豐田燃料電池入華：“狼來了”是危機還是轉機？

一方面，全球知名純電動汽車制造商特斯拉的上海工廠取得了超出預期的進展，另一方面，全球知名燃料電池汽車制造商豐田將與北汽福田和易華通合作，在中國市場推出搭載豐田FC stack等組件的燃料電池客車。前者無疑開啟了中國新能源汽車市場前所未有的競爭格局和新一輪洗牌效應。造車新勢力在恐懼中開始陸續放棄“60km/h等速巡航”的宣傳口號，孤注一擲以求生存。后者給還未登峰造極的中國燃料電池產業打了一針“強心劑”。和特斯拉入華一樣，全球燃料電池技術的“帶頭大哥”豐田也頗為震撼。豐田宣布，為促進氫燃料電池汽車(FCV)在中國的普及，豐田汽車公司將開始向中國的商用車制造商提供氫燃料電池組件。作為首個合作項目，豐田已與北汽福田汽車有限公司、北京易華通科技有限公司達成協議，在福田生產銷售的FC客車上搭載帶有豐田FC stack等組件的易華通FC系統。同時，豐田與清華大學就成立“清華大學-豐田聯合研究院”達成協議，將開展為期5年的聯合研究。豐田表示，聯合研究所不僅將研究中國顧客喜歡的汽車，還將討論積極使用氫燃料。豐田燃料電池技術進入中國已久。去年有外媒報道，豐田將聯手吉利在中國推出首款氫燃料電池乘用車。當然，在中國使用氫燃料電池技術的首選是公交車等商用車。不難推測，豐田未來將“聯姻”吉利，共同推出燃料電池乘用車。屆時，中國有可能形成“北方豐田燃料電池商用車，南方豐田燃料電池乘用車”的格局。豐田來了。。。。。豐田在中國的一系列舉動，是去年李總理視察豐田北海道工廠后，中日兩國政府加強兩國科技合作的具體行動，也是豐田全球燃料電池技術布局的重要一環——燃料電池技術進入中國。豐田與國內某商用車企業和某燃料電池解決方案供應商合作的消息也在國內炸開了鍋。據國內某供應商介紹，三方聯合推廣的首款產品，是基于各方在電堆、燃料電池動力系統、整車集成等方面的技術優勢和產業積累。根據計劃，未來還將推出其他氫燃料電池汽車，為中國氫燃料電池汽車的不同應用場景提供更好的解決方案。相關人士還指出，此次合作將有助于提升國內氫能和燃料電池汽車的發展水平，推動行業跨越式發展。在中國推進車用燃料電池產業化的同時，豐田宣布將與JAXA合作開發搭載豐田氫燃料電池技術的載人月球車，并計劃于2029年發射到月球。致力于在地球上建立氫社會的豐田公司將目標瞄準了38.4萬公里外的月球，企圖奪得月球第一。38.4萬公里的距離對于宇宙來說是九根牛一毛，而燃料電池國寶熊貓進入東北，水土不服。月球上晝夜溫差極大，白天溫度高達150℃，夜晚低至-180℃。月球上的一晝夜相當于地球上的28天，一夜相當于地球上的14天。對于最佳工作溫度范圍為70~80℃的質子交換膜燃料電池，白天會中暑，晚上會凍傷。豐田的JAXA月球車長6米，寬5米，高3.8米。得益于燃料電池技術，在月球表面的續航里程達到了驚人的1萬公里，甚至還配備了自動駕駛功能。中國嫦娥三號月球車采用了綜合發電技術……同位素溫差發電機(RTG)和太陽能電池發電。放射性同位素熱電發生器利用同位素物質衰變時釋放的熱量進行熱電轉換。這種熱力發動機也可以看作是電池，安裝在衛星、太空探測器和無人遙控設備上作為能源。雖然筆者認為豐田的月球氫能計劃可能并不完美，但以月球為實驗室來驗證和完善豐田的燃料電池技術就足夠了。