豐田第二代氫能源汽車(chē)顛覆了人類(lèi)哪些常識(shí)

去年5月，李總理訪問(wèn)日本，他在北海道的豐田汽車(chē)工廠里，特別參觀了氫能源汽車(chē)。李總理在這輛汽車(chē)前停留了半個(gè)多小時(shí)，詳細(xì)聽(tīng)取了豐田汽車(chē)公司總裁豐田章男先生有關(guān)氫能源汽車(chē)的性能和前景的說(shuō)明。

豐田第一代氫能源汽車(chē)“MIRAI”（未來(lái)）

后來(lái)我專門(mén)去豐田汽車(chē)公司采訪，并試駕了這一輛氫能源汽車(chē)，感覺(jué)到豐田汽車(chē)公司為人類(lèi)的環(huán)保事業(yè)作出了一個(gè)重要的貢獻(xiàn)。這輛被命名為“未來(lái)”的氫能源車(chē)，目前的年產(chǎn)量為3000輛，需要預(yù)訂1年多才能拿到車(chē)。2020年后，年產(chǎn)將會(huì)增加到3萬(wàn)輛。

這輛“未來(lái)”號(hào)氫能源車(chē)目前在中國(guó)國(guó)內(nèi)還沒(méi)有正式銷(xiāo)售，但是在江蘇的常熟市的豐田研發(fā)中心已經(jīng)有一輛，在進(jìn)行適應(yīng)性測(cè)試。我只是沒(méi)有想到，豐田公司這么快就推出了第二代的氫能源概念汽車(chē)。雖然還只是一輛概念車(chē)，但是這一輛概念車(chē)已經(jīng)融合了豐田目前所開(kāi)發(fā)的所有的最尖端的技術(shù)。

從這一輛概念車(chē)中，我們可以了解到“汽車(chē)”作為人類(lèi)的交通工具這一常識(shí)，是如何被豐田公司顛覆。

豐田第二代氫能源汽車(chē)FCV PLUS

去年11月，我參加了豐田社長(zhǎng)的一次記者會(huì)，他在這個(gè)記者會(huì)上說(shuō)了一句話，給我很大的啟發(fā)。他說(shuō)，汽車(chē)誕生已經(jīng)一百多年，從一輛時(shí)速只有幾公里的交通工具，已經(jīng)發(fā)展到如今時(shí)速可以達(dá)到300公里，甚至更高的大眾化生活用品。

那么接下來(lái)的100年，汽車(chē)應(yīng)該作為一種什么樣的形態(tài)存在于我們的人類(lèi)社會(huì)？這是我們需要認(rèn)真思考的問(wèn)題。面向未來(lái)，我們必須賦予汽車(chē)新的內(nèi)涵，這是豐田汽車(chē)公司的歷史使命。

聽(tīng)完豐田社長(zhǎng)他的話，當(dāng)時(shí)我并沒(méi)有感覺(jué)到豐田公司有什么大手筆，只是感覺(jué)到豐田推出的這輛氫能源汽車(chē)，為人類(lèi)提供了一種取之不盡，又完全零排放的純清潔能源，這是一個(gè)偉大的貢獻(xiàn)。

其實(shí)，豐田公司早在1992年，就開(kāi)始研究氫能源，并在2014年推出了第一輛氫能源汽車(chē)，開(kāi)始在北美地區(qū)，以及零下40度的北海道最北端的嚴(yán)寒城市，以及非洲高溫地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)性運(yùn)營(yíng)。經(jīng)過(guò)不斷的完善，2016年，第一代氫能源汽車(chē)正式投放市場(chǎng)。作為一家民營(yíng)企業(yè)，花費(fèi)20多年的時(shí)間，致力于一項(xiàng)環(huán)保新能源汽車(chē)的研發(fā)，投入的精力和財(cái)力是可想而知的。但是當(dāng)?shù)谝淮鷼淠茉雌?chē)正式投放市場(chǎng)后，豐田汽車(chē)公司卻宣布，氫能源汽車(chē)的專利將完全公開(kāi)，讓這一項(xiàng)汽車(chē)能源的革命性成果讓全世界共享。

