日本丰田第二代Mirai燃料电池结构解析

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在首发第一代Mirai燃料电池汽车6年后，丰田汽车公司将于2020年12月全球发布并开售旗下第二代真正意义量产化Mirai。第二代Mirai基于丰田新全球架构(TNGA)下的GA-L后驱平台打造。在对燃料电池堆等组件及系统全新设计和优化后，第二代全新Mirai将迎来真正商业化。

丰田第二代Mirai燃料电池氢极板示意

据『燃料电池干货』获悉，丰田第二代Mirai燃料电池堆由330节燃料电池发电单体串联组成，峰值功率128 kW，体积功率功率高达4.4kW/L。此前，在2020第三届中国国际进口博览会，丰田汽车公司展台资料显示第二代Mirai燃料电池堆的体积功率密度在不包含端板条件下高达5.4 kW/L。

丰田燃料电池堆功率密度

丰田燃料电池堆小型化

丰田第一代Mirai燃料电池示意(氢侧)

从丰田汽车公司在日本国内的宣传片可见，丰田第二代Mirai燃料电池结构已发生重大变化。氢极板表现为波纹形流道形式，取代了第一代氢极板的蛇形进出走位。根据电堆总成实物图可以看到，氢氧分别按水平对置方向进出极板，即氢气左上进、右下出，空气右上进、左下出，冷却水右中进、左中出。巡检接口位置和样式也发生重大变化。

丰田第二代Mirai燃料电池发电堆叠体示意(氢侧)

丰田第二代Mirai燃料电池堆总成实物

此外，第二代Mirai燃料电池阴极板为直流道形式，并且阴极板也由第一代Mirai的3D流场简化为2D流场。基于水热平衡考量，冷却剂进口与空气进口同侧。通过简约2D极板设计、优化水气平面分布、电极材料革新等措施，二代Mirai电池面积比功率提升15%。与第一代相比，第二代Mirai燃料电池催化剂的Pt量(g/kW)降低了58%。

丰田第二代燃料电池进气示意

丰田第二代燃料电池极板水气流路示意

丰田燃料电池催化剂Pt量对比

第二代Mirai燃料电池系统采用与上一代相同的以氢气循环泵为主的阳极主动氢循环模式，实现“自增湿”。但与第一代Mirai将氢气循环泵与进气端板直接贴合安装不同，第二代Mirai则将氢循环泵与电堆脱离，与空气压缩机一同布置在电堆下方。此外，与第一代Mirai电堆横向布置底盘的方式不同，第二代Mirai燃料电池堆纵向布置在引擎盖下，进气端朝向车辆后方，如下图所示。