作者有時會補充月球上的氫社會:月球上的宇航員不僅需要呼吸氧氣，燃料電池也需要呼吸氧氣，但宇航員不會討厭燃料電池及其對氧氣的競爭，因為宇航員需要它來“送”水。豐田Mirai未來組合燃料電池汽車在美國的銷量我們來看看豐田Mirai未來組合燃料電池汽車在全球重要市場美國的銷量(數據權威)。自2015年以來，Mirai未來組合在美國的銷量分別為72輛、1034輛、1838輛和1700輛，2019年3月的最新銷量為176輛。一方面瘋狂占領全球燃料電池乘用車市場，另一方面將其龐大的燃料電池技術專利體系免費向公眾開放。2019年4月3日，豐田宣布開放其電氣化技術相關專利，涉及專利約23740項。此次公開的燃料電池領域專利約有8070項，與2015年初公開的燃料電池領域專利5680項相比，數量大幅增加。根據豐田的公開資料，在所有公布的燃料電池專利中，燃料電池系統控制占比最高(52%)，其次是燃料電池堆(39%)，幾乎所有專利都在全產業鏈進行了布局。1.豐田電動反應器進入中國，氫循環泵也進入了中國？豐田Mirai未來組合燃料電池汽車在世界上首次在燃料電池系統上取消了加濕器，實現了電堆的自加濕，大大減小了燃料電池系統的體積和重量。如下圖所示，Mirai未來組合燃料電池堆的自增濕性能主要通過以下四個方面實現:1 .變薄促進了電化學產物水的反向擴散；2.氫循環系統(氫循環泵)中從陽極入口到出口的水蒸氣含量增加；3.空氣和氫氣的逆流形式；4.增加陰極入口處的冷卻劑流量，抑制溫度上升，并增加陰極入口側的氣體相對濕度。在豐田Mirai未來組合電堆實現自增濕的示意圖中，可以發現陽極側的氫循環泵采用雙葉羅茨壓縮機結構。安裝氫循環泵的主要目的是提高燃料利用率，改善電堆的水管理，增強自增濕性能。一般來說，陽極側出口處不參與電化學反應的氫氣可以循環到陽極的入口側，提高燃料利用率；陽極側出口處過量的水蒸氣可以再循環到相對干燥的陽極入口。當燃料電池堆在室溫下運行時，電控單元需要實時監測堆的電池電壓、堆阻抗、含水量等參數，并根據目標點實時調整氫氣循環支路中的流量、壓力等參數。注意，根據豐田的公開資料，其對堆內含水量的控制技術是實現其優異低溫啟動性能的重要一環。在系統級精確控制電池堆中的水含量需要所有組件的協調，包括氫循環泵。因此，豐田燃料電池堆只有與氫循環泵匹配才能發揮最佳的自增濕性能。作為設計上的改進，Mirai未來組合氫循環泵電機設置在燃料電池堆的歧管旁邊，利用歧管的冷卻機制可以使氫循環泵小型化。另外，氫循環泵的氣密性要求很高，因為是在水和氣的條件下工作，所以需要解決防腐和可靠性的問題。目前，國內氫循環泵嚴重依賴進口。可以猜測，豐田燃料電池堆和氫循環泵一起進入中國是大概率事件。Mirai未來組合氫循環泵實物圖2。豐田電動電抗器入華，空壓機也入華？燃料電池用空氣壓縮機需要滿足無油、低噪聲、低成本、小型化、寬工作范圍和快速動態響應的特性。目前國內廣泛使用的離心式空氣壓縮機存在工作范圍窄、效率低等問題，不適應流量過小、壓力低等工況。此外，離心式空氣壓縮機對超高速電機、空氣軸承、超高速電機控制器設計、散熱和轉子動力學一體化技術的設計和制造提出了巨大挑戰。通常情況下，羅茨空氣壓縮機的壓比效應并不高。即便如此，豐田自動織布機還是研發出了六葉螺旋羅茨空氣壓縮機，最大壓縮比為3。此外，空氣壓縮機在低負載和高負載下的效率得到提高。