世界上有種兩種燃料電池汽車，一種是豐田燃料電池汽車，一種是其他燃料電池汽車。上述說法除了說明豐田公司燃料電池汽車動力系統(tǒng)獨特的布置方案區(qū)別于現(xiàn)代和本田以外，還強調(diào)了豐田燃料電池汽車在全球無可匹敵的領先地位。依托強大的供應鏈體系和垂直一體化的精益生產(chǎn)方式，豐田公司躋身于世界汽車制造業(yè)的領先地位。先花一分鐘時間瀏覽豐田Mirai燃料電池系統(tǒng)核心零部件供應商。
豐田Mirai燃料電池系統(tǒng)供應商名單
汽車產(chǎn)業(yè)的背后是一個極其復雜的供應鏈體系，以整車廠為中心，吸引著為其配套的上、下游企業(yè)。作為2017年和2018年連續(xù)兩年《財物》世界500強車企排名第一的豐田汽車，以其強大的自給供應鏈體系和精益生產(chǎn)方式聞名全球。豐田的崛起，核心因素要歸功于垂直一體化的精益生產(chǎn)方式。通過精益生產(chǎn)方式，并通過投資、交叉占股控制核心零部件，牢牢掌握自己的供應鏈，降低生產(chǎn)成本。
目前，豐田控股著多家日本本土汽車零部件廠商，著名的有電裝、豐田自動織機、愛信精機、豐田紡織、捷太格特等。比如全球變速箱巨頭愛信精機，其自動變速器風靡全球各大主機廠。以豐田紡織為例，股權(quán)占比最大的為豐田汽車公司，其次為豐田紡織本身。此外，豐田集團旗下的豐田自動織機(Toyota Industries Corporation)和豐田通商(Toyota Tsusho Corp.)還分別占4.18%和2.35%的股權(quán)。再者，豐田紡織的控股公司電裝(Denso Corp.)也是豐田公司的控股企業(yè)。為打造旗下燃料電池汽車，豐田采用同樣的開發(fā)方案，即主要核心零部件交由持股子公司開發(fā)。
豐田紡織(Toyota Boshoku)股權(quán)情況
為了更好了解各個零部件，需要先對Mirai燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初步認識。下面兩張圖分別為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖和外觀圖。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖上，三種顏色分別代表氫氣供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。三個系統(tǒng)擔當“保姆”角色，為燃料電池堆高效穩(wěn)定運行提供保障。外觀圖為Mirai燃料電池汽車底盤下方的燃料電池系統(tǒng)，高度集成和小型化。
豐田Mirai燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖
豐田Mirai燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)外觀
1.豐田紡織
豐田紡織株式會社(Toyota Boshoku)設立于1918年，致力于汽車座椅及內(nèi)飾件的研究、開發(fā)和制造，具有世界一流的座椅、骨架、調(diào)角器等功能件及內(nèi)飾系統(tǒng)的綜合開發(fā)設計及生產(chǎn)能力。豐田紡織為Mirai燃料電池系統(tǒng)開發(fā)的部件有：空壓機消音器、離子交換器(去離子裝置)、燃料電池堆歧管、雙極板。
Mirai燃料電池汽車上為燃料電池堆提供氫氣、氧氣和冷卻水的管路由豐田紡織提供。鋁合金和有拉伸特性的樹脂通過注塑成形(insert molding)方法制備更加輕薄。
燃料電池堆歧管
離子交換器的作用是去除冷卻系統(tǒng)中冷卻液中融解的離子數(shù)量，保持電堆與其他部件電隔離(electrically insulated)。
去離子裝置(離子交換器)
鈦金屬有30%的膨脹比(expansion ratio)。豐田紡織通過高精度、高速沖壓成形工藝將鈦金屬膨脹比提高到60%，制備精細流場板。
雙極板
豐田紡織通過降低微振動效應，開發(fā)了卓越的降噪性能的空壓機消聲器。
空壓機消聲器
2.豐田自動織機
豐田自動織機株式會社(Toyota Industries)成立于1926年，多款產(chǎn)品市場份額位居世界第一，如噴氣式織機占世界市場份額39%，汽車空調(diào)用壓縮機占38%，叉車占世界份額25%(2002年)?！叭剂想姵馗韶洝惫娞枌ωS田自動織機開發(fā)六葉螺旋羅茨式空壓機的歷史進行了部分介紹，有興趣的讀者可進行查看。豐田自動織機為Mirai燃料電池系統(tǒng)開發(fā)了六葉螺旋羅茨式空壓機、氫氣循環(huán)泵和氫氣循環(huán)泵逆變器。
燃料電池電化學反應的進行需要空氣中氧氣參與?？諌簷C的作用是將空氣源源不斷的輸送到電堆入口并增壓。豐田自動織機開發(fā)六葉螺旋羅茨空壓機，通過在高低負荷間調(diào)節(jié)氣體壓力實現(xiàn)效率提升。與豐田2008年FCHV-adv款燃料電池汽車相比，低負荷時效率提高14%，高負荷時效率提高20%。(感興趣的讀者可以關(guān)注“燃料電池干貨”公眾號，將分幾期推送豐田工程師告訴你如何開發(fā)Mirai空壓機的故事)
