首頁燃料電池燃料電池文章詳情

豐田FCV技術（三）開發出高效率的空氣壓縮機

2026-04-12 02:54:274337

開發出高效率的空氣壓縮機

　　空氣壓縮機是FCV運轉所必需的部件（圖8）。負責從大氣中吸入空氣，在壓縮後輸送到FC堆棧。空氣壓縮機一旦停止工作，FC堆棧就不能使空氣中的氧氣與燃料罐供應的氫氣發生化學反應進行發電，汽車將無法行駛。　　無標題.jpg

　　圖8：空氣壓縮機　　采用六葉螺旋羅茨方式。葉片為轉子的凸部，螺旋代表軸向扭轉、羅茨代表咬合。2個轉子的6個葉片咬合。　　MIRAI采用了豐田自動織機開發的高效率空氣壓縮機。在壓縮機中，驅動風機的馬達額定輸出功率約為10kW。考慮到MIRAI的驅動馬達的最大輸出功率為113kW，這個輸出功率並不算小，需要大電流才能實現。通過提高壓縮機的效率，壓縮機的耗電量減少，延長了MIRAI的續航距離。　　fengjicaiyongxinkaifadeliuyeluoxuanluocifangshi，xirudekongqiliangcongxiaorongliangdaodarongliang，dounengshixiangaoxiaoyasuo。fengjiyoulianggezhuanzigoucheng，zhuanzideaotubiciyaohejinxingxuanzhuan。suizheyaohekongjiansuoxiao，kongqijiangbeiyasuobingqiepenchu。　　廣guang泛fan應ying用yong於yu家jia電dian和he空kong調tiao壓ya縮suo機ji等deng的de渦wo旋xuan式shi風feng機ji，存cun在zai高gao負fu載zai時shi效xiao率lv良liang好hao，低di負fu載zai時shi效xiao率lv降jiang低di的de課ke題ti。相xiang比bi渦wo旋xuan式shi，這zhe種zhong風feng機ji在zai低di負fu載zai時shi的de效xiao率lv提ti高gao了le14個百分點，達50％以上，高負載時的效率達60％以上。　　吸入的空氣量在低負載時約為0.1Nm3（100L）/分，在高負載時約為5Nm3（5000L）/分。最大壓縮比約為3倍。　　FC堆棧需要氧氣，但空氣中約8成是氮氣（N2），氧氣（O2）隻占約2成。FC壓縮機為防止氧氣缺乏，需要源源不斷地吸入大量的空氣進行壓縮。　　空氣壓縮機的外殼通過采用鋁合金材料減輕了重量。逆變器沒有單獨準備，而是借用驅動馬達的逆變器。空氣吸入口（進氣口）約為250×50mm左右，配置在發動機艙內。　　 改進氫氣循環風機的散熱 　　氫氣循環風機的作用，是循環利用沒有反應的氫氣和空氣極生成的水（圖9）。　　無標題.jpg

　　圖9：氫氣循環風機　　回收利用沒有反應的氫氣和空氣極生成的水。無需加濕器，降低了成本。　　作為設計上的改進，風機馬達配置在了FCduizhanqiguandepangbian，keyiliyongduizhanqiguandelengquejigou，shiqingqixunhuanfengjishixianlexiaoxinghua。qingqixunhuanfengjimadabufendewaikeweilvhejinzhizao，fengjibufen、通道等其他外殼為SAS（不鏽鋼）製造。氫氣循環風機采用已經運用於一般風機的方式（雙葉羅茨），降低了成本。　　FC堆棧歧管整合了連接FC堆棧及其周邊設備的配管。內部設置了向堆棧輸送空氣、氫氣和冷卻水等的配管（圖10）。為防止堆棧內的各個單元分開，FC堆棧歧管還要與另一側的平坦鋁合金麵板一同向多個單元加壓。　　無標題.jpg

　　圖10：FC堆棧歧管　　整合了氫氣、冷卻水和空氣等連接FC堆棧及其周邊設備的配管。圖的背麵排列著單元，正麵連接氫氣循環風機等。通過向鋁麵板的溝槽中注入樹脂的方式成型。　　這一次，FC堆dui棧zhan歧qi管guan采cai用yong了le向xiang鋁lv合he金jin麵mian板ban內nei注zhu入ru聚ju酰xian胺an樹shu脂zhi的de嵌qian件jian成cheng型xing方fang式shi製zhi造zao。過guo去qu，鋁lv麵mian板ban與yu樹shu脂zhi是shi分fen別bie成cheng型xing，部bu件jian數shu量liang較jiao多duo。進jin行xing開kai發fa的de豐feng田tian紡fang織zhi表biao示shi，"通過采用一體成型，在減少部件數量的同時，還減薄了麵板"。　　氫燃料罐通過改進樹脂材料、CFRP（碳纖維強化樹脂）的材料和製造方法，減少了材料的使用量（圖11）。燃料罐的厚度從上一代的40mm縮小到25mm，減薄了約4成。　無標題.jpg

　　　圖11：高壓氫燃料罐　　3層結構，通過減少樹脂和碳纖維實現了低成本化、輕量化。　　燃料罐由作為基材的襯底層、CFRP層、GFRP（玻璃纖維強化樹脂）層3層組成。襯底使用聚酰胺樹脂，起到封閉氫氣的作用。　　CFRP層負責確保可以耐受70MPa以上高壓氫的強度。在燃料罐的周圍，纏繞著由2.4萬根隻有頭發絲1/10粗細、直徑為7μm的碳纖維擰成的繩子。GFRP層則擔負著衝撞安全等作用，在受到來自外部的撞擊時防止燃料罐破損。　　MIRAI的氫燃料罐可以儲存大約5kg氫氣，因為需要利用壓差輸出氫氣，所以無法全部用光，現在可以用於行駛的氫氣大約為4.3kg。但是，通過修改規定，2016年度之後投入運營的加氫站，應該可以使氫燃料罐的壓力高於現在的70MPa。因為能夠充入更多的氫氣，所以MIRAI的續航距離預計將從現在的約650km延長到約700km。