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丰田Mirai

氢燃料电池汽车
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丰田Mirai（取自原日文“未来／ミライ Mirai”），是一款氢气燃料电池汽车，也是全球首部商业贩售的氢气燃料电池汽车[4][5]。Mirai车款在2014年11月洛杉矶国际车展中亮相[6]，丰田汽车预计在2015年生产700辆以供应全球销售[7]。

丰田Mirai
概览
制造商丰田汽车
生产日期2014年12月至今
装配地 日本丰田市（元町工厂）[1][2]
车身及底盘
车辆类别中型豪华汽车/行政车 [3]
车体风格4门轿车
动力布局

在美国环境保护政策下，这辆2016年度车款Mirai在燃料全满的情况下可以跑502公里（312英哩），城市/高速公路综合燃料经济评价获得67mpg-US（3.5L/100km; 80mpg-imp），让Mirai被EPA评为最具燃料效率的氢气燃料电池车[8]。

该车款于2014年12月15日开始在日本销售，售价670万日元（约合57,400美元）。日本政府计划以每台辅贴200万日元（约合19,600美元）的方式支持量产的燃料电池车[9]。美国上市时间预计为2015年8月，尚未扣除政府奖励下每台售价57,500美元。一开始只打算在加州贩卖[7][10]。欧洲市场预计2015年9月上市，一开始只在英国、德国、丹麦等地销售，其他国家要等到2017年[11]。德国定价为未税6万欧元，含税则为78,540欧元[11]。

历史

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FCV概念车

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Mirai源于丰田FCV（取自Fuel Cell Vehicle英文缩写，译为“燃料电池车”）概念车，FCV于2013年东京车展中首度亮相[12]，其水滴状外型亮蓝色房车概念，藉以彰显“水是从氢气动力汽车排气管所排放的唯一物质”。FCV的大型进气格栅和其他开口，有利于导入冷空气和氧气，供燃料电池使用。丰田汽车表示这款FCV概念车外观很接近市场预期的量产化版本[13]，FCV车体尺寸和丰田Camry车款相似[14]。参照日本JC08模式（日语：JC08モード）测试，FCV的汽车燃油经济性总里程可达约700公里（430英里）[15]。

 
丰田FCV概念车

丰田汽车表示FCV另一特点为拥有 3.0 kW/L 输出动力密度的燃料电池系统，比前一代燃料电池概念车FCHV-adv可输出100 kW动力，提升了二倍之多，尽管FCV已将各部品单元明显小型化。FCV采用丰田汽车专利的小型轻量化燃料电池堆叠技术以及配置于设计车体下方的70MPa高压氢气箱。丰田FCV概念车可容纳四名乘员，2015年全面量产上市时，预期其燃料电池系统成本将比2008年丰田FCHV-adv概念车低达95%[16]。

FCV概念车也采用丰田汽车的油电复合动力技术，包括：电动马达、动力控制单元、和其他来自复合动力汽车的零组件，以改善可靠度，以及成本最小化[16]。复合动力技术亦被采用于燃料电池协同运作。低速时(例如驾驶于市区内)，FCV如同电动汽车以储存于车身电池之电能运转，该电池利用煞车制动再生充电；高速时氢气燃料电池则独自驱动电动马达。当需求更多动力时(例如：突然加速期间)，电池支援燃料电池系统协同运作，以供应充足动力[17]。

2014年6月丰田汽车展示一辆外观设计接近量产车的FCV车款，并宣布日本定价细目，订于2015年4月于日本国内发表上市，仅限于氢气加气基础设施已开发完成区域[18]。

时间线

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2010年丰田FCHV-adv运动型多用途车（SUV）
  • 1992年：丰田汽车启动FCV技术开发[15]。
  • 1996年：一辆配置金属氢化物氢气箱之FCV-EVS13车款参与大阪市游行活动[15]。
  • 2001年：在东京汽展中，丰田汽车展示FCHV-4概念车、FCHV-5概念车、和大发MOVE FCV-K-II燃料电池汽车[19]。
  • 2002年：以Highlander为基底之FCHV车款于美日限量贩售，燃料电池堆叠输出功率可达90 kW，巡航范围可达300 km（185 miles），二辆FCHV送交美国加州大学欧文和戴维斯校园，另四辆则送交日本政府部门[20]。
  • 2003年：丰田汽车和大发汽车连袂展开燃料电池轻型车MOVE FCV-K-II之路试[21]。
  • 2005年：FCHV在日本取得车型认证[15]。
  • 2008年：历经10~15次测试周期，FCHV-adv将巡航范围进一步推升至830 km（515 miles），并且拥有更优越的冷启动性能[15]。
  • 2009年：美国政府调降开发氢气燃料电池汽车资金[22][23]。
  • 2010年：丰田/日野FCHV巴士服务往返东京国际机场和市中心区间之日常商务路线[24][25]。
  • 2011年：产品规划组副总小木曾聪声称所有技术问题都已迎刃而解，他说：“横亘于燃料电池车之前的真正问题，只剩大量生产的成本”[26]。
  • 2011年：在东京汽展中，丰田汽车展示一辆命名为FCV-R的FCV概念车[27][28]。
  • 2012年：丰田汽车总裁内山田武说：“目前电动车性能未符合社会需求，无论能跑多少距离、或其成本、或花费多久时间充电”[29]。
  • 2013年：一辆提供记者驾驶的燃料电池路试伪装车，丰田汽车示范补充燃料完成仅花费少于3分钟时间[30]。
     