我駕駛了這一輛“未來(lái)”號(hào)氫能源汽車(chē)，它好在哪里？

第一，在于它的環(huán)保性。說(shuō)起來(lái)，氫能源汽車(chē)的動(dòng)力原理很簡(jiǎn)單，就是車(chē)載氫氣與空氣產(chǎn)生反應(yīng)生成動(dòng)能，而氫氣與氧氣生成的是水（H?O）。也就是說(shuō)，氫能源汽車(chē)排放的不是尾氣，而是一杯水，絕對(duì)的“零排放”。

第二，在于它的便捷性。氫能源汽車(chē)上有兩個(gè)氣罐，只要3分鐘時(shí)間，就可以充滿氣，而且可以行使650公里。根據(jù)目前日本氫氣的價(jià)格，如果汽車(chē)加滿氣的話，它的價(jià)格是4600日元，相當(dāng)于280元人民幣，比汽油的價(jià)格還便宜。如果氫能源汽車(chē)和加氣站得到普及的話，氫氣價(jià)格還要便宜。豐田汽車(chē)公司的解釋說(shuō)，汽油的價(jià)格將會(huì)隨著石油價(jià)格的波動(dòng)而波動(dòng)。但是氫氣的價(jià)格不會(huì)波動(dòng)，而且只會(huì)越來(lái)越便宜。

第三，在于它的創(chuàng)新性。“未來(lái)”號(hào)氫能源汽車(chē)作為一個(gè)移動(dòng)電源，當(dāng)發(fā)生停電問(wèn)題時(shí)，它的后備箱有個(gè)電源連接口，可以將車(chē)載的電源連接到家庭電源中，保證一戶家庭一個(gè)星期的用電所需。

有些朋友曾經(jīng)留言，擔(dān)心氫氣的氣罐會(huì)不會(huì)發(fā)生爆炸，氫能源汽車(chē)會(huì)不會(huì)變成一顆氫彈？這種擔(dān)心顯然多余，別的不說(shuō)，豐田汽車(chē)的這一個(gè)儲(chǔ)存壓縮氫氣的氣罐，采用了多種特殊新材料制作而成，包括炭纖維材料，并進(jìn)行了2萬(wàn)多次各種情況下的沖撞實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有發(fā)生漏氣與破損問(wèn)題。同時(shí)，氣罐的氣口安裝有特殊的反鎖裝置，一旦車(chē)內(nèi)的氣體檢測(cè)儀檢測(cè)到漏氣，氣口會(huì)立即遭到反鎖，防止氣體泄漏。

黃色為氫氣氣罐

現(xiàn)在，我們來(lái)看看豐田公司推出了第二代氫能源汽車(chē)到底具備了哪一些顛覆我們常識(shí)的新概念和新技術(shù)？

在解釋第二代氫能源汽車(chē)之前，我們先來(lái)回顧一下手機(jī)的成長(zhǎng)過(guò)程。手機(jī)原來(lái)只是一個(gè)無(wú)線通訊工具。但是，現(xiàn)在的手機(jī)不只是一個(gè)通訊工具，更是具備了一臺(tái)掌上電腦、信息終端機(jī)、小型電視機(jī)、電子貨幣支付工具、智能家電設(shè)備遙控器等功能，所以我們已經(jīng)很難對(duì)“手機(jī)”這一名稱作出一個(gè)準(zhǔn)確的定義。

同樣，我們來(lái)看汽車(chē)。如果說(shuō)，豐田第一代氫能源車(chē)只是零排放的環(huán)保車(chē)的話，那么，第二代汽車(chē)就已經(jīng)演變成了一輛“能源車(chē)”！

