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2025.12.24

2025年稳步进化的超导、氢燃料发动机
HEV等技术:超级耐力赛富士站收官赛

11月16日,超级耐力赛2025赛季的最终站在静冈县小山町的富士国际赛车场举行,以液态氢为燃料的GR COROLLA(即液态氢COROLLA)成功完成了4小时109圈的全场比赛。

液态氢COROLLA此次参加超级耐力赛,是继5月富士24小时耐力赛后,时隔半年的再次登场。由于此前被视为课题的燃料增压泵耐久性技术问题已取得进展,本次GR COROLLA得以全程以最大功率输出完赛。

另一方面,围绕氢能的研发与探索远不止于赛场之内。在赛道之外,相关技术同样取得了诸多实质性进展。本赛季,我们在通向氢能社会的道路上究竟迈出了多远?本期报道将为您深入呈现这些挑战与突破。

满身优点的超导技术?!

超导技术自2023年5月公布构想以来,便持续吸引着各方的密切关注。

这是一种在极低温环境下电阻变为零、电流可在无电力损耗下流动的革新技术,其应用广泛,涵盖运输、能源供给、医疗等多个领域。

研发人员利用液态氢COROLLA燃料储存罐内低至-253℃的温度环境,将超导技术应用在了驱动燃料增压泵的电机上。

在超级耐力赛最终站排位赛的11月15日,使用了超导技术的液态氢COROLLA首次进行了车技展示。

本次展示由TOYOTA GAZOO ROOKIE Racing的佐佐木雅弘车手执掌方向盘。

车辆展现出轻盈而敏捷的行驶表现,佐佐木在评价车辆调校完成度时提到:“重心高度得到了显著改善。由于重心降低,实际驾驶中几乎感觉不到车身侧倾。”

负责统筹氢燃料发动机项目的GR车辆开发部CE(首席工程师)伊东直昭指出:“搭载液态氢发动机的汽车与超导技术具有极高的兼容性,这将成为未来的关键技术。”并列举了以下三个要点。

① 去除原本位于储存罐上部的增压泵相关附件➡可增加储存罐的容量。
② 将电机内置于储存罐中➡(得益于低电阻特性,可实现小型化)有助于实现汽车的轻量化与低重心化。
③ 取消成为热源的法兰凸缘盘➡可减少因汽化而损失的用氢量。

此外,协助研发的京都大学特任教授中村武恒指出:“(这款超导电机)采用的是市销超导线材。简言之,只需用这种材料绕制线圈即可使用,基本不需要其他特殊工艺,性能却可得到大幅提升。”

此外,据悉该系统还能依据电机的驱动模式自适应调节阻力;即便储存罐内温度意外升至接近室温水平,其故障安全保护功能也会自动启动。

听起来满身优点的超导技术,也存在必须攻克的难题。

当液态氢燃料存量不足时,超导电机的一部分会露出液面,引起电机温度升高,从而导致超导性能衰减。

另一个挑战在于金属部件的耐久性问题。在液态氢的极低温环境下,金属材料会发生热收缩,且无法使用机油等常规润滑剂。

面对课题,伊东CE展现出了积极的意愿,他表示:“我们希望能与具备日本尖端技术的企业携手合作,稳步推进技术改良。同时期待进一步扩大合作伙伴朋友圈。”

氢燃料发动机HEV HIACE

下一项最新技术是氢燃料发动机混合动力车(HEV)。2024年11月,在超级耐力赛2024赛季的收官站上,搭载该系统的HIACE首次亮相。

首次亮相时为取消了副驾驶座位的11座规格车型,但这次已改良为12座。也就是说,可以和“普通的HIACE”一样使用。

CV Company的首席工程师太田博文这样阐述其意义。

“去年我们是在首次将氢燃料发动机与HEV结合的一周后,就把车带来展示了。当时完全是辆研发车辆,副驾驶席的位置还放着电气设备、测量仪器等。这次我们把它做成了一辆‘普通’的车。作为商用车,能够胜任日常工作,成为一辆‘普通’的车,这才是最重要的。如果问进化体现在哪里,那就是增加了副驾驶座,但为了实现这一点,我们彻底推进了零部件的小型化,以及背后动力传动系统的性能研发。”

