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丰田第二代Mirai和现代NEXO单电池对标

发布时间：

2022-06-02

日本丰田和韩国现代代表了全球燃料电池发展的两条技术路线，尤其体现在电池结构、制造工艺和系统架构等方面。本文对标了丰田第二代Mirai和现代NEXO的电池结构。

　　丰田Mirai单电池结构

　　在电池结构上，丰田第二代Mirai和现代NEXO差别较突出。前者采用一体化封装单电池方案，电堆发电体由330片相同的发电单电池经重复堆叠形成，但单电池由第一代的EPDM硫化粘接过渡为UV光固化密封和热熔粘接方案，如上图所示。与丰田不同，现代NEXO燃料电池堆发电体在装配中采用双极板和膜电极交替层叠方案。其中双极板组件由阴极多孔网状流场、阴极隔板和阳极板三部分组成，多孔网状流场通过其外围边缘的四个点与阴极隔板焊接连接，阴极隔板通过在边缘位置的六个焊接点与阳极板固定连接，阴阳极板间冷却剂腔通过一体注塑在阴极隔板上的胶线实现压缩接触密封，如下图所示。

　　现代NEXO双极板结构示意

　　丰田第二代Mirai电堆发电单体数量为330节，官方数据显示峰值输出功率128 kW。其单电池外廓长宽为425 mm×150 mm，反应区长宽为260 mm×105 mm，面积利用率约为43%，面积比功率约为1.42 W/cm2。现代NEXO电堆发电单体数量为436节，官方数据显示峰值输出功率95 kW。其双极板外廓长宽为413 mm×118 mm，反应区长宽为278 mm×100 mm，面积利用率约为58%，面积比功率约为0.78 W/cm2。

　　丰田第二代Mirai和现代NEXO电池尺寸对比

　　丰田第二代Mirai单电池实物

　　现代NEXO电池实物

　　在电堆结构上，丰田第二代Mirai和现代NEXO差异明显，如下图所示。现代NEXO的发电单元采用拉带紧固，为双层结构，每层各218节电池单体。新型Mirai采用封装箱紧固，为单层结构，由330节发电单体串联。为改善电芯的端部效应，现代NEXO在上下层电芯端部分别添加端部加热器(End cell heater)。与第一代相近，新型Mirai仍在电堆两侧增加伪电池(不发电)。

　　丰田第二代Mirai和现代NEXO电堆结构示意

　　现代NEXO和丰田新型Mirai采用相似的逆流进气方式和进排气口两端布置形式，即阳极侧氢气和阴极侧空气在反应区主要以水平相反的方向流动。其中，现代NEXO阳极板流场为标准的水平直流道，阴极板采用增强气体传质设计的3D多孔网装流场，阴阳极板都具有单独的流场分配区(仅导气)。丰田第二代Mirai阳极流场为水平波纹形流场，阴极板采用具有收缩截面特征的水平直流道，阴阳极板流场分配区的部分区域兼具发电功能。针对耐久性能，现代NEXO采用改性不锈钢基材成形后无表面处理技术，丰田新型Mirai采用预涂层基材技术。