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作者：ICC鑫欏資訊 中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)
原標(biāo)題：豐田氫燃料汽車(chē)發(fā)展歷史以及專(zhuān)利綜述！趕緊收藏
我們都很熟悉豐田的燃料電池汽車(chē)Mirai，對(duì)于這款火爆車(chē)型大家爭(zhēng)相談?wù)?，但是?duì)于豐田之前電池汽車(chē)的發(fā)展經(jīng)歷又是怎么樣的呢？下面小編帶大家一起回顧下豐田氫燃料電池的發(fā)展歷程。豐田燃料電池汽車(chē)的發(fā)展經(jīng)歷中列出了7個(gè)重要的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。
發(fā)展歷程
● 1996年，豐田推出了第一款燃料電池概念車(chē)FCHV-1參加了大阪的游行，這是一款改裝自RAV4，采用了10KW的PEMFC和金屬儲(chǔ)氫裝置的FCEV，又稱(chēng)EVS13。該車(chē)的續(xù)航里程達(dá)到了250KM。
● 1997年，豐田緊接著推出了第二款燃料電池車(chē)型，F(xiàn)CHV-2。該車(chē)同樣改裝自RAV4，搭載了25KW的PEMFC，并且使用了甲醇重整燃料電池，使其續(xù)航里程達(dá)到了500KM。
● 2001年3月，豐田推出了第三款燃料電池車(chē)型，F(xiàn)CHV-3。這次豐田不再玩RAV4了，改為用漢蘭達(dá)改裝。該車(chē)采用了功率高達(dá)90KW的PEMFC，依然采用了金屬儲(chǔ)氫裝置。另外，在FCHV-3上豐田使用了鎳氫電池作為輔助電池系統(tǒng)，這一設(shè)計(jì)是參考了普銳斯的動(dòng)力系統(tǒng)。
● 2001年6月，也就是推出FCHV-3的三個(gè)月后，豐田就推出了其改進(jìn)版FCHV-4。該車(chē)最大的特點(diǎn)是使用了高壓儲(chǔ)氫罐的方式儲(chǔ)氫，共采用4個(gè)25MPa的高壓氣罐，每個(gè)氣罐體積達(dá)到了34L，此舉讓FCHV的儲(chǔ)氫系統(tǒng)重量減少了250KG，達(dá)到了100KG的級(jí)別。由于當(dāng)時(shí)壓低較低，F(xiàn)CHV的續(xù)航里程反而減少到了250KM。
● 2002年，豐田推出了在FCHV-4上改進(jìn)FCHV，得到了日本政府的認(rèn)證，并開(kāi)始在日本和美國(guó)進(jìn)行小范圍的銷(xiāo)售。并且在2005年，豐田的FCHV得到了日本政府的型式認(rèn)證（type certification）。
● 2008年，豐田推出了FCHV-adv，也就是這款車(chē)搭載了圖1中的豐田第二代燃料電池。該車(chē)依然基于漢蘭達(dá)的平臺(tái)改裝而來(lái)，使用了4個(gè)70MPa的儲(chǔ)氫罐，行駛里程達(dá)到了760公里。
● 2015年，大家熟悉的mirai上線(xiàn)了。10月21日，mirai開(kāi)始在加州銷(xiāo)售和交付。
氫能源燃料電池汽車(chē)是電動(dòng)汽車(chē)的一種，其核心部件燃料電池。通過(guò)氫氣和氧氣的化學(xué)作用，而不是經(jīng)過(guò)燃燒，直接變成電能動(dòng)力。燃料電池汽車(chē)的氫燃料能通過(guò)幾種途徑得到。有些車(chē)輛直接攜帶著純氫燃料，另外一些車(chē)輛有可能裝有燃料重整器，能將烴類(lèi)燃料轉(zhuǎn)化為富氫氣體。單個(gè)的燃料電池必須結(jié)合成燃料電池組，以便獲得必需的動(dòng)力，滿(mǎn)足車(chē)輛使用的要求。