這個(gè)“能源車(chē)”是一個(gè)什么概念呢？

迄今為止，在我們的印象中，汽車(chē)是一個(gè)能源消耗品，也就是說(shuō)，它燒汽油、燒柴油，或者至少需要用電。但是第二代的氫能源汽車(chē)，它不再是一個(gè)能源的消耗品，而已經(jīng)是一個(gè)能源的供應(yīng)者。

為什么汽車(chē)會(huì)成為能源的供應(yīng)者？豐田汽車(chē)公司的構(gòu)想顯示，當(dāng)你駕駛第二代氫新能源汽車(chē)下班回家后，汽車(chē)停在家門(mén)口，就可以通過(guò)無(wú)線供電系統(tǒng)，用汽車(chē)的電力瞬間點(diǎn)亮家里所有的照明，啟動(dòng)電器設(shè)備。也就是說(shuō)，家里沒(méi)有固定電力也可以。

同時(shí)它的后輪胎具備了無(wú)線供電的功能，也就是說(shuō)，兩輛汽車(chē)之間可以通過(guò)無(wú)線輸送的方式，實(shí)現(xiàn)相互供電。也可以給馬路上的信號(hào)燈供電，以后舉行野外音樂(lè)會(huì)，有幾臺(tái)氫能源汽車(chē)，就足夠提供幾萬(wàn)人狂歡的需要。

這就意味著，氫能源汽車(chē)，它已經(jīng)不只是一個(gè)交通工具，而已經(jīng)成為分布式電源，一個(gè)擁有巨大能量的“移動(dòng)寶”，它將作為一個(gè)移動(dòng)發(fā)電站，而成為社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。這就是豐田汽車(chē)公司在迎來(lái)新時(shí)代時(shí)，提出并實(shí)踐的一項(xiàng)偉大的汽車(chē)革命。

豐田公司提出的第二個(gè)概念，就是氫能源合成裝置（豐田稱其為“燃料電池”）可以永久使用，不會(huì)像鋰電池汽車(chē)那樣，隨著汽車(chē)的老化而對(duì)環(huán)境構(gòu)成污染。豐田的這一種“燃料電池”因?yàn)橹皇且粋€(gè)氫氣與空氣的合成裝置，因此，在汽車(chē)使用若干年之后需要報(bào)廢時(shí)，這塊“燃料電池”可以取出來(lái)，安裝在新的汽車(chē)?yán)锸褂?。所以氫能源汽?chē)的這個(gè)燃料電池，它不會(huì)對(duì)人類(lèi)造成環(huán)境污染，這個(gè)技術(shù)與理念要比我們現(xiàn)在的電動(dòng)汽車(chē)的鋰電池要先進(jìn)很多倍。豐田公司把它稱作為“可以為未來(lái)發(fā)電”的燃料電池。

氫能源是一個(gè)永恒的能源，因?yàn)樗梢杂刑?yáng)能、風(fēng)力、電熱等各類(lèi)一次性自然能源來(lái)生產(chǎn)。豐田公司的愿景，就是要推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入一個(gè)完全清潔沒(méi)有污染的氫能源時(shí)代。

我看了第二代氫能源汽車(chē)，得到的另外一個(gè)印象是，這一輛車(chē)匯聚了豐田公司擁有的所有面向未來(lái)的尖端技術(shù)。譬如，汽車(chē)會(huì)是全自動(dòng)駕駛汽車(chē)，駕駛座會(huì)省出許多的空間。汽車(chē)上沒(méi)有任何的儀表和顯示屏，所有的控制數(shù)據(jù)都顯示在汽車(chē)的擋風(fēng)玻璃下端。而這一塊擋風(fēng)玻璃，就像一塊電腦的顯示屏，可以顯示出各種APP圖標(biāo)，你不需要觸摸，而是通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，可以直接用語(yǔ)音進(jìn)行指示操作，譬如接電話、回復(fù)郵件、玩微信等等。

