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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 17:10:291900

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。
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　　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（200～300V程度）提升至650V的DC-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。