    丰田燃料电池路试伪装车在东京填充氢气燃料
  • 2013年：在东京汽展中，丰田汽车展示FCV轿车车型[12][31]。
  • 2014年6月：丰田汽车对新闻媒体展示接近量产的FCV车款，公布2015年初将于日本公开贩售，售价约七百万日币[32]。
  • 2014年11月：丰田汽车对外发布一则新闻稿和照片，详列量产版燃料电池汽车的规格。也同时公开正式型号名称为 Mirai，取自日文“未来”[33]。
  • 2015年4月：Mirai为首款担任美国NASCAR竞速赛前导车的氢气燃料电池车，地点位于美国维吉尼亚州里奇蒙市丰田赛车道。
  • 2015年10月21日：美国加州开始贩售Mirai，正为好莱坞电影《回到未来II》预言30年后的“未来”时间点[34]。

测试

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1990年代初期，丰田汽车在日本开始燃料电池开发，开发出一系列的燃料电池车，并进行超过100万英里（约1,609,345公里）的路试。自2012年起，燃料电池测试车已在北美地区进行路试，包括在死亡谷的耐热测试、黄刀镇的耐寒测试、旧金山的陡坡爬坡测试、以及科罗拉多州的高海拔路试。丰田汽车设计的碳纤维氢气箱也经过极端测试，以确保车辆冲撞时的强度和耐久性[35]。

第一代（JPD10; 2014）

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第一代（JPD10）
 
概览
生产日期2014年12月 – 2020年
动力布局前置前驱
动力系统
电动机4JM Fuel cell-powered 113 kW（152 hp） 335 N·m（247 lbf·ft）[36]
变速器1-speed Prundletronic
电动电池1.6 kWh Nickel-metal hydride[37][38]
行驶里程502 km（312 mi） (EPA)[8]
规格
轴距2,780 mm（109.4英寸）[36]
长度4,890 mm（192.5英寸）[36]
宽度1,815 mm（71.5英寸）[36]
高度1,535 mm（60.4英寸）[36]
整备质量1,850千克（4,078.6磅）[36]
 
后侧

第二代（JPD20; 2020）

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第二代（JPD20）
 
2021 丰田Mirai Limited（瑞士）
概览
生产日期2020年12月至今
款式年份2021至今
车身及底盘
动力布局后置后驱[40]
平台TNGA: GA-L[39]
动力系统
电动机4JM fuel cell-powered 182 hp（136 kW；185 PS）, 300 N·m（220 lbf·ft）[36]
变速器1-speed
电动电池1.2 kWh lithium-ion
行驶里程647 km（402 mi） (EPA)[8]141 liters (3 x hydrogen tanks)
规格
轴距2,920 mm（115.0英寸）[40]
长度4,975 mm（195.9英寸）[40]
宽度1,885 mm（74.2英寸）[40]
高度1,470 mm（57.9英寸）[40]
整备质量1,920—1,950千克（4,230—4,300磅）
 
后侧
 
内装
Euro NCAP 测试成绩
Toyota Mirai (2021)
测试 得分 %
总分:      
成年乘员: 33.8 88%
小孩乘员: 42 85%
行人: 43.7 80%
安全辅助: 13.2 82%

规格

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Mirai 构造剖面展示前置的电动牵引马达和电力控制单元、中置的燃料电池堆叠、以及后置氢气箱上方的镍氢蓄电池。

Mirai 采用 TFCS（Toyota Fuel Cell System）丰田燃料电池系统，同时具有燃料电池技术和混合动力技术，也包括丰田汽车专利开发的零组件，包括：燃料电池（Fuel Cell，FC）、FC升压转换器、以及高压氢气箱。TFCS 比内燃机具有更好的能源效率，驱动时在操作点亦无排放CO
2、或倍受关注的硫化物（SOCs）。Mirai 系统 9 秒内可从 0 加速到 97 km/h（0 加速到 60 mph），加速过程中3 秒内可从 40 加速到 64 km/h （25 加速到 40 mph）。Mirai 充氢气燃料仅花费 3 到 5 分钟，丰田汽车期望加满氢气箱时可跑 480 公里（300 英里）里程范围[35]。Mirai 配置一标示H
2O按钮，可开启车尾的一道门，以泄出从燃料电池氢、氧化学反应所形成的水蒸气[37]。每行驶4公里可排放H
2O（或水容量）240 mL[41]。