六葉螺旋羅茨空壓機
為了將電堆陽極出口出沒有參與內(nèi)部電化學反應的氫氣再次循環(huán)至電堆，提高燃料利用率和優(yōu)化水管理，豐田自動織機開發(fā)了氫氣循環(huán)泵，該氫氣循環(huán)泵的高效工作使得Mirai燃料電池汽車取消了加濕器，這在全球尚屬首次。
氫氣循環(huán)泵
氫氣循環(huán)泵的逆變器和水泵的逆變器集成為一個單元，使得冷卻水道和電力提供可以同時進行。與前代相比，體積減小23%。
氫氣循環(huán)泵逆變器
3.電裝
日本株式會社電裝(Denso)是全球頂級汽車零部件及系統(tǒng)供應商，成立于1949年，在環(huán)境保護、發(fā)動機管理、車身電子產(chǎn)品、駕駛控制與安全、信息和通訊等領域，成為全球主要整車生產(chǎn)商的合作伙伴。電裝為Mirai燃料電池系統(tǒng)開發(fā)了冷卻系統(tǒng)相關(guān)部件和加氫系統(tǒng)部件。
電裝為豐田Mirai燃料電池汽車提供了諸多零部件，比如冷卻系統(tǒng)中的散熱器、水泵、節(jié)溫器(三通閥)等，加氫系統(tǒng)中的氫罐、壓力傳感器、紅外線發(fā)射器等。
電裝參展情況(專為Mirai燃料電池汽車開發(fā))
4.愛信
日本愛信(Aisin)成立于1969年，專門生產(chǎn)自動變速箱。由愛信和博格華納合資建立，是愛信精機(Aisin Seiki)株式會社的子公司，豐田集團持22.2%股份。愛信為豐田Mirai燃料電池系統(tǒng)開發(fā)了空氣閥門模塊和電堆端板等。
空氣閥門模塊引導氣體進堆，并且根據(jù)氣體壓力、湍流程度和密封效果進行模塊化集成設計。加速工況下，閥門開啟變大。根據(jù)加速踏板調(diào)節(jié)氣體分流情況，改變發(fā)電量。不發(fā)電時，則關(guān)閉閥門。
空氣閥門模塊
愛新高丘公司開發(fā)的端板是燃料電池堆的集電流部分，端板表面需要低電阻，并且耐腐蝕。
電堆端板
5.捷太格特
捷太格特(JTEKT)是原光洋精工和原豐田工機在2006年1月合并后成立的新公司。捷太格特擁有世界第一的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)行業(yè)市場份額，并結(jié)合軸承行業(yè)、機床行業(yè)、傳動行業(yè)成為主要的四大行業(yè)。捷太格特為Mirai燃料電池系統(tǒng)開發(fā)了氫罐閥門和減壓閥。高壓氫罐閥門控制氣體進出電堆。
高壓氫罐閥門
減壓閥將氫罐壓力從70MPa降到1MPa，以滿足燃料電池堆內(nèi)壓力要求。
減壓閥
6.愛三工業(yè)
氫氣噴射器的作用就是調(diào)節(jié)進堆氫氣的壓力和流量。
氫氣噴射器
7.東麗
東麗(Toray)株式會社成立于1926年，是世界著名的以有機合成、高分子化學、生物化學為核心技術(shù)的高科技跨國企業(yè)。東麗為Mirai燃料電池系統(tǒng)提供了各種碳纖維材料，比如氫罐的高強度碳纖維、電堆中氣體擴散層和汽車車身結(jié)構(gòu)方面的碳纖維增加塑料等。
東麗為豐田Mirai燃料電池汽車開發(fā)了高安全、高強度和輕質(zhì)的碳纖維材料，用于生產(chǎn)氫罐。
氫罐
為了提高燃料電池性能，東麗開發(fā)了高耐久性和高氣體傳質(zhì)性的氣體擴散層。同時，東麗還開發(fā)了基于碳纖維增強熱塑性樹脂的燃料電池堆外殼。
東麗為Mirai開發(fā)的其他零部件
8.科特拉
科特拉(Cataler)成立于1967年，為全球客戶提供凈化空氣和水的觸媒和活性炭產(chǎn)品。在混合動力車、汽柴油車等汽車尾氣凈化用觸媒方面，該公司技術(shù)領先。
科特拉運用排氣觸媒和活性炭技術(shù)，與豐田汽車公司共同開發(fā)的最先端電極觸媒被采用。
科特拉均一涂抹技術(shù)示意
科特拉制備貴金屬和碳的粉末
科特拉開發(fā)催化劑與常規(guī)產(chǎn)品性能對比
8.住友理工
住友理工株式會社(Sumitomo Riko)成立于1929年，總部位于日本愛知縣名古屋市。主打汽車減震器、剎車管、發(fā)動機罩、座椅頭枕和橡膠制壓力傳感器等。
由于具備生成傳統(tǒng)汽車抗震橡膠的技術(shù)，住友理工在此基礎上，通過高精度成形技術(shù)開發(fā)了可在大溫度范圍內(nèi)長久密封的高性能密封圈。
燃料電池堆密封原理(住友理工官網(wǎng))
9.日寫
日寫(Nissha)成立于1929年。為了防止氫氣泄露，確保Mirai燃料電池汽車的使用安全性，需要在車身安裝氫氣濃度傳感器，以實時監(jiān)測車內(nèi)氫氣濃度值。日寫公司旗下Fis開發(fā)的氫氣濃度傳感器可以實現(xiàn)1秒內(nèi)快速響應和長久工作，并且可在車輛啟動前監(jiān)測和預報氫氣濃度值。
氫氣濃度傳感器外觀
Mirai燃料電池車上氫氣濃度傳感器位置(示意用，非準確位置)
