認知氫燃料電動汽車1目錄一、燃料電池汽車的定義與分類二、氫燃料電池汽車的組成與工作原理三、氫燃料汽車的關(guān)鍵技術(shù)與特點四、氫燃料汽車各類車型比較五、氫燃料汽車的發(fā)展趨勢3一、燃料電池汽車的定義與分類4一、燃料電池汽車的定義與分類1.（氫）燃料電池汽車的定義

燃料電池汽車(FCV)是一種用車載燃料電池裝置產(chǎn)生的電力作為動力的汽車。車載燃料電池裝置所使用的燃料為高純度氫氣或含氫燃料經(jīng)重整所得到的高含氫重整氣。與通常的電動汽車比較,其動力方面的不同在于FCV用的電力來自車載燃料電池裝置,電動汽車所用的電力來自由電網(wǎng)充電的蓄電池。因此,FCV的關(guān)鍵是燃料電池。

氫燃料電池車(Fuelcellvehicle-FCEV)是使氫或含氫物質(zhì)及空氣中的氧通過燃料電池以產(chǎn)生電力，再以電力推動電動機，由電動機推動車輛的汽車。5一、燃料電池汽車的定義與分類2.燃料電池汽車的分類

燃料電池汽車(FCV)是一種用車載燃料電池裝置產(chǎn)生的電力作為動力的汽車。按燃料電池分類如下：（1）堿性燃料電池（2）質(zhì)子交換膜燃料電池（3）直接甲醇燃料電池（4）磷酸燃料電池（5）熔融碳酸鹽燃料電池（6）固體氧化物燃料電池氫燃料電池反應(yīng)堆6二、氫燃料電池汽車的組成與工作原理7二、氫燃料電池汽車的組成與工作原理1.氫燃料電池汽車的組成

氫燃料汽車動力部分由：驅(qū)動電機、動力控制單元、燃料電池升壓器、高壓儲氫罐、燃料電池和動力電池組成。如圖所示豐田Mirai結(jié)構(gòu)8二、氫燃料電池汽車的組成與工作原理1.氫燃料電池汽車的組成（1）驅(qū)動電機

燃料電池電動汽車用的驅(qū)動電機主要有直流電機、交流電機、永磁同步電機和開關(guān)磁阻電機等，具體選型必須結(jié)合整車開發(fā)目標，綜合考慮電機的特點。（2）燃料電池堆棧

燃料電池是燃料電池電動汽車的主要動務(wù)源，它是一種不燃燒燃料而直接以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母咝Оl(fā)電裝置。9二、氫燃料電池汽車的組成與工作原理1.氫燃料電池汽車的組成（2）燃料電池堆棧

氫燃料電池實際上是利用氫氣在燃料電池堆里面與空氣中的氧氣反應(yīng)，發(fā)電并排放出清水，如圖所示氫燃料電池工作原理。如果氫氣的來源體系比較綠色，幾乎是可以無限循環(huán)，所以是非常環(huán)保的未來能源技術(shù)之一。10二、氫燃料電池汽車的組成與工作原理1.氫燃料電池汽車的組成（3）燃料電池升壓器

