丰田 Mirai燃料电池电动汽车的结构如图16-10所示。
丰田 Mirai使用了液态氢作为动力能源,液态氢被储存在位于车身后半部分
的高压储氢罐中。两个高压储氢罐分别置于后轴的前后两端。相比于纯电动汽车,燃料电池车 Mirai的最大优点在于,氢燃料添加的过程与传统添注汽油或者柴油相似,充满仅需要3~5min。整车动力系统可提供最大113kW功率及335N·m的峰值转矩,最高车速为200km/h,百公里加速约9s,续航里程可达500km,足以满足日常应用图16-11所示为丰田 Mirai的燃料电池,由370个电芯组成,升压系统最终的最大输出电压可达650V,满足驱动电机的最大输出要求。
图16-12所示为丰田 Mirai的驱动电机,最大输出功率为113kW,最大输出转矩为335N·m。
图16-13所示为丰田 Mirai的驱动电机控制单元,它就像汽车的大脑,所有的动力均由控制单元计算后分配到各驱动轮上。
图16-14所示为丰田 Mirai的动力电池,燃料电池输出剩余的电能和制动回收的电能都被动力电池储存起来,供急加速和车载用电器使用。
图16-15所示为丰田 Mirai的储氢罐,内层采用高分子聚合物材料,与氢气
接触不发生反应;中间层是高压储氢罐最重要的一层,采用热塑性碳纤维增强塑料;外层采用玻璃纤维增强聚合物材料。两个储氢罐的容积分别为60L和62.4L,储气压力可达70MPa。
图16-16所示为丰田 Mirai的工作原理,储氢罐中的氢气与车头吸入的氧气在燃料电池内发生反应,产生的电能驱动电机,从而带动车辆行驶;反应产生的剩余电能存入动力电池内。
丰田 Mirai燃料电池电动汽车行驶工况分为启动、一般行驶、加速行驶以及减速行驶,如图16-17和图16-18所示。
(1)启动工况车辆启动时,由车载蓄电池进行供电,此时,来自蓄电池的电源直接提供给驱动电机,使电机工作,驱动车轮转动,此时,燃料电池不参与工作。
(2)一般行驶工况一般行驶工况下,来自高压储氢罐的氢气经高压管路提供给燃料电池,同时,来自空气压缩机的氧气也提供给燃料电池,经质子交换膜内部产生电化学反应,产生大约300V的电压,然后经DC/DC变换器进行升压,转变为650V的直流电,经动力控制单元转换为交流电提供给驱动电机,驱动电
机运转,带动车轮转动。
(3)加速行驶工况加速时,除了燃料电池正常工作外,需要由车载蓄电池参与工作,以提供额外的电力供驱动电机使用,此时车辆处于大负荷工况下。
(4)减速行驶工况减速时,车辆在惯性作用下行驶,此时燃料电池不再工作,车辆减速所产生的惯性能量由驱动电机转换为发电机进行发电,经动力控制
单元将其转换为直流电后,反馈回车载蓄电池进行电能的回收。
