Mirai之前,丰田有哪些燃料电池汽车?——丰田氢燃料电池汽车发展历程回顾
在《回顾本田燃料电池汽车发展历史》一文中回顾了本田历代燃料电池汽车,本次氢云链与大家一起回顾燃料电池汽车领军企业丰田的历代燃料电池汽车,从中学习氢燃料电池汽车的发展脉络。即使是丰田,也经历了数十年的时间、数次更改设计思路,才推出了mirai,希望国内企业在紧迫的市场环境下,仍然能够保持“研发为王”的思想。
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我们都很熟悉丰田的燃料电池汽车Mirai,图1也常见于各类燃料电池汽车的介绍文章中。但这仅仅是丰田燃料电池电堆的发展里程碑,丰田燃料电池汽车的发展经历又是怎么样的呢?
图2列出了丰田燃料电池汽车的发展经历中列出了7个重要的时间节点,该图发表在“Toyota's Approach to Fuel Cell Vehicles”一文中,但仅仅展示了3辆燃料电池汽车。
实际上,丰田的燃料电池试验车的数量远不止此。下面,氢云链按照时间推进的顺序,与大家一起回顾丰田历年开发的燃料电池汽车。
1992年:起点
丰田从开始对燃料电池汽车的开发,
1996年FCHV-1:丰田第一款燃料电池汽车面世
丰田推出了第一款燃料电池概念车FCHV-1参加了大阪的游行,这是一款改装自RAV4,采用了10KW的PEMFC和金属储氢装置的FCEV,又称EVS13。该车的续航里程达到了250KM。
其技术参数如下图。
1997年FCHV-2:甲醇重整燃料电池技术路线
1997年,丰田紧接着推出了第二款燃料电池车型,FCHV-2。该车同样改装自RAV4,搭载了25KW的PEMFC,并且使用了甲醇重整燃料电池,使其续航里程达到了500KM。
2001年FCHV-3:更换汽车平台,开始提高零部件的通用性,燃料电池功率高达90KW
2001年3月,丰田推出了第三款燃料电池车型,FCHV-3。这次丰田不再玩RAV4了,改为用汉兰达改装。该车采用了功率高达90KW的PEMFC,依然采用了金属储氢装置。另外,在FCHV-3上丰田使用了镍氢电池作为辅助电池系统,这一设计是参考了普锐斯的动力系统。
2001年FCHV-4:开始使用高压储氢方式
2001年6月,也就是推出FCHV-3的三个月后,丰田就推出了其改进版FCHV-4。该车最大的特点是使用了高压储氢罐的方式储氢,共采用4个25MPa的高压气罐,每个气罐体积达到了34L,此举让FCHV的储氢系统重量减少了250KG,达到了100KG的级别。由于当时压低较低,FCHV的续航里程反而减少到了250KM。丰田对于高压储氢系统做了持续性的升级,2002年达到了35MPa,2004年达到了50MPa,续航分别达到了350KM与500KM。丰田打算在2003年将FCHV-4商业化,FCHV-4S也曾在日本进行过3000英里的测试
2001年FCHV-5:提高零部件通用性,使用CHF重整装置提高燃料通用性
2001年10月,在第35届东京车展上,丰田展出了第5辆燃料电池汽车,FCHV-5。该车使用了CHF(车载清洁碳氢燃料,clean hydrocarbon fuel)重整制氢,重整器体积达到了120L,燃料罐则为35L。FCHV-5与其他车辆使用了大量的共用部件以降低成本,如使用了普锐斯的辅助电池系统。根据丰田的说法,“CHF可以用原油,天然气或煤炭生产,硫含量低。CHF还用作汽油发动机车辆的燃料,并且可以由当前的汽油泵供应。因此,在没有氢供应基础设施的情况下,FCHV-5将非常有用。”
2001年FCHV-BUS1:丰田燃料电池大巴
同样是2001年,丰田在第四届环境论坛上公布了燃料电池大巴车FCHV-BUS1,燃料采用高压氢气,动力系统使用了“燃料电池+电池”的方案,燃料电池功率达到了90KW。
