Análisis de la futura tecnología de pila de combustible de hidrógeno combinado del Toyota Mirai
La importancia de la existencia de vehículos de energía de hidrógeno es la misma que la de los vehículos eléctricos: es la solución definitiva al problema de las emisiones. Bajo el tema global de promover la protección ambiental y con bajas emisiones de carbono, los vehículos propulsados por hidrógeno tienen las ventajas de un consumo cero de combustible, cero emisiones y bajo nivel de ruido que los vehículos eléctricos puros. Podemos pensar en la futura combinación de Mirai como un automóvil eléctrico, pero utiliza celdas de combustible en lugar de baterías de iones de litio voluminosas e ineficientes. Los vehículos de pila de combustible de hidrógeno utilizan la transferencia de carga durante la reacción química de hidrogenación para formar una corriente eléctrica que hace funcionar el motor que impulsa el vehículo.
En términos de componentes estructurales centrales, la combinación futura de Mirai es obviamente más compleja que la de los vehículos híbridos y los vehículos eléctricos puros. Todo el sistema de energía se centra en la pila de combustible, sin motores de gasolina tradicionales, transmisiones, tanques de combustible ni baterías de iones de litio de gran superficie. Dentro del compartimento del motor se encuentra el motor eléctrico y su unidad de control. En el eje trasero de la carrocería del vehículo se encuentran una batería de hidruro metálico de níquel y dos tanques de almacenamiento de hidrógeno a alta presión. No es necesario considerar la cuestión del repostaje o la carga en el futuro combinado del Mirai. El único "combustible" que se consume durante la conducción es el hidrógeno.
El hidrógeno es un gas a temperatura ambiente, tiene una densidad muy baja, no es fácil de licuar y es fácil de quemar. Por lo tanto, cómo almacenar hidrógeno de forma segura se ha convertido en la consideración principal para los vehículos propulsados por hidrógeno. El futuro combinado del Toyota Mirai está equipado con dos tanques de almacenamiento de hidrógeno a alta presión, uno grande y otro pequeño, en el eje trasero de la carrocería, y está diseñado en una cápsula ovalada de tres capas hecha de diferentes materiales.
El interior del tanque de almacenamiento de hidrógeno a alta presión está revestido con un revestimiento de sellado de plástico. El revestimiento de sellado de plástico está envuelto con una capa de compresión de plástico reforzado con fibra de carbono y hay una capa protectora que absorbe los golpes. de material de fibra de vidrio en el exterior de la capa de compresión. Las partículas de fibra en cada capa se optimizan adicionalmente según la posición del tanque, de modo que las fibras sigan la dirección de distribución de la presión y mejoren el efecto de la capa protectora. La capacidad de los dos depósitos de almacenamiento de hidrógeno es de 122,4 litros (60 litros en el depósito delantero y 62,4 litros en el trasero). Se almacena a 700 atmósferas y puede contener hasta unos 5 kilogramos de hidrógeno.
Pero para que la pila de combustible reaccione normalmente y genere electricidad, es necesario añadir oxígeno. Sólo introduciendo aire se puede conseguir el efecto. La rejilla de entrada de aire formará un canal. Después de que el aire ingrese a la pila de combustible, el hidrógeno se combinará con el oxígeno del aire para generar corriente eléctrica. El único "desperdicio" en todo el proceso es el agua pura.
Cuando se arranca el vehículo, la corriente generada por la pila de celda de combustible no solo se suministra al motor para impulsar el vehículo, sino que también se almacena parcialmente en la batería de níquel-hidruro metálico ubicada encima de la parte trasera. eje. Esta batería de 1,6 kilovatios-hora es exactamente la misma que la del Camry Hybrid, que desempeña la función de energía y almacenamiento de energía. Cuando la carga del vehículo es baja, la fuente de alimentación se puede utilizar sola para impulsar el vehículo hacia adelante. Si el vehículo tiene mayores necesidades de energía, el motor y la batería de hidruro metálico de níquel se pueden satisfacer mediante fuentes de energía duales. Cuando el vehículo desacelera y frena, la energía cinética recuperada por el motor "cargará" la batería de hidruro metálico de níquel.
Sin tener en cuenta los factores externos de un menor número de estaciones de servicio de hidrógeno, la velocidad de carga del combustible de hidrógeno es mucho más rápida que la de los vehículos eléctricos. Tomando como ejemplo la futura combinación Mirai, solo se necesitan 3 minutos para recargar combustible de hidrógeno y puede viajar unos 650 km. En comparación, el Tesla Model S tiene una autonomía de unos 500 km después de estar completamente cargado, pero el tiempo de carga es 5 meses más rápido. a la hora más rápida.
