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丰田的百年纺织机历史给FCV带来了什么?

来源:安博体育手机版    发布时间:2024-07-08 10:44:59

  稍微在百度或者谷歌上搜一搜就会知道,丰田明年即将上市的这款FCV的诞生孕育过程有多少艰辛。氢燃料电池本身的技术难点不说,单单那高昂的成本呢,就让人咋舌。丰田研发FCV的前后20年间,总花费达到了580亿人民币,是靠日本举国上下的支持才能撑了过来。

  丰田在为量产版FCV设计新的氢气储存罐的时候,也正是其经济困难期间。虽然外界处于不看好状态,但是事实却是,丰田拿出了一张令人惊讶不已的王牌。

  当丰田成为丰田汽车之前,还是被叫做丰田工业株式会社,基本的产品是纺织织机。100多年前的丰田工业株式会社,名声在外的是丰田佐吉的专利发明汽力织机。当丰田决定增加氢气储存罐的压力,上升到10000psi(70MPa)的时候,就是把此前100多年历史的经验拿了出来,设计出了这款献给未来的汽车。

  Justin Ward,丰田技术中心动力控制系统主管,同样主管着氢燃料电池车项目。“在纺织机上,我们有很多经验,”Justin Ward告诉我们说,“而这些经验,在我们设计氢气储存罐的时候,都派上了用场。”在氢气储存罐上,主要结构之一是绕线型碳纤维。这类碳纤维是通过缠绕成型,成型方式与纺织机的纺织过程十分相似。

  作为掌握着高压氢气储存罐技术的企业之一,丰田在第一次设计并制造氢气储存罐的时候,所花费的时间仅为行业标准的六分之一,相较之下,不仅花费的时间和成本更短,储存罐的性能也要更为优异。

  在最初的概念车上,氢气存储罐的压力是35MPa,其所能储存的氢气量只能够让FCEV的续航能力在290-320公里之间,这还是在有四个氢气储存罐的情况下(最初的FCEV概念车的整车成本12.9万美元)。但是在经过市场调研之后,丰田发现,这一个数字低于人们的预期。为此,丰田决定将储存罐压力提升到70MPa,以提升车辆的续航能力,增加竞争力。

  最终,丰田达到了目标,在量产版FCV上,仅有2个70MPa的氢气储存罐,但是续航能力提升到了480公里,超出了一般汽油车的续航里程,也达到了人们期望的目标。同时,减少了氢气储存罐,不仅降低了储存罐本身的制造成本,也还减少了储存罐所需要的相关附件(阀门和传输软管之类)的数量,好处多多:简化结构、降低重量、减少成本。

  当然,虽然说储存罐的压力增高能带来很多好处,但是如果压力过高也没有一点意义,70MPa是一个各方面来看都较为贴切的数字。因为如果压力过大的话,会不利于氢气的溢出,反而会降低转换效率。

  氢气的初识压力,与外界压力相当,基本是1个标准大气压,也就是0.1MPa。将它储存到高压罐中,需要用压缩器对其进行压缩。“这之间压力提升到了700倍,需要消耗大量的能量,而从35MPa提升到70MPa,所需要的压缩能量并不仅仅翻了一倍,而是三倍。”在如此高的压力下,对零部件材质和制造工艺的要求增加。另外,由于是高压储存容器,并且在车辆中很可能会遭受到撞击,有发生破损乃至泄露的隐患,因而现在的法规要求每过一段时间,必须对增压部件进行外观检查,以免存在安全隐患。

  丰田设计的氢气储存罐外头有一层很重要的防磨层,尤其是对那些天天都会开车出门的车主来说,这层防磨层特别的重要。“法规要求的外观检查周期,根据你所在的国家,可能是二年或者五年。”Ward说到。外观检查时,检查者会仔细检查储存罐有没有经受过撞击,假如发现有可能是撞击之后留下来的痕迹,储存罐要重新进行认证以保证其符合安全和储存要求,或者更换新件。丰田的氢气存储罐防磨层本身十分耐磨,Ward表示在大多数情况下要直接撞到石头上才有机会出现损伤。而在这个防磨层上,磨损和压痕都很容易看到,能够很清楚地表明储存罐有没有经历过碰撞。