3,通过方便氢离子(H+)通过,使传导效率增至3倍外,还通过为电极(催化剂)层采用铂(Pt)和钴(Co),使反应效率增加到了1.8倍(表4)。空气极的通道也从过去的二维沟槽改为三维通道,使产生的水不易堵塞通道,提高了单位面积的发电效率。


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电解质膜减薄后,空气极产生的水更容易通过电解质膜,使膜随时保持湿润状态。因此无需加湿器,重量减轻13kg,系统容积减少了15L

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FC堆栈架相当于FC堆栈的地板。当配置在前座地板下方的FC堆栈撞到路面的突起物时,可以保护FC堆栈。过去一般使用金属制造,在换用树脂制品后,实现了轻量化。而且,通过采用热可塑性树脂,可以利用冲压加工进行量产,还有助于降低成本。