與渦旋式空壓機相比，低負荷時效率提高14%，達到50%以上，高負荷時達到60%以上。羅茨空氣壓縮機比其他空氣壓縮機更耐用。目前，國內高比功率燃料電池用空氣壓縮機嚴重依賴進口。可以猜測，豐田燃料電池堆和氫循環泵一起進入中國是大概率事件。注意豐田空壓機和消音器是一體的。Mirai未來組合六葉螺旋羅茨空氣壓縮機外觀3。豐田電反應堆進入中國，系統控制也是這樣嗎？在豐田所有公布的燃料電池專利中，燃料電池系統控制占比最高(52%)，其次是燃料電池堆(39%)。作為豐田的零部件供應商，開發具有指定技術目標的單一零部件只是萬里長征的第一步。接下來，包括各種組件和相關技術的實現在內的集成和高效工作需要控制單元的精確調節。怠速工況、加減速工況、電堆穩壓技術或一致性技術、自增濕技術、吹掃技術、低溫啟動技術、含水量控制技術、流量和壓力解耦控制技術等。不僅涉及各部分的及時參與，還需要神經中樞的高效計算和有效決策。以低溫啟動技術為例，豐田低溫啟動技術的實現需要空壓機根據電堆當前的制熱量準確提供“少量”空氣，實時含水量測量技術維持高功率輸出，相關閥門有效配合實現陽極出口“消氫”。再比如豐田的含水量控制技術，專門利用反應氣體傳質阻力來等效電池中的含水量，不同于傳統的只測量電池高頻阻抗的方法……堆棧。所以，如果只把相關零部件進口到中國，不引進軟硬件，依然會是那個多項指標號稱世界第一的豐田燃料電池。可以猜測，系統控制軟件進入中國也是大概率事件。綜上所述，豐田進口到中國的產品和技術不僅僅是電堆，而是一種“半”型燃料電池系統，或者說是一種“小型”燃料電池系統，具有高比功率、自增濕、高耐久性和極低溫啟動能力。一方面，全球知名純電動汽車制造商特斯拉的上海工廠取得了超出預期的進展，另一方面，全球知名燃料電池汽車制造商豐田將與北汽福田和易華通合作，在中國市場推出搭載豐田FC stack等組件的燃料電池客車。前者無疑開啟了中國新能源汽車市場前所未有的競爭格局和新一輪洗牌效應。造車新勢力在恐懼中開始陸續放棄“60km/h等速巡航”的宣傳口號，孤注一擲以求生存。后者給還未登峰造極的中國燃料電池產業打了一針“強心劑”。和特斯拉入華一樣，全球燃料電池技術的“帶頭大哥”豐田也頗為震撼。豐田宣布，為促進氫燃料電池汽車(FCV)在中國的普及，豐田汽車公司將開始向中國的商用車制造商提供氫燃料電池組件。作為首個合作項目，豐田已與北汽福田汽車有限公司、北京易華通科技有限公司達成協議，在福田生產銷售的FC客車上搭載帶有豐田FC stack等組件的易華通FC系統。同時，豐田與清華大學就成立“清華大學-豐田聯合研究院”達成協議，將開展為期5年的聯合研究。豐田表示，聯合研究所不僅將研究中國顧客喜歡的汽車，還將討論積極使用氫燃料。豐田燃料電池技術進入中國已久。去年有外媒報道，豐田將聯手吉利在中國推出首款氫燃料電池乘用車。當然，在中國使用氫燃料電池技術的首選是公交車等商用車。不難推測，豐田未來將“聯姻”吉利，共同推出燃料電池乘用車。屆時，中國有可能形成“北方豐田燃料電池商用車，南方豐田燃料電池乘用車”的格局。豐田來了。。。。。豐田在中國的一系列舉動，是去年李總理視察豐田北海道工廠后，中日兩國政府加強兩國科技合作的具體行動，也是豐田全球燃料電池技術布局的重要一環——燃料電池技術進入中國。豐田與國內某商用車企業和某燃料電池解決方案供應商合作的消息也在國內炸開了鍋。