汽車(chē)的左右兩個(gè)車(chē)窗，看上去只是比一般傳統(tǒng)的汽車(chē)大一些，與我們現(xiàn)在的車(chē)窗沒(méi)什么區(qū)別。但是，其實(shí)它已經(jīng)是兩個(gè)大型的顯示屏，你坐在汽車(chē)內(nèi)，可以在車(chē)窗上看電視、上網(wǎng)瀏覽新聞，可以寫(xiě)文章、可以傳輸郵件。這一輛汽車(chē)就變成了一間工作室。如果是送一位病人去醫(yī)院，那么病人可以通過(guò)車(chē)窗上的顯示屏進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷。

日本政府最新的科學(xué)發(fā)展計(jì)劃中，已經(jīng)將2030年確定為日本完全進(jìn)入全自動(dòng)駕駛時(shí)代之年。這一個(gè)目標(biāo)時(shí)間，距離現(xiàn)在只剩下10年。毫無(wú)疑問(wèn)，這是激動(dòng)人心充滿期待的10年。豐田公司的這第二代氫能源汽車(chē)會(huì)在什么時(shí)候推向市場(chǎng)？

目前豐田公司還沒(méi)有宣布，但是，我們可以預(yù)計(jì)，第二代氫能源汽車(chē)的誕生不會(huì)太遠(yuǎn)，因?yàn)樨S田公司已經(jīng)擁有了概念車(chē)中所包含的各項(xiàng)技術(shù)，推出只是一個(gè)時(shí)間問(wèn)題。

創(chuàng)新不需要鼓勵(lì)，更不需要口號(hào)，只需要一種情懷！豐田公司花費(fèi)了20多年的時(shí)間，研發(fā)出氫能源汽車(chē)，這一輛車(chē)的誕生，也就意味著汽車(chē)作為“交通工具”的時(shí)代即將結(jié)束，豐田公司也將從一家普通的汽車(chē)制造商，華麗轉(zhuǎn)身為一個(gè)移動(dòng)信息平臺(tái)提供商和新能源供應(yīng)商。

這是一場(chǎng)偉大的變革，很榮幸的是，我們作為見(jiàn)證人，將見(jiàn)證這一場(chǎng)變革，并使自己成為其中的參與者和受益者。

我們?cè)賮?lái)回顧一下豐田一代氫能源汽車(chē)——Mirai

“Mirai”是豐田首款量產(chǎn)的氫燃料電池車(chē)。如其名，Mirai被豐田汽車(chē)視為“未來(lái)之車(chē)”。Mirai在行駛過(guò)程中不加油、不充電、不排放尾氣，唯一排放的廢物是純凈水！Mirai代表著未來(lái)，一個(gè)真正節(jié)能而環(huán)保的汽車(chē)時(shí)代。那么這一切都是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

Mirai的工作原理，通過(guò)電解水制氫，再把氫氣加入車(chē)內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)為車(chē)提供動(dòng)力。

技術(shù)將夢(mèng)想變成現(xiàn)實(shí)

“燃料電池”這四個(gè)字想必大家或多或少都聽(tīng)說(shuō)過(guò)，因?yàn)檫@是全世界科學(xué)家研究了數(shù)十年的技術(shù)，始終沒(méi)有取得重大的技術(shù)突破，至少是沒(méi)有誰(shuí)能夠拿得出成本適合消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)的成熟技術(shù)。

而在四年以前，豐田就已放出豪言說(shuō)已經(jīng)在燃料電池領(lǐng)域取得了技術(shù)突破，可以使車(chē)用燃料電池的成本從100萬(wàn)美元降到5萬(wàn)美元，降幅高達(dá)95%！不到一年，豐田便用Mirai兌現(xiàn)了豪言。這是首次投放市場(chǎng)的量產(chǎn)燃料電池車(chē)。

豐田Mirai核心結(jié)構(gòu)注釋

宇宙黑科技的由來(lái)

豐田Mirai的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的汽油車(chē)或者純電動(dòng)車(chē)都不一樣，如果硬要找出一個(gè)類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，可能豐田最暢銷(xiāo)的普銳斯跟Mirai會(huì)有著一點(diǎn)點(diǎn)相似的結(jié)構(gòu)吧。