2002年对FCHV-BUS1进行了多项改进,开发出FCHV-BUS2,主要是将燃料电池系统由1个增加到2个,使总功率达到了180KW。
2001年可谓丰田的燃料电池大年,一口气推出了多款燃料电池汽车,且在当时已经摸索到了现在的技术路线。
2002年:获得日本政府认证
2002年,丰田推出了在FCHV-4上改进FCHV,得到了日本政府的认证,并开始在日本和美国进行小范围的销售。并且在2005年,丰田的FCHV得到了日本政府的型式认证(type certification)。
2003年Fine-S:四轮独立驱动的概念汽车
2003年,丰田在1月的底特律车展和3月日内瓦车展上展出了Fine-S燃料电池概念车,其特点是使用了4个轮边驱动电机——一个轮子用一个电机。
2003年Fine-N:线控汽车模型
2003年10月的东京车展和2004年1月的底特律车展上,丰田展出了Fine-S的改进车型:Fine-N。Fine-N同样采用了4电机的布置,另外还采用了线控转向、制动和油门控制。
2005年FINE-T:纯概念汽车
2005年10月东京车展和2006年3月日内瓦车展上,丰田展示了FINE-T概念车(在东京车展上尚被称为fine-X)。值得注意的是,丰田没有计划完全生产和销售Fine-T。它完全被设计为概念车,用于说明车辆技术在未来几年将如何发展,使车辆具有基于性能的转向和机动性,低重心,燃油经济性和时尚的设计。
2008年FCHV-adv:突破性进展,70MPa储氢罐登场
2008年,丰田推出了FCHV-adv,也就是这款车搭载了图1中的丰田第二代燃料电池。该车依然基于汉兰达的平台改装而来,使用了4个70MPa的储氢罐,行驶里程达到了760公里。
FCHV-adv意为“先进”之意,我们看一下与老款的FCHV有什么区别。
可以看出,其寿命、续航里程大大地增加了,同时我们也看到了熟悉的70MPa的字样。这一代FCHV可以说是已经与10年后的技术路线十分接近。
2011年FCV-R:Mirai的前身
2011年11月的东京车展上,丰田推出了一款“FCV-R”的概念车。据报道,丰田FCV-R的燃料电池组比其他氢燃料汽车更小,更高效,其H2输入来自10,000 psi的圆柱形燃料箱。当时丰田希望其能够在2015年销售。此时的FCV-R在外形上已经与mirai非常的接近了。该车采用了100KW的燃料电池电堆,并携带了一个70MPa的储氢罐,续航里程达到了700公里。
2013年FCV概念车:Mirai已呼之欲出
2013年,丰田在东京车展上展出了“FCV概念车”,这是FCV-R的下一代产品。此时的FCV,已经很像mirai了。丰田甚至已经谈到在2015年左右推出一个非常相似的量产车型,并希望尽可能做到接近5万美元的售价。该车电堆功率为100KW级别,功率密度达到了3.0KW/L,是FCV-ADV的两倍,并携带了两个70MPa的储氢罐。
2015年:Mirai终面世
2015年,大家熟悉的mirai上线了。10月21日,mirai开始在加州销售和交付。
由于mirai的资料铺天盖地,在此不做赘述。
一路看下来,我们很容易可以找到几个关键的车型节点:
代表开始的FCHV-1(1996)
改用高压储氢罐模式的FCHV-3(1997)
大幅提高零部件通用性以降低成本的FCHV-4与FCHV-5(2001)
获得日本认证的FCHV(2002)
搭载第二代电堆和70MPa储氢罐的FCHV-adv(2008)
举世闻名的Mirai(2015)
我们可以用下面这张图概括:
强如丰田,也经历了数十年的时间、数次更改设计思路,经历了金属储氢-重整器-高压储氢的开发思路变换,并通过漫长的时间发展燃料电池电堆技术和降低成本,才推出了mirai。希望国内企业在紧迫的市场环境下,仍然能够保持“研发为王”的思想。
编辑:陈丹 校对:杨东川 审核:杨东川
来源:丰田,氢云链整理