不加油、不充电、不排放尾气，仅有排放的废物是纯净水！会有这样的车存在吗？答案是必定的！丰田Mirai便是这样一辆车。那么这一切都是怎么完成的呢？
丰田Mirai燃料电池轿车
前不久丰田正式出售了燃料电池轿车Mirai（译名：未来），直接与纯电动车进行竞赛。“燃料电池”这四个字想必咱们或多或少都听说过，因为这是全世界科学家研讨了数十年的技能，一向没有获得严重的技能打破，至少是没有谁能够拿得出本钱合适消费级商场的老练技能。而在不到一年前，丰田就放出豪言说已经在燃料电池范畴获得了技能打破，能够使车用燃料电池的本钱从100万美元降到5万美元，降幅高达95%！不到一年，丰田便用Mirai完成了豪言。尽管现在Mirai的价格约合38万人民币，但要知道这是初次投放商场的量产燃料电池车。
丰田Mirai中心结构注释
世界黑科技的由来
丰田Mirai的结构与传统的汽油车或许纯电动车都不相同，假如硬要找出一个相似的结构，或许丰田最热销的普锐斯跟Mirai会有着一点点相似的结构吧。Mirai的动力体系被称作TFSC（Toyota FC Stack），即丰田燃料电池仓库，是以燃料电池仓库为中心组件的混合动力体系。TFSC没有传统的汽油发动机，也没有变速器，发动机舱内部是电动机和电动机的操控单元。
丰田Mirai结构图
在驾驶舱底部安置着的燃料电池仓库是整套体系的中心，本文也将着重点翰墨来对其做出解析。在车身后桥部分放置着一个镍氢动力电池组和前后两个高压储氢罐，没错，没有油箱和大面积的锂离子电池，Mirai仅有需求耗费的“燃料”便是氢气，不必加油也不必充电，加满5公斤氢气就能够接连跑上640公里！而为什么要在题目中说燃料电池是“世界黑科技”呢？那是因为氢元素是世界中最丰厚的成分，氢元素在地球上储量也是最丰厚的，而氢气在燃料电池中跟空气中的氧气结合，排出的仅有“废物”是纯净水！所以氢燃料电池一向被认为是“外星科技”，是最合适世界空间站或许世界探测器运用的备用动力之一。
丰田Mirai中心结构安置图
燃料电池作业原理
尽管燃料电池姓名里边有“燃料”字样，一起氢气也能够跟氧气在一起剧烈焚烧，但在燃料电池却不是使用焚烧来获取能量，而是使用氢气跟氧气化学反响进程中的电荷转移来构成电流的，这一进程最要害的技能便是使用特别的“电解质薄膜”将氢气拆分，整个进程能够了解成蚊子无法穿过纱网，可是更小的尘埃却能够……电解质薄膜也是燃料电池范畴最难被霸占的技能壁垒。
燃料电池仓库外部细节及主要参数燃料电池仓库外部细节及主要参数
因为氢分子体积小，能够透过薄膜的细小孔洞游离到对面去，可是在穿越孔洞的进程中，电子被从分子上剥离，只留下带正电的氢质子经过，氢质子被吸引到薄膜另一侧的电极与氧分子结合。电解质薄膜两边的电极板将氢气拆分红氢离子（正电）和电子、将氧气拆分红氧离子（负电）和电子，电子在电极板之间构成电流，两个氢离子和一个氧离子结合成为纯水，是反响的废物。所以实质来讲，整个运转进程便是发电进程。因而Mirai是纯电动车，燃料电池仓库替代的便是厚重且充电功率低下的锂离子电池组。
丰田2008年燃料电池
丰田Mirai的燃料电池立异
丰田Mirai搭载的燃料电池仓库是由370片薄片燃料电池组成的，因而被称为“仓库”，总共能够输出114千瓦的发电功率。此前咱们也剖析了群众集团的燃料电池技能，结构根本相似。丰田的燃料电池仓库阅历了十几年的技能优化，构成了自己的特征结构，比方3D立体微流道技能，经过更好地排出副产物水，让更多空气流入，有用改进了发电功率。所以整个仓库的发电功率达到了世界先进水平，达到了3.1千瓦/升，比2008年丰田的技能整整提高了2.2倍。
Mirai燃料电池仓库技能迭代
因为燃料电池仓库中每片电池发电的电压大约在0.6V-0.8V之间，全体也不会超越300V电压，所以为了更好驱动电动机，还需求装置一个升压器，将电压提高到650V。
燃料电池迭代
700个大气压下贮存氢气
了解氢气物理特性的人都清楚，氢气跟汽油不同，常温下氢气是气体，密度十分低而且十分难液化，常温下更是无法液化，所以氢气要安全贮藏和运送并不简单。所以氢气无法像汽油那样直接注入一般油箱里。丰田规划了一大一小两个储氢罐，经过高压的方法尽或许多充入一些氢气。以现在的干流贮存技能，丰田选用了700Mpa也便是700个大气压的高压储气罐，相似咱们常见的“煤气罐”，只不过罐体更厚重。两个储氢罐总共的容量是122.4升，选用700个大气压贮存，也只能包容约5公斤的氢气。所以实际上燃料的分量并不大，反而储氢罐特别粗笨。
氢气贮存功能
为了在接受700个大气压的前提下依旧坚持行进安全性，咱们可都不期望坐在两个炸弹上面开车吧？所以储氢罐被规划成四层结构，铝合金的罐体内部衬有塑料内胆，外面包裹一层碳纤维强化塑料的保护层，保护层外侧再添加一层玻璃纤维材料的减震保护层，而且每一层的纤维纹理都依据所在罐身方位不同而做了额定的优化，使纤维顺着压力散布的方向，提高保护层的效果。
燃料电池仓库+镍氢电池混合动力
直接驱动Mirai车轮的电动机功率是113千瓦，峰值扭矩335牛米，根本相当于一辆2.0升天然吸气家轿的动力水平。除了燃料电池仓库发电之外，Mirai后轴上方安置的1.6千瓦时的镍氢电池组也有着十分重要的效果——动力电池+储能电池。这个电池组根本上跟凯美瑞混动的电池彻底相同，在整车负载低的时分能够独自用它供电带动车辆行进，与此一起燃料电池仓库发出来的电能够给电池充电，用镍氢电池充任一个“缓存”；
燃料电池轿车作业原理
当车辆有更大的动力需求的时分，镍氢电池组很快就会耗光，所以这时分燃料电池仓库就直接向电动机输电，跟镍氢电池组完成两层供电来满意需求；当车辆减速行进的时分，电动机转化为发电机来收回动能，电量直接输送到镍氢电池组内贮存起来。
小结：
纵观氢燃料电池整个运转进程中，除了耗费氢气和空气之外，没有其他的动力耗费，没有加油也没有充电。比较纯电动车而言，现在充电最快的特斯拉Model S的超级充电站也需求1.25小时才干充溢电量。氢气加注的速度则更快，仅需3分钟即可充溢两个储氢罐，而且超越600公里的续航路程乃至比一般汽油车更优越。尽管现在加氢站仍是极度稀有，可是一般加油站改形成加氢站的本钱要远低于改形成快速充电站的本钱。因而咱们能够估计，假如燃料电池车能在本钱操控上获得打破，实际上商场空间会比纯电动车更大。