Mirai的動(dòng)力系統(tǒng)被稱作TFSC（Toyota FC Stack），即豐田燃料電池堆棧，是以燃料電池堆棧為核心組件的混合動(dòng)力系統(tǒng)。TFSC沒(méi)有傳統(tǒng)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，也沒(méi)有變速器，發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部是電動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的控制單元。

豐田Mirai結(jié)構(gòu)圖

在駕駛艙底部布置著的燃料電池堆棧是整套系統(tǒng)的核心，本文也將著重點(diǎn)筆墨來(lái)對(duì)其做出解析。在車(chē)身后橋部分放置著一個(gè)鎳氫動(dòng)力電池組和前后兩個(gè)高壓儲(chǔ)氫罐，沒(méi)錯(cuò)，沒(méi)有油箱和大面積的鋰離子電池，Mirai唯一需要消耗的“燃料”就是氫氣，不用加油也不用充電，加滿5公斤氫氣就可以連續(xù)跑上650公里！

而為什么要在題目中說(shuō)燃料電池是“宇宙黑科技”呢？那是因?yàn)闅湓厥怯钪嬷凶钬S富的成分，氫元素在地球上儲(chǔ)量也是最豐富的，而氫氣在燃料電池中跟空氣中的氧氣結(jié)合，排出的唯一“廢物”是純凈水！所以氫燃料電池一直被認(rèn)為是“外星科技”，是最適合宇宙空間站或者宇宙探測(cè)器使用的備用能源之一。

豐田Mirai核心結(jié)構(gòu)布置圖

燃料電池工作原理

雖然燃料電池名字里面有“燃料”字樣，同時(shí)氫氣也能夠跟氧氣在一起劇烈燃燒，但在燃料電池卻不是利用燃燒來(lái)獲取能量，而是利用氫氣跟氧氣化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的電荷轉(zhuǎn)移來(lái)形成電流的，這一過(guò)程最關(guān)鍵的技術(shù)就是利用特殊的“電解質(zhì)薄膜”將氫氣拆分，整個(gè)過(guò)程可以理解成蚊子無(wú)法穿過(guò)紗窗，但是更小的灰塵卻可以……電解質(zhì)薄膜也是燃料電池領(lǐng)域最難被攻克的技術(shù)壁壘。

燃料電池堆棧外部細(xì)節(jié)及主要參數(shù)

因?yàn)闅浞肿芋w積小，可以透過(guò)薄膜的微小孔洞游離到對(duì)面去，但是在穿越孔洞的過(guò)程中，電子被從分子上剝離，只留下帶正電的氫質(zhì)子通過(guò)，氫質(zhì)子被吸引到薄膜另一側(cè)的電極與氧分子結(jié)合。電解質(zhì)薄膜兩側(cè)的電極板將氫氣拆分成氫離子（正電）和電子、將氧氣拆分成氧離子（負(fù)電）和電子，電子在電極板之間形成電流，兩個(gè)氫離子和一個(gè)氧離子結(jié)合成為純水，是反應(yīng)的廢物。

所以本質(zhì)來(lái)講，整個(gè)運(yùn)行過(guò)程就是發(fā)電過(guò)程。因此Mirai是純電動(dòng)車(chē)，燃料電池堆棧代替的就是厚重且充電效率低下的鋰離子電池組。

豐田Mirai的燃料電池創(chuàng)新

豐田Mirai搭載的燃料電池堆棧是由370片薄片燃料電池組成的，因此被稱為“堆?！保还部梢暂敵?14千瓦的發(fā)電功率。此前我們也分析了大眾集團(tuán)的燃料電池技術(shù)，結(jié)構(gòu)基本類(lèi)似。豐田的燃料電池堆棧經(jīng)歷了十幾年的技術(shù)優(yōu)化，形成了自己的特色結(jié)構(gòu)，比如3D立體微流道技術(shù)，通過(guò)更好地排出副產(chǎn)物水，讓更多空氣流入，有效改善了發(fā)電效率。所以整個(gè)堆棧的發(fā)電效率達(dá)到了世界先進(jìn)水平，達(dá)到了3.1千瓦/升，比2008年豐田的技術(shù)整整提升了2.2倍。

