Mirai 燃料电池系统的开发

日本丰田汽车公司自1992年就已经开始开发燃料电池技术，2008年发布了FCHV-adv燃料电池概念车。为了促进燃料电池汽车在商业领域的应用和量产，还需要对燃料电池汽车的关键性能进行改进，如冷起动性能、效率、续驶里程和耐久性。同时，进一步降低燃料电池系统的尺寸和成本。在2014年12月，丰田汽车公司推出了世界第一辆商业化量产的燃料电池汽车Mirai。对Mirai的燃料电池系统进行介绍。

Mirai采用的燃料电池系统为丰田燃料电池系统（TFCS）。TFCS主要包含高压储氢罐、储能电池和燃料电池堆。TFCS工作时，储氢罐中的氢气与汽车前部吸入的氧气在燃料电池堆内发生反应，产生电能驱动汽车电机。同时，反应产生的剩余电能存储在储能电池中。为了使燃料电池系统能够提供稳定的电能，将燃料电池堆中电解质薄膜的湿度控制在合理范围内。传统的湿度被控制是通过使用1个外部加湿器来实现的，但使用外部加湿器将降低空气系统的压力，使空气系统压缩机的效率也随之降低。此外，外部加湿器的使用还会导致燃料电池系统的部件增加，造成系统复杂度增加。而TFCS则可通过改善燃料电池本身的水蒸气管理和控制逻辑的技术革新，实现电解质薄膜的湿度维持在合理范围内。尽管由于空间和成本的限制，会使Mirai高压储氢罐的容量显著低于FCHV-adv燃料电池概念车，但是通过增加空气系统压缩机的压缩比，可以实现Mirai的续驶里程与传统汽油车相同，同时其燃油经济性约改善20%。……