據國內某供應商介紹，三方聯合推廣的首款產品，是基于各方在電堆、燃料電池動力系統、整車集成等方面的技術優勢和產業積累。根據計劃，未來還將推出其他氫燃料電池汽車，為中國氫燃料電池汽車的不同應用場景提供更好的解決方案。相關人士還指出，此次合作將有助于提升國內氫能和燃料電池汽車的發展水平，推動行業跨越式發展。在中國推進車用燃料電池產業化的同時，豐田宣布將與JAXA合作開發搭載豐田氫燃料電池技術的載人月球車，并計劃于2029年發射到月球。致力于在地球上建立氫社會的豐田公司將目標瞄準了38.4萬公里外的月球，企圖奪得月球第一。38.4萬公里的距離對于宇宙來說是九根牛一毛，而燃料電池國寶熊貓進入東北，水土不服。月球上晝夜溫差極大，白天溫度高達150℃，夜晚低至-180℃。月球上的一晝夜相當于地球上的28天……一個晚上相當于地球上的14天。對于最佳工作溫度范圍為70~80℃的質子交換膜燃料電池，白天會中暑，晚上會凍傷。豐田的JAXA月球車長6米，寬5米，高3.8米。得益于燃料電池技術，在月球表面的續航里程達到了驚人的1萬公里，甚至還配備了自動駕駛功能。中國的嫦娥三號月球車采用了同位素溫差發電機(RTG)和太陽能電池發電相結合的綜合發電技術。放射性同位素熱電發生器利用同位素物質衰變時釋放的熱量進行熱電轉換。這種熱力發動機也可以看作是電池，安裝在衛星、太空探測器和無人遙控設備上作為能源。雖然筆者認為豐田的月球氫能計劃可能并不完美，但以月球為實驗室來驗證和完善豐田的燃料電池技術就足夠了。作者有時會補充月球上的氫社會:月球上的宇航員不僅需要呼吸氧氣，燃料電池也需要呼吸氧氣，但宇航員不會討厭燃料電池及其對氧氣的競爭，因為宇航員需要它來“送”水。豐田Mirai未來組合燃料電池汽車在美國的銷量我們來看看豐田Mirai未來組合燃料電池汽車在全球重要市場美國的銷量(數據權威)。自2015年以來，Mirai未來組合在美國的銷量分別為72輛、1034輛、1838輛和1700輛，2019年3月的最新銷量為176輛。一方面瘋狂占領全球燃料電池乘用車市場，一方面將其龐大的燃料電池技術專利體系免費向公眾開放。2019年4月3日，豐田宣布開放其電氣化技術相關專利，涉及專利約23740項。此次公開的燃料電池領域專利約有8070項，與2015年初公開的燃料電池領域專利5680項相比，數量大幅增加。根據豐田的公開資料，在所有公布的燃料電池專利中，燃料電池系統控制占比最高(52%)，其次是燃料電池堆(39%)，幾乎所有專利都在全產業鏈進行了布局。1.豐田電動反應器進入中國，氫循環泵也進入了中國？豐田Mirai未來組合燃料電池汽車在世界上首次在燃料電池系統上取消了加濕器，實現了電堆的自加濕，大大減小了燃料電池系統的體積和重量。如下圖所示，Mirai未來組合燃料電池堆的自增濕性能主要通過以下四個方面實現:1 .變薄促進了電化學產物水的反向擴散；2.氫循環系統(氫循環泵)中從陽極入口到出口的水蒸氣含量增加；3.空氣和氫氣的逆流形式；4.增加陰極入口處的冷卻劑流量，抑制溫度上升，并增加陰極入口側的氣體相對濕度。在豐田Mirai未來組合電堆實現自增濕的示意圖中，可以發現陽極側的氫循環泵采用雙葉羅茨壓縮機結構。安裝氫循環泵的主要目的是提高燃料利用率，改善電堆的水管理，增強自增濕性能。