Mirai燃料電池堆棧技術(shù)迭代

700個(gè)大氣壓下儲(chǔ)存氫氣

了解氫氣物理特性的人都清楚，氫氣跟汽油不同，常溫下氫氣是氣體，密度非常低并且非常難液化，常溫下更是無(wú)法液化，所以氫氣要安全儲(chǔ)藏和運(yùn)輸并不容易。所以氫氣無(wú)法像汽油那樣直接注入普通油箱里。豐田設(shè)計(jì)了一大一小兩個(gè)儲(chǔ)氫罐，通過(guò)高壓的方式盡可能多充入一些氫氣。

以目前的主流儲(chǔ)存技術(shù)，豐田選用了700Mpa也就是700個(gè)大氣壓的高壓儲(chǔ)氣罐，類(lèi)似我們常見(jiàn)的“煤氣罐”，只不過(guò)罐體更厚重。兩個(gè)儲(chǔ)氫罐一共的容量是122.4升，采用700個(gè)大氣壓儲(chǔ)存，也只能容納約5公斤的氫氣。所以實(shí)際上燃料的重量并不大，反而儲(chǔ)氫罐特別笨重。

氫氣儲(chǔ)存性能

為了在承受700個(gè)大氣壓的前提下仍舊保持行駛安全性，我們可都不希望坐在兩個(gè)炸彈上面開(kāi)車(chē)吧？所以儲(chǔ)氫罐被設(shè)計(jì)成四層結(jié)構(gòu)，鋁合金的罐體內(nèi)部襯有塑料內(nèi)膽，外面包裹一層碳纖維強(qiáng)化塑料的保護(hù)層，保護(hù)層外側(cè)再增加一層玻璃纖維材料的減震保護(hù)層，并且每一層的纖維紋路都根據(jù)所處罐身位置不同而做了額外的優(yōu)化，使纖維順著壓力分布的方向，提升保護(hù)層的效果。

相比純電動(dòng)車(chē)而言，目前充電最快的特斯拉Model S的超級(jí)充電站也需要1.25小時(shí)才能充滿電量。氫氣加注的速度則更快，僅需3分鐘即可充滿兩個(gè)儲(chǔ)氫罐，并且超過(guò)600公里的續(xù)航里程甚至比普通汽油車(chē)更優(yōu)越。

雖然現(xiàn)在加氫站還是極度罕見(jiàn)，但是普通加油站改造成加氫站的成本要遠(yuǎn)低于改造成快速充電站的成本。因此我們可以預(yù)計(jì)，如果燃料電池車(chē)能在成本控制上取得突破，實(shí)際上市場(chǎng)空間會(huì)比純電動(dòng)車(chē)更大。

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)看到豐田汽車(chē)在氫燃料電池技術(shù)上的執(zhí)著時(shí)，主管部門(mén)需要來(lái)一次魯茲式的反思——大規(guī)模的新能源補(bǔ)貼，換來(lái)了什么？

在快速增長(zhǎng)的純電動(dòng)或插電式混合動(dòng)力汽車(chē)市場(chǎng)中，我們掌握了什么核心技術(shù)？

如果萬(wàn)金補(bǔ)貼換來(lái)的只是一場(chǎng)裸泳，我們?cè)趺崔k？

如果未來(lái)氫燃料電池技術(shù)真正普及時(shí)，我們?cè)俣缺贿h(yuǎn)遠(yuǎn)拋在后面，怎么辦？

車(chē)企們更需要反思，你們是為了補(bǔ)貼而設(shè)計(jì)產(chǎn)品，還是為了“美好城市和美好社會(huì)” 的終極目標(biāo)而設(shè)計(jì)產(chǎn)品？