豐田加速推進氫燃料技術 液態氫發動機已接近量產階段!

2023-06-16 18:50:22    編輯: robot
導讀 電動車發展這么多年,隨着續航裏程的不斷攀升,充電效率的越來越快,以及充電樁等配套設施的加速布局,已初步形成了油電分庭抗禮的市場格局。 然而這看似兩虎相爭的局面,實則還有“第三者”在坐山觀虎鬥!沒錯它...

電動車發展這么多年,隨着續航裏程的不斷攀升,充電效率的越來越快,以及充電樁等配套設施的加速布局,已初步形成了油電分庭抗禮的市場格局。

然而這看似兩虎相爭的局面,實則還有“第三者”在坐山觀虎鬥!沒錯它就是氫能源。

衆所周知不管是我國還是全世界,都在力爭2030年碳達峰,2060年實現碳中和,徹底實現無污染零排放。而要想完成這一目標,不管是再怎么开發燃油車的發動機效率,或者是突破鋰電池的極限,都幾乎是不可能完成的任務。

那么既然油電這兩條路走不通,還有其他路可走嗎?

當然是有的。答案就是氫燃料電池。

被視爲汽車產業“碳中和”終極解決方案的氫燃料電池車,其實早就有人开始默默入局了。在許多車企都致力於電動車領域之際,豐田便踏上了氫燃料電池車的研發之路,而且早在2014年就在日本上市了世界首款氫燃料電池車型Mirai(配置|詢價)。

如今Mirai已更新到了第二代產品,其加氫3分鐘便可加滿,續航可達850km!而現在充電效率最高的特斯拉V4(第四代)超充技術,也僅能做到充電5分鐘提升168公裏的續航。

你的上限還不及人家的下限,這就是氫燃料與鋰電池的絕對天賦差距。而這便是豐田看好氫燃料電池車的原因。

這讓我想到了1997年普銳斯問世的節點,在那個人們都追求大馬力燃油車的時代,豐田毅然決然开始着手於混合動力車的研發。如今豐田混動車全球累計銷量早已突破2000萬大關,更是帶動了全球車企進入到了油電混動時代。包括本田家的i-MMD混動車,全球累計銷量也已突破400萬台。中國自主品牌也都有着自家的混動技術,甚至當年很多對混動技術不屑一顧的歐美車企,也都紛紛倒戈。

現在看到新能源車的盛世,再回望豐田研發普銳斯的決定,不得不感慨豐田眼光之長遠之獨到。

如果說混動車是豐田着眼未來落下的第一顆棋子,那氫燃料電池車便是豐田走出的第二手好棋。

30年研發的積累造就次世代燃料電池

事實上豐田早在30年前就开始致力於氫燃料能源的开發,除了成功打造出世界首款氫燃料電池車型Mirai外,在氫能源動力技術層面上,也成功從氣態氫燃料電池車升級到液態氫燃料發動機車。

目前市面上推出的FCEV氫燃料電池車,均使用的是氣態氫。而豐田則已經研發出由液態氫爲燃料的氫發動機車了。

簡單來說就是,豐田將氫從電動車又“退回”到傳統內燃機了。因爲氫燃料發動機與汽油發動機擁有相同的駕駛感受以及性能表現。甚至就連渾厚的排氣聲浪也能完美復刻。注意,這可是氫燃料發動機自己發出的聲音,而不是像電動車靠模擬發出的。而與汽油機不同的是,氫燃料發動機排出的僅有水和非常少量的氮氧化物。

使用液氫的GR COROLLA(配置|詢價)概念車

相比於氣態氫,液氫不僅能夠優化車內空間,還可提升加氫站的效率。以豐田參賽的液氫儲罐車爲例,1輛車的儲存量可爲6個車隊提供行駛24小時的氫燃料。而且,液氫還不需要設置壓縮機、冷卻氫時所用換熱器等設備,加氫區佔用面積僅有以往使用氣氫時的四分之一。如此一來,加氫便可像加油車一般方便。

在5月28日,豐田汽車公司派出一輛液態氫動力賽車在富士國際賽車場舉行的24小時耐力賽中成功完賽,成爲了世界上第一輛參加正式比賽的液態氫賽車。

隨後又在6月5日,豐田再次派出兩台搭載氫燃料發動機的賽車,分別是GR COROLLA和GR86,再次順利完賽。要知道,今年搭載了氫燃料發動機的COROLLA跑出了478圈的好成績,比去年多跑了120圈。此舉也讓豐田成功向大家展現了液態氫燃料汽車上市之路的可能性。

盡管從技術儲備已相對成熟,但豐田表示要想上市發售,還有很多問題亟待解決。因爲除了改善動力系統的同時,還要考慮到車輛布局(傳動系統、操控系統、乘坐空間、後備廂等車輛布局)的問題。

◆對乘坐空間的追求

尤其是想要實現民用車的量產,車輛後排的乘坐空間的布局就顯得十分重要。以參賽的搭載了氫燃料發動機的COROLLA爲例,其在後座上放置有4個儲氫罐。如果後座要坐人的話,就需要考慮採取應對措施,比如將燃料罐的體積縮小,將其移到後備廂處等。

搭載氫燃料發動機的“COROLLA CROSS H2概念車”

事實上,豐田已經开始致力於液態氫燃料電池車的量產化進程,在賽事期間便對外展示了一款名爲,“COROLLA CROSS H2概念車”。該車以COROLLA CROSS爲基礎改造而來,配備了與氫燃料發動機COROLLA相同的3缸渦輪發動機,並配有2個儲氫罐。

