鉅大LARGE | 點擊量：556次 | 2022年07月22日
未來科技已駕到!氫燃料動力電池車技術(shù)解析
氫燃料動力鋰電池車最近很火。十一月十八日，豐田汽車在日本正式公布了其量產(chǎn)版氫燃料動力鋰電池車mirai，并準(zhǔn)備在日本上市；而就在十一月中旬，本田也公布了其最新的氫燃料動力鋰電池車fcvsedan，并表示將在明年三月上市；和此同時，大眾集團(tuán)毫不示弱，在洛杉磯車展上展示了旗下包括奧迪a7sportbackh-tronquattro等在內(nèi)的三款氫燃料動力鋰電池車。
車企們?nèi)绱嗣芗膭幼鳎趥鬟f著一個清晰的信號：氫燃料動力鋰電池車已不再是一個"未來傳說"，而是即將市場化的最新一代綠色環(huán)保汽車技術(shù)。作為一個讓我們稍感陌生的詞語，"氫燃料動力鋰電池車"究竟是什么？它的工作原理是怎么樣的？和其它諸如純電動汽車等車型相比，它的優(yōu)勢到底在哪？本文將為您進(jìn)行一一解讀。
氫燃料動力鋰電池車究竟是一種怎么樣的車？
目前，混合動力車和純電動汽車在市場上正在被逐漸地接受，成為繼普通內(nèi)燃機車之后，汽車在動力形式上的一大轉(zhuǎn)變。
混合動力車依靠燃油發(fā)動機和電動機協(xié)作的方式供應(yīng)給車輛驅(qū)動力。一般而言，混合動力車在起步等低速情況下采用純電動驅(qū)動，在急加速等情況下采用燃油機+電動機的雙重動力驅(qū)動，以達(dá)到新增燃油經(jīng)濟(jì)性的效果。（如豐田普銳斯、大眾高爾夫gte、福特蒙迪歐混動版等都屬于典型的混合動力車）
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
還有一類增程式混合動力車，也同時搭載了燃油機和電動機。只不過，其車輛本身是靠著電動機來驅(qū)動的，通常燃油機的任務(wù)是為車載蓄電池充電，因此燃油機自身不參和車輛驅(qū)動過程。（如寶馬i3增程版、雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)）
純電動汽車則比較單純，車輛驅(qū)動完全依靠電動機來完成，車內(nèi)沒有裝備任何傳統(tǒng)的內(nèi)燃機，而電動機所需的電能來自于車上搭載的蓄電池。（如TSLAmodels、日產(chǎn)聆風(fēng)、雷諾zoe等都是此類車型）
現(xiàn)在回到主題：氫燃料動力鋰電池車。雖然名字很長，但簡單地說，它更像是一種增程式電動汽車。
也許有些人會認(rèn)為氫燃料動力鋰電池車是以燃燒氫原料作為動力的。其實不然，氫燃料動力鋰電池指的是氫通過和氧的化學(xué)反應(yīng)，從而出現(xiàn)電能的裝置。（單純依靠燃燒氫來驅(qū)動的"氫內(nèi)燃機車"也曾出現(xiàn)過，比如寶馬的氫能7系）
氫燃料動力鋰電池車的驅(qū)動力來自于車上的電動機，就像純電動汽車相同。所以可以理解為一輛"自帶氫燃料發(fā)電機的電動汽車"。其理念和增程式車型相類似，只不過電能的來源由一臺燃油機變成了氫燃料動力單元。
氫燃料動力鋰電池車的工作原理到底是怎么樣的？
目前，各個車企的氫燃料動力鋰電池車在基本原理上是較為一致的，只是在細(xì)節(jié)設(shè)計上有所差別。下面小編以豐田剛剛公布的氫燃料動力鋰電池車mirai為例，來為您解析氫燃料動力鋰電池車的"秘密"。
mirai的動力系統(tǒng)被稱為tfsc（toyotafcstack），即豐田燃料動力鋰電池堆棧，是以燃料動力鋰電池堆棧為核心組件的一套復(fù)雜混合動力系統(tǒng)。另外還包括燃料動力鋰電池升壓器、高壓儲氣罐以及驅(qū)動電機等部分。燃料動力鋰電池堆棧位于車身下部，是氫氣和氧氣進(jìn)行反應(yīng)的場所，也是氫燃料動力鋰電池車的關(guān)鍵。
在燃料動力鋰電池堆棧里，將進(jìn)行氫和氧相結(jié)合的反應(yīng)，其過程中存在電荷轉(zhuǎn)移，從而出現(xiàn)電流。和此同時，氫和氧化學(xué)反應(yīng)后正好生成一氧化二氫，即水。