A través de esta explicación, creo que todos tienen una cierta comprensión del principio de funcionamiento de los modelos impulsados por hidrógeno de Toyota. Si sólo nos fijamos en la eficiencia energética y la protección del medio ambiente, la energía del hidrógeno debería dividirse equitativamente en el mundo, aunque no pueda sustituir a los vehículos eléctricos. Al parecer, este no es el caso. El mayor obstáculo que actualmente obstaculiza la popularización de los vehículos eléctricos de hidrógeno es el costo. En este punto, tengo que maravillarme con los métodos de reducción de costos de Toyota. En 2008, el coste de la pila de combustible del concept car FCV alcanzó los 654,38 millones de dólares, pero la futura combinación del Mirai, ahora producido y vendido en masa, se puede reducir a 50.000 dólares, una caída de hasta el 95%. De la amenaza a la realización, menos de un año.
No es de extrañar que los internautas la llamen “tecnología negra”.
De hecho, la energía del hidrógeno no es un concepto nuevo. Muchos fabricantes han realizado investigaciones y desarrollo relevantes en los primeros años, y algunos de ellos se están desarrollando en la dirección de motores de combustión interna de combustible. Pero al final, Toyota fue el primero en atreverse a producir en masa, y el resto todavía quedó estancado en el coste de todo el vehículo. Sin embargo, podemos ver que la actitud internacional hacia las pilas de combustible de hidrógeno es bastante positiva. El Reino Unido subsidiará la mitad de los costos de construcción y operación de las estaciones de servicio de hidrógeno; Alemania y Japón planean construir 1.000 estaciones de servicio de hidrógeno; California planea tener 10.000 vehículos propulsados por hidrógeno en 2015. Además, los principales fabricantes adoptan modelos de cooperación en alianza. Actualmente, las combinaciones más representativas incluyen Honda-GM, Toyota-BMW y Nissan-Ford-Daimler, todas las cuales apuntan a acelerar la popularización de las pilas de combustible de hidrógeno.
En esta lista también vemos algunas marcas nacionales. Por cierto, el país concede gran importancia a la tecnología de pilas de combustible de hidrógeno. En 2013, el Consejo de Estado emitió políticas relevantes, con la esperanza de que los fabricantes puedan realizar investigaciones y desarrollos conjuntos con las principales instituciones de investigación científica para formar una plataforma tecnológica de sistemas de energía para vehículos comerciales y vehículos comerciales de celda de combustible con derechos de propiedad intelectual independientes. El plan de respuesta de SAIC en aquel momento era industrializar los vehículos de pila de combustible en 2015 y ponerlos en el mercado en ciudades piloto como Beijing, Shanghai y otras universidades. La capacidad de producción prevista es de 1.000 vehículos y el coste del vehículo completo se reducirá a menos de 500.000.
Desafortunadamente, estos planes aparentemente ambiciosos no pueden rivalizar con la crueldad de la realidad. En esta etapa, todavía falta el nivel técnico central y la acumulación de experiencia relevante de las marcas locales, principalmente en términos de confiabilidad y vida útil del producto. Pero esta situación puede mejorar, porque Toyota ha abierto más de 5.000 patentes de pilas de combustible con el objetivo de globalizar la tecnología y acelerar así la construcción de estaciones de servicio de hidrógeno en varios países.
Sin embargo, Toyota no parece considerar a China como un mercado clave para los vehículos propulsados por hidrógeno. La razón puede ser que la capacidad de producción de vehículos propulsados por hidrógeno no es alta. Frente a un mercado donde la oferta supera la demanda, se dará prioridad a los países o regiones con un fuerte apoyo político y entusiasmo por la tecnología. Aunque el gobierno chino ha introducido políticas para promover el desarrollo de pilas de combustible, no hay muchas acciones de apoyo reales. Tanto las empresas como los consumidores sólo pueden afrontarlo con una actitud de "esperar y ver", lo que en última instancia es una pérdida de tiempo.
Finalmente, se recomienda que las compañías automotrices locales tomen en serio la oportunidad de la apertura de patentes de Toyota, porque esto no es como el bloqueo de patentes sobre energía híbrida en el pasado y conduce a mejorar aún más los niveles de productos mediante el aprendizaje. tecnologías maduras. Además, los subsidios estatales siempre han sido más favorables para las empresas de automóviles de marcas locales. Quien tenga productos de calidad confiable se ganará el corazón de la gente.