◆通向量產的10階銷售之路

面對量產上市的銷售之路,豐田制定出了10個階段,其中前4個階段爲動力傳動部分,分別包括有燃燒及組件技術研發、性能研發、油耗研發以及排放量研發。隨後5-9階段爲車輛布局部分,包括功能可靠性/對策、燃料罐小型化、實證評價、完善駕駛性能以及優化NVH。而到了第10階段,豐田才允許車輛推向市場銷售。

對此豐田新晉社長佐藤恆治表示:“我們的目的不是量產化,而是以量產化爲目標發掘更多液態氫燃料電池車的問題。如果只考慮賽場,那么現在的車輛總體布局也不妨礙正常行駛,但如果要實現量產民用化,就不得不進行更深一步的探索研究。”

同時,佐藤社長還透露豐田目前對氫燃料技術的掌控,已經達到了第5階段,但要想往更高的目標進發時則會困難重重。因爲要考慮到各種山石滑落、天氣惡劣、高原缺氧等各種難題。因此,對於氫燃料發動機的研發,豐田並沒有急於求成,而是做好了如登山般的心理准備,不求速度,但求穩步向上。

◆用汽車制造技術“制造”氫能

而面對那些質疑制造氫也需要電,也並非完全環保的聲音,豐田表示將用MIRAI培育的氫能“應用”技術活用到“制作”技術上,形成自循環型的开發。

事實上,日本電裝曾在今年3月驗證了這一自循環型的可能性,其中電解水的制氫裝置,和將水電解制氫的裝置中,相同的電池使用零件率高達九成。而這正是應用了MIRAI的燃料電池技術。對於制氫,豐田已蓄勢待發。

此外,豐田還發現可以使用泰國雞糞產生的生物氣體制造氫能,並與三菱化工機共同研發的實證機器,未來也將引入泰國,推進現地的成制造和消費。

◆开發資源,共享氫能時代

放眼於整個世界,日本掌握着全球83%的氫技術專利,而豐田則佔其中的48%!其氫燃料車可以說是一騎絕塵。不過豐田也並沒想着一家獨大,而是選擇放开資源,與世界和國內的衆多車企都有氫能源方面的合作。

其中豐田與國內合作的品牌包括有一汽、東風、廣汽、北京汽車、海馬汽車以及比亞迪等多家車企。助力推進在中國的氫能利用,推廣普及氫能社會面臨諸多課題。

國際方面,寶馬曾在2021年慕尼黑車展期間推出一款iX5Hydrogen車型,新車基於寶馬X5(配置|詢價) M打造,採用了第五代eDrive電力驅動系統,其搭載的氫燃料電池技術便是與豐田合作研發而來。

受豐田影響,奔馳和現代也都在近些年开始加入到了氫能源的战局。其中奔馳主要應用於商用車領域,包括推出有GenH2液氫重卡,攜帶有兩個共80公斤的液氫儲罐,同時還提供有2個功率達150kW的燃料電池系統,行駛裏程可達到1000公裏以上。

同時,戴姆勒卡車正在與林德合作开發一種處理液氫的新工藝“深冷液氫”(sLH2技術),這種創新工藝具有存儲密度更高、加注更爲便捷等優勢。兩家公司計劃於2023年在德國的一個試驗站首次爲原型車進行加注。

而韓國現代汽車也早在1998年便开始研發氫燃料電池車,時至今日已推出有ix35 FCEV、NEXO以及氫燃料電池重卡XCIENT Fuel Cell等多款氫能量產車型。並承諾計劃在2028年率先成爲全球首個旗下所有商用車型均搭載氫燃料電池系統的汽車制造廠商。

而在2021年現代集團更是對外發布了“氫能愿景2040”規劃,提出了截至2040年在交通及各個領域通過引入全新技術普及氫能的計劃,並正式發布對氫能和氫能社會的未來愿景。

◆HEV、BEV、FCEV多賽道並行

豐田始終認爲,“環保技術只有普及才能真正爲環境做出貢獻”,因此面向碳中和目標的實現,豐田致力於包括氫燃料電池技術、純電動、混合動力等在內的全方位環保技術的應用和普及。

雖然氫能源車發展潛力很大,但目前仍處於初期階段,而現階段毫無疑問BEV電動車才是主流王道。豐田不可能放着眼前的大蛋糕不饞,而一心投入到氫能源的开發。

同時豐田還積極自研鋰電池的开發,通過電池高能量密度化與空氣動力等車輛效率的改進,搭載性能版電池的汽車,續航裏程將是以往車型的2倍,可達1000km,並且預計成本能降低20%,實現快充不到20分鐘的目標。

甚至還公布了全固態電池的新消息,號稱可以“改變BEV遊戲規則”。據悉,豐田已發現了實現全固態電池量產的新技術。未來,待成本問題解決後,將全面投入到量產工法的研發工作中。

寫在最後:

上面說了那么多電車和氫車,看似油車已經退出了歷史舞台。其實也不盡然,首先要知道,只要有石油就會有油車。尤其是對於中國這樣一個大國來說,如果只保留單一的電車體系是極度危險的。而保持一定比例的油車份額,才是國家交通安全战略的需要,也是能源配置安全的需要。

其次,電車真的比油車環保嗎?也不盡然。放眼全市場壽命周期內,在全生產制造和報廢回收的循環內,電車是否比油車更環保,這還是一個有待進一步論證的課題,現在並沒有一個明確的結論。

其實面對汽車行業多能源技術路线的“競爭”,我們不應該是抱着割裂的,非黑即白的觀念看待,而是共存互補、相互融合的。所以在未來5到20年內,世界車市將會是HEV、BEV以及FCEV多賽道並行的格局。

顯然,不管哪種動力成爲了最後的贏家,早已布局好三條賽道的豐田都不會是輸家!



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