燃油经济性和里程范围

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依据美国国家环境保护局（EPA）标准，Mirai 2016年份车型加满氢气箱约可跑502 km（312 mi），结合市区/高速公路的燃油经济性评级 66 mi/US gal（3.6 L/100 km；79 mi/imp gal）（等效消耗每加仑汽油可跑英里数 = MPG-e）[8]。下表列出 Mirai 和2015年8月在美国加州地区可供租贷的其他 FCV 车款的燃油经济性比较。

氢气燃料电池车燃油经济性(MPG-e)比较表
限截至2015年8月 (2015-08)在美国加州地区可供租贷的 FCV 车款，并由美国国家环境保护局评定[8]。
FCV 车款 车型年份 复合式
燃油经济性		 市区
燃油经济性		 高速公路
燃油经济性		 里程范围 每年
燃料成本
Toyota Mirai 2016 66 mpg-e 66 mpg-e 66 mpg-e 312 mi（502 km） 1,250美元
Honda FCX Clarity 2014 59 mpg-e 58 mpg-e 60 mpg-e 231 mi（372 km） NA
Hyundai Tucson Fuel Cell 2016 50 mpg-e 49 mpg-e 51 mpg-e 265 mi（426 km） 1,700美元
注： 1公斤氢气大约等同于1美国加仑的汽油。

燃料电池堆叠

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丰田汽车的新型燃料电池堆叠最大可输出 114 千瓦（153 马力），借由采用3D细网格流动渠道的技术，以强化发电效率。依据丰田汽车的说法，这是世界首创的设计，这些三维细格结构配置的渠道，强化空气（氧气）的扩散，从而促使燃料电池单体表面能够均匀发电，此设计能提供更袖珍的尺寸，以及更高阶的性能，包括：领先全球的堆叠电力输出密度 3.1 kW/L（比丰田汽车前一代的 FCHV-adv 车型高出2.2倍之多），或 2.0 kW/kg。每个堆叠由370个单体所组成（单线堆叠），每一单体厚度 1.34 mm，重量 102 g。Mirai 紧凑的燃料电池堆叠产生的电力，比起日本国内所贩售的家用燃料电池高达160倍之多[35]。Mirai 具有一（16公升）高效率、大容量的转换器，可将丰田汽车的燃料电池堆叠增压到 650 伏特电压[35]。

高压氢气箱

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FCV 概念车使用的高压四型氢气箱

Mirai 具有二个以碳纤维增强复合塑胶（包括宇部兴产的尼龙6[42]、以及其他材料）所制成三层结构的氢气箱。此氢气箱可储存 70 MPa（10,000 psi） 的氢气，总重可达 87.5千克（193磅）[35][36]。

电力牵引马达和电池

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丰田汽车最新的油电复合动力系统被广泛用于燃料电池总成，包括：马达、动力控制、和主电池。电力牵引马达可提供 113千瓦特（152匹马力） 和 335 N·m（247 lbf·ft） 的扭力。Mirai 具有一 245V （1.6 千瓦·时）机械轴封镍氢（NiMH）蓄电池组，类似丰田Camry油电复合动力车型[35][37][38]。

安全性能

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在丰田汽车的东富士研究所，Mirai已进行广泛的碰撞测试，验证前端、侧边、和后端遭受碰撞冲击的设计评估，以提供优越的车内乘员保护，并已达成高水准的碰撞安全，确保燃料电池堆叠和高压氢气箱遭受车体变形的防护。高压氢气箱具有优越的防止氢气渗漏性能、强度、和耐久性。氢气侦测器能提供警示，并可关闭氢气箱的主截止阀。氢气箱和其他氢气相关组件皆配置于车厢外侧，以确保万一氢气外泄时能够快速消散。车体结构采用东丽株式会社的碳纤维增强复合材料予以强化[43]，并设计能扩散和吸收跨越多重组件的碰撞冲击能量，以确保高水准的碰撞安全性能，当前端、侧边、和后端遭受冲撞时，足以保护丰田汽车的燃料电池堆叠和高压氢气箱[35]。

