氫燃料電池車

氫燃料電池指的是氫通過與氧的化學反應而產生電能的裝置（單純依靠燃燒氫來驅動的“氫內燃機”，也曾出現過，比如寶馬的氫能7系）。氫燃料電池車的驅動力來自於車上的電動機就像純電動車一樣，因此氫燃料電池車可以理解為一輛“自帶氫燃料發電機的電動車”。

2018年4月19日，從正在舉行的首屆上海氫能與燃料電池交通套用大會上獲悉,氫燃料電池車將於2019年在上海投入公共服務領域使用。

基本介紹

• 中文名：氫燃料電池車
• 領域：汽車

研究概況

據最新統計迄今為止推出的燃料電池汽車中，壓縮氫氣最受關注,這主要是因為這種車型的燃料供給在技術性上最為簡單可行。各公司出產的 FCV(燃料電池車)從續駛里程、最大時速，到燃油經濟性，乃至儲氫的壓力等方面，都取得了較大進展。

目前日本、韓國和美國等已開發國家都將大型燃料電池的開發作為重點研究項目，企業界也紛紛斥以巨資，從事燃料電池技術的研究與開發， 現在已取了許多重要成果，使得燃料電池即將取代傳統發電機及內燃機而廣泛套用於發電及汽車上。

研究現狀

對於國內而言氫燃料內燃機的研究比較滯後。直到上世紀 80 年代，才湧現出了以浙大、天大等著名高等院校為主要代表的對氫內燃機的探索研究，而且研究工作主要針對的是混合燃料發動機，氫燃料通常作為輔助燃料與汽油、柴油等傳統燃料混合燃燒；

總的來說我國對氫發動機的研究起步較晚，在關乎氫燃料發動機發展的眾多關鍵技術領域仍然處於空白階段或是剛剛起步的階段，如較大規模的製造氫能源、發動機增壓技術、氫氣的供給系統與系統的安全、發動機控制策略、污染物排放控制技術、綜合電子控制管理系統等等都存在不足。在研究的內容方面，絕大多數只是高等院校的理論性探索研究，在核心技術方面差距仍較大，整體的技術水平不高。

國際產品套用

英國政府將大力發展氫燃料電池汽車，計畫在2030年之前使英國氫燃料電池車保有量達到 160萬輛，並在2050年之前使其市場占有率達到30% ～ 50%。政府將從2015年起實現氫燃料電池汽車本土化生產，並自行研發相關技術，另外還將建設氫燃料補給站。目前從今年起的一段時間內，現代、豐田、戴姆勒克萊斯勒、本田等公司都將在荷蘭市場推出氫能源汽車。

荷蘭政府稱將起帶頭作用，將全球氫能源汽車的發展推上新的階段。

國內產品套用

2008年我國自主研製的基於大眾帕薩特車型，通過改制和集成最新一代燃料電池轎車動力系統平台氫燃料電池轎車在同濟大學新能源汽車工程中心舉行赴京發車儀式，並在奧運會期間投入運營。這20輛燃料電池汽車以氫氣為能源，經氫氧化學反應生成水，從而真正實現零污染。

北京奧運會和上海世博會上使用氫燃料電池車都展示了我國在氫燃料電池車開發套用上的實力和進步，但我國氫燃料電池的研究水平與歐美一些已開發國家相比，尚有一定差距，主要表現在我國氫燃料電池轎車車重200多千克，價格貴5倍以上。而且氫燃料電池車仍然處於技術驗證與特定考核試驗考核階段。

產品組成

氫燃料電池車主要由高壓儲氣罐、氫燃料電池堆疊、燃料電池升壓器、動力蓄電池組、驅動電動機和動力控制單元等組成。

工作原理

在燃料電池堆疊里，進行著氫與氧相結合的反應，其過程中存在電荷轉移，從而產生電流。與此同時氫與氧化學反應後正好生成水。

燃料電池堆疊作為一個化學反應池，其最為關鍵的技術核心為“質子交換薄膜”。在這層薄膜的兩側緊貼著催化劑層，將氫氣分解為帶電離子狀態，因為氫分子體積小，攜帶電子的氫可以透過薄膜的微小孔洞游離到對面去，但是在攜帶電子的氫穿越這層薄膜孔洞的過程中，電子被從分子上剝離，只留下帶正電的氫質子通過薄膜到達另一端。氫質子被吸引到薄膜另一側的電極與氧分子結合。薄膜兩側的電極板將氫氣拆分成氫離子正電和電子、將氧氣拆分 成氧原子以捕獲電子變為氧離子（負電），電子在電極板之間形成電流，2個氫離子和1個氧 離子結合成為水，水成為了該反應過程中的唯一“廢料”。從本質來講整個運行過程就是發 電過程。隨著氧化反應的進行，電子不斷發生轉移就形成了驅動汽車所需的電流。

圖1 氫燃料電池的工作原理

產品優勢

節能環保性能優越

縱觀氫燃料電池整個運行過程中，除了消耗氧氣和空氣之外，沒有其他的能源消耗，沒有加油也沒有充電，節能性能毋庸置疑。同時，氫燃料電池堆疊在生產電能的過程中只產生水，因此其最大的優勢就是真正的實現了“零排放”目標。

容易實現

燃氫發動機的實用化相對容易實現，傳統內燃機結構只需稍加的改動就可以燃用氫氣，而且可以充分利用全球現存的車用發動機生產線路和配套設施，因此是目前車用發動機氫能套用解決方案中最具經濟性和使用最廣泛的。此外，氫內燃機對氫燃料純度的要求也沒有燃料電池那么苛刻，並且在內燃機套用方面，傳統的汽車廠商已經擁有了大量的經驗。

燃料補充時間與燃油車相當

氫燃料電池車加注氫氣的過程非常快速便捷，專用的加氫設備僅需3分鐘即可充滿氫原料，相對於純電動車超長的充電等待時間而言，其優勢是顯而易見的。

性能叫板燃油車

奧迪A7Sportbackh-tronquattro作為一款氫燃料電池車，前後軸各配備了一台最大輸出功率85Kw，最大扭矩270Nm的電動機，總功率達170Kw，更提供了高達540Nm的扭矩。該車0-100Km加速7.9秒，最高時速180Km/h，可與汽油車媲美。

套用前景

氫燃料電池的優點是令人難以想像的 ,如果使純氫氣, 它的生產產物只有水, 無污染、無噪聲 、效率高 、回響性好等。氫燃料電池不但在汽車上可作為汽車的綠色動力源,而且在工業上也可作為一個大型氫燃料發電站 , 前景是不言而喻的。整個氫能系統技術中的燃料電池 ,被加拿大著名科學家斯科特比喻為能源系統的“晶片” ,即能源供應中起著重要的關鍵作用 ,它進而延伸至整個國民經濟和社會發展, 以及人民生活中起著不可或缺的重要作用。