2023年,尚未HEV化的氢燃料发动机HIACE已在澳大利亚进行了实证试验,锤炼了车辆性能。

当时面对课题之一的续航里程,氢燃料发动机HEV HIACE为这一课题提供了一种解决方案。丰田计划于2026年再次在澳大利亚的土地上进行实证试验。

兼顾输出与油耗 氢燃料发动机COROLLA CROSS

这是在赛车比赛如此严苛的环境中锤炼出来的氢燃料发动机。然而,要实现市销并作为日常代步工具使用,还有另一道门槛。

在赛场上,基本上使用的是喷射足量燃料以实现高功率输出的“当量燃烧”。但在城市中,并非总是需要高功率输出的场景。这种情况下,就需要使用抑制燃料喷射以节省油耗的“稀薄燃烧”。

现场向媒体记者展示了氢燃料发动机COROLLA CROSS着眼于氢燃料发动机车辆在城市中行驶的未来,平滑切换两种燃烧模式的新技术。

根据油门踩踏的深浅,显示屏上会对应显示“当量”或“稀薄”。

该车型的发动机与参加赛车比赛的液态氢COROLLA相同,都是G16发动机。记者们通过试驾,确认了氢燃料发动机车辆的操控性、顺畅的燃烧切换等,亲身感受到了氢燃料发动机面向量产所取得的进展。

降低“维修费” 让用氢更轻松

以上便是车辆方面的进化,但要实现氢能社会,还需要基础设施等环境建设。

旨在提升氢能使用便利性的相关活动,正从福岛县率先启动。

氢的价格主要由四大部分构成。

①包含运输费在内的氢采购成本
②运营加氢站的劳务费
③为安全使用氢而产生的设备维修费
④折旧费等

氢的价格并非仅由作为原材料的氢成本决定,还需计入加氢站的运营费用。

这其中占比最大的是③的维修费。为降低此项费用,各家公司正携手合作。

运营加氢站的根本通商公司认为,“要降低氢的价格,最快的方法是降低最耗成本的维修费”。他们作为商用加氢站,首次将原本外包的维修工作转为由内部完成。

从2025年4月开始,根本通商公司通过在丰田的工厂积累实习经验等方式,掌握了自主维护所需的技能。

通过将外包业务改为内部完成,他们能够自行应对设备故障,加氢站的勤务运转率也随之改善。

此外,还尝试了提高更换零部件的耐久性以降低维修费。

加地科技公司便承担了一部分工作。该公司在FCEV(燃料电池车)加氢站用超高压压缩机领域占据本国市场份额首位,他们正在致力于延长压缩机内部活塞环的使用寿命。

据介绍,氢在加注时有剥离帮助活塞顺畅运动的油膜的特性,从而导致活塞磨损。

目前,他们正从各制造商处征集想法,目标是将其更换频率从每年两次降低到一次。

另一家,普利司通也在致力于减少部件更换频率。

普利司通的改善对象是加氢软管。目前,加氢站是在每加注1000次后进行加氢软管的更换。

这款加氢软管运用了轮胎材料研发中培育出的高分子复合技术,是“集结了普利司通核心技术的软管”。

目前已确认,该设备可承受相当于现有标准10倍的10,000次使用。与此同时,针对其在实际使用环境中的可靠性,也正于根本通商等的加氢站开展进一步验证。

为提升氢的使用便利性而携手合作的成员:丰田、JHyM(Japan H₂ Mobility, LLC)、根本通商、普利司通、加地科技。

面向环境技术普及扩大朋友圈

丰田秉持着“环境技术唯有普及才有意义”的理念。无论多么出色的环保车,若不能普及,便无法对环境作出贡献。正因如此,丰田正在推进的工作,不仅限于车辆研发。

此外,氢作为燃料,仍然拥有广阔的未知可能。丰田不给选项设限,积极挑战各种技术。

无论如何,“伙伴”的存在至关重要。每当这个“朋友圈”扩大一点,我们就离实现氢能社会又近了一步。

2026年将展现怎样的发展态势?丰田时报将持续关注项目的挑战进程。

INDEX
在超级耐力赛2025赛季的收官赛中,氢能技术过去一年的发展成果得以展现。我们距离实现氢能社会还有多远?本期时报将总结该项技术的最新进展。
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