基础设施

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主条目：氢气公路和氢气加气站

截至2013年1月 (2013-01)，日本已拥有10座示范的氢气加气站[44]，丰田汽车经营其中的3个加气站[45]，支援丰田汽车和其他制造商的氢气燃料电池车的商业化用途。日本政府也宣布2016年3月在日本首批氢气燃料电池车规划上市的地点，将建造大约100座氢气加气站的目标[46]。美国加州也有10座氢气加气站，州政府将提供4700万美元资金建造另28座氢气加气站[14]。

生产制造

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2014年11月在丰田纺织株式会社的工厂开始制造燃料电池组件[47]，车辆组装工序则于丰田市元町工场进行。

市场和贩售

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丰田 Mirai 在 2014年洛杉矶国际车展揭开神秘面纱。
 
丰田 Mirai 行驶在2015年名古屋国际女子马拉松会场中，担任裁判人员座车。

2015年1月丰田汽车宣布 Mirai 氢气燃料电池车产量将从2015年的700辆，提高至2016年的2000辆，以及2017年的3000辆[47]。

日本

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2014年12月15日在日本开始贩售[48]。税前售价从¥670万日圆（～$57,400美元）起，政府奖励金则补助¥200万日圆（～$19,600美元）[9]。首批贩售对象仅限于政府机关和企业顾客，截至2014年12月 (2014-12)，日本国内 Mirai 订单已经超过400辆，超越首年销售目标，候补订单也已排到一年之后[48]。依据日本政府的税务法令规定，Mirai 的车体尺寸适用较高的税率级距，车重也符合日本道路税法年度课征对象。

日本政府也从2014年财政年度拨款提供建置成本 50% 补贴，金额大约为 ¥72亿日圆（～$6170万美元）[49]。在日本一座氢气加气站的建置成本金额为 ¥2亿8000万日圆（～$240万美元），比欧洲高出约¥1亿5000万日圆（～$129万美元）。

丰田汽车交付第一辆市售 Mirai 至总理大臣官邸，并且宣告在日本2014年12月15日开始贩售一个月已接获1500辆订单，突破12个月的销售目标[50][51]。

美国

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2015年10月开始交付零售客户，从2015年10月至11月期间总计已交付57辆车[52]。配合波士顿和纽约地区已建置氢气燃料加气站基础设施，丰田汽车排定将于2016年上半年在美国东北部五大州发表贩售 Mirai 车款。丰田汽车提供 Mirai 车款首批买家前三年免费氢气燃料加气的优惠，比照现代汽车提供给现代 Tucson-ix35 燃料电池车承租人的优惠[7][10]。丰田汽车期待2017年底能在美国累计售出3000辆Mirai车款[7]。

在美国市场，2016年份丰田Mirai车款在政府补贴前的原始售价从57,500美元起，租贷36个月可获得3,649美元的折扣，每月必须付出499美元租金[7][10][53]。许多州政府已针对燃料电池车建立奖励和免税措施，在加州地区 Mirai符合零排放车辆（ZEV，Zero-emissions vehicle）标准，借由洁净汽车回扣方案可获得5,000美元购买回扣[54]。燃料电池车的联邦税收抵免政策，已于2014/12/31过期[55][56]。

欧洲

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预定在2015年9月在欧洲上市[7]，英国、德国、丹麦将是欧洲地区首批上市的国家，2017年在其他国家也将陆续推出[11]。在德国售价约€60,000欧元（~75,140美元）另付加值型营业税[11]。前欧洲议会议长帕特·考克斯（Pat Cox）估计在2015年最初销售期间每卖出一辆丰田Mirai，将导致€50,000欧元～€100,000欧元（60,000美元～133,000美元）的亏损[57]。

行销

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2015年丰田汽车释出标题为“ Fueled By...”（译为；让 ...加燃料）的一系列商业影片，以展现氢气如何为燃料电池充电，就如 Mirai 一样可取自各种意想不到的来源[58]。最后一支影片标题为“Fueled by the Future”（译为；用未来为之充能），由米高·J·福克斯、克里斯多福·洛伊德、和YouTube的科学人（署名 Go Tech Yourself）主演，以模仿部分电影桥段向回到未来系列电影致敬，并举例如何将垃圾转成燃料（借由在回到未来电影首部曲里，由爱默·布朗博士（克里斯多福·洛伊德饰演）所发明的“融合先生”（Mr. Fusion））反应器），已成为现实。这支影片于2015年10月1日释出，正好和回到未来II电影里马蒂·麦佛莱（米高·J·福克斯饰演）与珍妮佛·帕克（克劳蒂亚·威尔斯/伊丽莎白·苏饰演）和布朗博士进行跨时空之旅为同一天。

图库

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丰田 FCV 概念车
  •  
    正面视角
  •  
    3/4 正面视角
  •  
    后面视角
  •  
    3/4 后面视角
  •  
    燃料电池徽章
  •  
    氢气燃料过滤器

参见

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参考资料

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