燃料電池車(chē)是新能源車(chē)，具有使用可再生能源、零排放和加燃料時(shí)間與燃油車(chē)接近的特點(diǎn)，越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外相關(guān)企業(yè)與研究人員的重視。針對(duì)豐田汽車(chē)公開(kāi)的與燃料電池車(chē)相關(guān)的5 000 多項(xiàng)專(zhuān)利，進(jìn)行了大量的檢索和分析，分類(lèi)介紹其相關(guān)專(zhuān)利，包括燃料電池車(chē)、氫氣生產(chǎn)與供應(yīng)技術(shù)、燃料系統(tǒng)軟件控制技術(shù)、燃料電池堆技術(shù)與高壓儲(chǔ)氫罐技術(shù)等。
燃料電池汽車(chē)以其高效、無(wú)噪音、零污染優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)了未來(lái)汽車(chē)能源和環(huán)保的趨勢(shì)，引領(lǐng)汽車(chē)工業(yè)革命的新潮流。豐田公司于2015年1月5日在美國(guó)拉斯韋加斯國(guó)際消費(fèi)電子展的媒體預(yù)展上宣布，該公司約5 680項(xiàng)氫燃料電池專(zhuān)利技術(shù)將免費(fèi)開(kāi)放給同行使用，旨在推動(dòng)并主導(dǎo)氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其中，與燃料電池汽車(chē)相關(guān)專(zhuān)利將免費(fèi)開(kāi)放至2020年。日本豐田公司免費(fèi)開(kāi)放氫燃料電池專(zhuān)利技術(shù)的舉措，無(wú)疑又一次在全球的汽車(chē)行業(yè)掀起了新一輪的氫燃料汽車(chē)發(fā)展熱潮。
2.1燃料電池堆技術(shù)專(zhuān)利
燃料電池堆是燃料電池發(fā)電的核心部分，主要包括電池結(jié)構(gòu)、電極板、膜電極、質(zhì)子交換膜以及電極催化劑材料等。在該部分的專(zhuān)利檢索中共檢索到1369 項(xiàng)專(zhuān)利，其中豐田公司在中國(guó)申請(qǐng)的有276 項(xiàng)。豐田公司在中國(guó)申請(qǐng)的專(zhuān)利主要集中在膜電極與催化劑的結(jié)合，以及燃料電池的整車(chē)搭載方面，但在中國(guó)申請(qǐng)的專(zhuān)利主要局限在燃料電池結(jié)構(gòu)與搭載方面，并沒(méi)有過(guò)多涉及燃料電池膜電極與催化劑等。
2.2高壓儲(chǔ)氫罐應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)利
儲(chǔ)氫罐技術(shù)是解決氫氣制取以后的存儲(chǔ)以及燃料電池實(shí)際應(yīng)用必須解決的問(wèn)題，由于氫氣是易燃易爆氣體，所以?xún)?chǔ)氫罐必須保證在大量存儲(chǔ)氫氣燃料的同時(shí)還能夠抗壓抗暴。豐田公司在提高儲(chǔ)氫能力以及儲(chǔ)氫罐的安全性方面申請(qǐng)了大量專(zhuān)利。
儲(chǔ)氫罐的設(shè)計(jì)主要是要求提高儲(chǔ)存燃料的能力以及提高材料的抗壓力值，即在保證安全性的條件下提高氫氣存儲(chǔ)能力。豐田公司在這方面做了大量的專(zhuān)利保護(hù)，它在該方面的技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于國(guó)際水平，該技術(shù)的免費(fèi)使用年限是到2020 年。
2.3燃料系統(tǒng)軟件技術(shù)專(zhuān)利
由于現(xiàn)在車(chē)載的氫燃料大多以氣體存儲(chǔ)，其使用量以及剩余量不便觀(guān)測(cè)，駕駛?cè)瞬荒苤庇^(guān)地觀(guān)測(cè)到燃料的剩余量，對(duì)其后續(xù)操作帶來(lái)了許多不便，豐田公司根據(jù)氣體燃料的特殊性，發(fā)明了一些可以測(cè)量氣體燃料剩余量的專(zhuān)利。燃料電池車(chē)的燃料消耗不能像普通燃油車(chē)一樣直接噴射燃燒，其氣體或者固態(tài)存儲(chǔ)方式就決定了其特殊性，而且燃料不是燃燒那么簡(jiǎn)單，要通過(guò)燃料電池進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能才可以使用，解決燃料的供給就是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題，包括如何控制燃料進(jìn)入電池的量和速度， 氣體發(fā)電以后產(chǎn)生的水的排放，電池的發(fā)電效率以及這些燃料所能產(chǎn)生的電能等。