一般來說，陽極側出口處不參與電化學反應的氫氣可以循環到陽極的入口側，提高燃料利用率；陽極側出口處過量的水蒸氣可以再循環到相對干燥的陽極入口。當燃料電池堆在室溫下運行時，電控單元需要實時監測堆的電池電壓、堆阻抗、含水量等參數，并根據目標點實時調整氫氣循環支路中的流量、壓力等參數。注意，根據豐田的公開資料，其對堆內含水量的控制技術是實現其優異低溫啟動性能的重要一環。在系統級精確控制電池堆中的水含量需要所有組件的協調，包括氫循環泵。因此，豐田燃料電池堆只有與氫循環泵匹配才能發揮最佳的自增濕性能。作為設計上的改進，Mirai未來組合氫循環泵電機設置在燃料電池堆的歧管旁邊，利用歧管的冷卻機制可以使氫循環泵小型化。另外，氫循環泵的氣密性要求很高，因為是在水和氣的條件下工作，所以需要解決防腐和可靠性的問題。目前，國內氫循環泵嚴重依賴進口。可以猜測，豐田燃料電池堆和氫循環泵一起進入中國是大概率事件。Mirai未來組合氫循環泵實物圖2。豐田電動電抗器入華，空壓機也入華？燃料電池用空氣壓縮機需要滿足無油、低噪聲、低成本、小型化、寬工作范圍和快速動態響應的特性。目前國內廣泛使用的離心式空氣壓縮機存在工作范圍窄、效率低等問題，不適應流量過小、壓力低等工況。此外，離心式空氣壓縮機對超高速電機、空氣軸承、超高速電機控制器設計、散熱和轉子動力學一體化技術的設計和制造提出了巨大挑戰。通常情況下，羅茨空氣壓縮機的壓比效應并不高。即便如此，豐田自動織布機還是研發出了六葉螺旋羅茨空氣壓縮機，最大壓縮比為3。此外，空氣壓縮機在低負載和高負載下的效率得到提高。與渦旋式空壓機相比，低負荷時效率提高14%，達到50%以上，高負荷時達到60%以上。羅茨空氣壓縮機比其他空氣壓縮機更耐用。目前，國內高比功率燃料電池用空氣壓縮機嚴重依賴進口。可以猜測，豐田燃料電池堆和氫循環泵一起進入中國是大概率事件。注意豐田空壓機和消音器是一體的。Mirai未來組合六葉螺旋羅茨空氣壓縮機外觀3。豐田電反應堆進入中國，系統控制也是這樣嗎？在豐田所有公布的燃料電池專利中，燃料電池系統控制占比最高(52%)，其次是燃料電池堆(39%)。作為豐田的零部件供應商，開發具有指定技術目標的單一零部件只是萬里長征的第一步。接下來，包括各種組件和相關技術的實現在內的集成和高效工作需要控制單元的精確調節。怠速工況、加減速工況、電堆穩壓技術或一致性技術、自增濕技術、吹掃技術、低溫啟動技術、含水量控制技術、流量和壓力解耦控制技術等。不僅涉及各部分的及時參與，還需要神經中樞的高效計算和有效決策。以低溫啟動技術為例，豐田低溫啟動技術的實現需要空壓機根據電堆當前的制熱量準確提供“少量”空氣，實時含水量測量技術維持高功率輸出，相關閥門有效配合實現陽極出口“消氫”。再比如豐田的含水量控制技術，專門利用反應氣體傳質阻力來等效電池中的含水量，不同于傳統的只測量電池高頻阻抗的方法……堆棧。所以，如果只把相關零部件進口到中國，不引進軟硬件，依然會是那個多項指標號稱世界第一的豐田燃料電池。可以猜測，系統控制軟件進入中國也是大概率事件。綜上所述，豐田進口到中國的產品和技術不僅僅是電堆，而是一種“半”型燃料電池系統，或者說是一種“小型”燃料電池系統，具有高比功率、自增濕、高耐久性和極低溫啟動能力。

標簽：豐田福田特斯拉北京發現

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