燃料動力鋰電池堆棧作為一個化學(xué)反應(yīng)池，其最為關(guān)鍵的技術(shù)核心在于"質(zhì)子交換薄膜"。
在這層薄膜的兩側(cè)緊貼著催化劑層，將氫氣分解為帶電離子狀態(tài)。隨后攜帶電子的氫通過這道薄膜，留下身上的電子，變成正價氫質(zhì)子，并通過薄膜到達(dá)另一端。緊接著，氫質(zhì)子和氧在薄膜的另一端結(jié)合，同時所丟失的電子被"還給"它，出現(xiàn)水。水成為了該反應(yīng)過程中的唯一"廢料"。
隨著氧化反應(yīng)的進(jìn)行，電子不斷發(fā)生轉(zhuǎn)移，就形成了驅(qū)動汽車所需的電流。假如說，氫燃料動力鋰電池車的技術(shù)突破是在發(fā)明一種汽車，倒不如說是在發(fā)明一種全新的"發(fā)電機"，然后整合進(jìn)一部車子里。
在燃料動力鋰電池堆棧中，排布了諸多薄膜，可以出現(xiàn)大量的電子轉(zhuǎn)移，形成供車輛行駛所需的電流。一般情況下，這些電流所出現(xiàn)的整體電壓為300v左右，不足以帶動一臺車用大功率電機。因此，像mirai這樣的氫燃料動力鋰電池車還裝備了升壓變壓器，將電壓升至600v以上，從而順利推動電動機。
除了電能出現(xiàn)的燃料動力鋰電池堆棧外，氫燃料動力鋰電池車的動力系統(tǒng)中還包括儲氫罐，用來存儲出現(xiàn)電能要的氫原料。由于氫氣在一般氣壓下的密度較低，且為氣體狀態(tài)，想要得到足夠的氫氣來供應(yīng)燃料動力鋰電池堆棧，就要進(jìn)行壓縮，因此儲氫罐的設(shè)計和強度也十分重要。豐田mirai擁有三個儲氫罐，奧迪a7sportbackh-tronquattro則有四個。
當(dāng)然，氫燃料動力鋰電池車也搭載有一套蓄電池，平時將氫燃料堆棧所出現(xiàn)的多余電能儲存起來，在制動時，回收的電能也可儲存在里面。
氫燃料動力鋰電池車優(yōu)勢何在？
1零排放
前面已經(jīng)提到，氫燃料動力鋰電池堆棧在出現(xiàn)電能的過程中只出現(xiàn)水，因此它最為耀眼的優(yōu)勢便是真正地實現(xiàn)了"零排放"目標(biāo)。這聽起來似乎不可思議，但事實的確如此。
2消除"里程憂慮"
一般情況下，氫燃料動力鋰電池車每行駛100公里要大約要一公斤氫氣。而像豐田mirai、奧迪a7sportbackh-tronquattro這樣的車型可儲存約5公斤左右的壓縮氫氣。理論上，在加滿氫的狀態(tài)下續(xù)航里程達(dá)到500公里不成問題。
3燃料補充時間和燃油車相當(dāng)
氫燃料動力鋰電池車加注氫氣的過程非常快速便捷，專用的加氫設(shè)備可在幾分鐘之內(nèi)加滿氫原料。相有關(guān)純電動汽車較長的充電等待時間，優(yōu)勢極其明顯。
4性能叫板燃油車
奧迪a7sportbackh-tronquattro作為一款氫燃料動力鋰電池車，前后軸各配備了一臺最大輸出功率85kw，最大扭矩270nm的電動機，總功率達(dá)170kw，更供應(yīng)了高達(dá)540nm的扭矩。該車0-100km加速7.9秒，最高時速180km/h，可和汽油車媲美。
結(jié)語：
作為剛剛進(jìn)入實用化階段的氫燃料動力鋰電池技術(shù)而言，依舊存在著一些缺點。比如在價格上，豐田mirai的建議售價為723.6萬日元，約合38萬元人民幣，依舊高于普通汽車。而目前加氫站等支持設(shè)施也比較稀少，在補充燃料的便利性上還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能和燃油車相比。
然而，隨著技術(shù)的進(jìn)步、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的跟進(jìn)以及新產(chǎn)品的逐步上市，兼顧了環(huán)保、性能和實用性的氫燃料動力鋰電池車或?qū)⒊蔀樾履茉雌嚨淖罱K解決方法，從而徹底取代傳統(tǒng)內(nèi)燃機車。我們可以試著想象一下，一個不再提及"氣缸"、"排量"、"尾氣"的世界，將會是什么樣子？