要解決這些問(wèn)題，軟件控制系統(tǒng)必不可少，主要計(jì)算電池狀態(tài)以及電車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)。所以豐田公司在這方面申請(qǐng)了大量的專(zhuān)利，掌握了大量的技術(shù)。
2.4氫氣制取技術(shù)專(zhuān)利
地球上的氫元素絕大多數(shù)氫元素以水的形式存在，傳統(tǒng)的制氫方法為電解水，但是這種方法成本較大，每電解1kg氫氣至少要30元，另外電解水會(huì)耗費(fèi)大量電能，我國(guó)主要還是媒電，這樣從根本上來(lái)說(shuō)并沒(méi)有解決環(huán)保問(wèn)題。豐田公司專(zhuān)利中就有關(guān)于環(huán)保節(jié)能產(chǎn)生氫氣的方法，原理是利用電解質(zhì)中添加光催化劑的方法使水分解，另外還有一篇專(zhuān)利是利用多價(jià)態(tài)金屬氧化物制取氫氣，反應(yīng)的能量由太陽(yáng)能提供，生產(chǎn)的氫氣可以直接使用，雖然這些專(zhuān)利的氫氣的轉(zhuǎn)換效率還是不能和現(xiàn)在的有機(jī)物的化學(xué)重整法相比較，但是豐田車(chē)載自制氫方面，還是可以利用的。
在中國(guó)專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)分類(lèi)號(hào)、關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，統(tǒng)計(jì)得到豐田關(guān)于燃料電池的申請(qǐng)共962件。豐田汽車(chē)公司關(guān)于燃料電池的在中國(guó)專(zhuān)利的歷年申請(qǐng)趨勢(shì)，2003年后，其專(zhuān)利申請(qǐng)開(kāi)始大幅增加，2007年的相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)達(dá)到最大值，2008年的申請(qǐng)量開(kāi)始逐漸減少，2009年的申請(qǐng)量下降到不及2008年的一半，隨后申請(qǐng)量逐年遞減。
結(jié)語(yǔ)
豐田公司公開(kāi)的燃料電池專(zhuān)利數(shù)量居世界首位，其專(zhuān)利基本涉及了從氫氣制造生產(chǎn)到氫能源車(chē)的整車(chē)裝備方面，具備了市場(chǎng)化的所有條件，將進(jìn)一步推進(jìn)氫能源燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)化。從其在國(guó)內(nèi)的專(zhuān)利分析來(lái)看，氫能源燃料電池相關(guān)專(zhuān)利在中國(guó)已頗具規(guī)模，且技術(shù)領(lǐng)域涵蓋了燃料電池汽車(chē)的幾個(gè)主要組成部分，涉及燃料電池汽車(chē)相關(guān)專(zhuān)利的免費(fèi)使用是有期限的，中國(guó)的汽車(chē)企業(yè)在享受免費(fèi)專(zhuān)利的同時(shí)，不能忘記及時(shí)制定自身燃料電池汽車(chē)的專(zhuān)利發(fā)展戰(zhàn)略，我國(guó)的氫燃料汽車(chē)仍然有很長(zhǎng)的路要走。
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作者：ICC鑫欏資訊 中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)
編輯：IPRdaily王穎 校對(duì)：IPRdaily縱橫君
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