Mirai車輛的燃料電池是由370個電芯疊加組成在一起，由于燃料電池堆棧中每片電芯發(fā)電的電壓范圍約為0.6V～0.8V，整體未超過300V，為了更好地給驅(qū)動電機供電，還需要一個升壓轉(zhuǎn)換器將電壓進行提升。Mirai車輛配置了一個緊湊且高效的大容量升壓器，能夠?qū)⑷剂想姵刈罱K輸出的電壓進行提升，以滿足驅(qū)動電機的最大輸出需求。該升壓轉(zhuǎn)換器體積為13L，可以將燃料電池提供的電壓等級從250V提高至650V，然后供給到驅(qū)動電機。11二、氫燃料電池汽車的組成與工作原理1.氫燃料電池汽車的組成（4）動力電池總成Mirai車輛配置了1.6kW·h的動力電池組，與燃料電池分別起著不同的作用，在整車負載低的時候可以單獨用動力電池給驅(qū)動電機供電，帶動車輛前進，而燃料電池堆棧也可以通過發(fā)電給動力電池充電，動力電池把燃料電池堆產(chǎn)生的剩余電能儲存起來，供后續(xù)車輛急加速使用和車載用電器使用。12二、氫燃料電池汽車的組成與工作原理1.氫燃料電池汽車的組成（5）高壓存氫罐高壓儲氫罐是氣態(tài)氫的儲存裝置，用于給燃料電池供應(yīng)氫氣。為保證燃料電電池電動汽車一次充氣有足夠的續(xù)航里程，就需要多個高壓儲氫罐來儲存氣態(tài)氫氣。一般轎車需要2~4個高壓儲氣瓶，大客車上需要5~10個高壓儲氫罐。13二、氫燃料電池汽車的組成與工作原理2.氫燃料汽車的工作原理（1）氫燃料電池發(fā)電原理燃料電池是一種不燃燒燃料而直接以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母咝Оl(fā)電裝置。發(fā)電的基本原理是:電池的陽極(燃料極)輸入氫氣(燃料),氫分子(H2)在陽極催化劑作用下被離解成為氫離子(H+)和電子(e-),H+穿過燃料電池的電解質(zhì)層向陰極(氧化極)方向運動,e-因通不過電解質(zhì)層而由一個外部電路流向陰極;在電池陰極輸入氧氣(O2),氧氣在陰極催化劑作用下離解成為氧原子(O),與通過外部電路流向陰極的e-和燃料穿過電解質(zhì)的H+結(jié)合生成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的水(H2O),完成電化學(xué)反應(yīng)放出熱量。14二、氫燃料電池汽車的組成與工作原理2.氫燃料汽車的工作原理（2）燃料電池車工作原理從原理上說，燃料電池車的工作原理實際上更類似于目前市面上流行的混合動力汽車，其具體原理可描述為：當(dāng)汽車工作時，儲氫罐中的氫氣進入燃料電池中的反應(yīng)裝置，與車頭吸入的空氣反應(yīng)產(chǎn)生電能，電能由一套類似于混合動力車的能量分配單元分配給電機及驅(qū)動電池，從而帶動驅(qū)動電機為整車提供動力，剩余能量則再次給電池充電回收。15三、氫燃料汽車的關(guān)鍵技術(shù)與特點16三、氫燃料汽車的關(guān)鍵技術(shù)與特點1、氫燃料汽車的關(guān)鍵技術(shù)

推廣氫能汽車需要解決三個技術(shù)問題：大量制取廉價氫氣的方法；解決氫氣的安全儲運問題；解決汽車所需的高性能、廉價的氫供給系統(tǒng)。（1）制氫方法

氫氣不僅是重要的工業(yè)原料和還原劑，也是燃料電池的必要燃料。隨著燃料電池的推廣和普及，燃料電池汽車進入成熟市場，氫的消耗量也會以驚人的速度增加。目前工業(yè)制氫主要有幾種方法：一是采用化石燃料制取氫氣；二是從化工副產(chǎn)物中提取氫氣；三是采用采用來自生物的甲醇甲烷制取氫氣，四是利用太陽能、風(fēng)能等自然能量進行水的電解。17三、氫燃料汽車的關(guān)鍵技術(shù)與特點1、氫燃料汽車的關(guān)鍵技術(shù)（2）儲氫方法

傳統(tǒng)儲氫方法有兩種，一種方法是利用高壓鋼瓶（氫氣瓶）來儲存氫氣，但鋼瓶儲存氫氣的容積小，而且還有爆炸的危險；另一種方法是儲存液態(tài)氫，但液體儲存箱非常龐大，需要極好的絕熱裝置來隔熱。

近年來，一種新型簡便的儲氫方法，即利用儲氫合金（金屬氫化物）來儲存氫氣。在一定的溫度和壓力條件下，一些金屬能夠大量“吸收”氫氣，反應(yīng)生成金屬氫化物，同時放出熱量。其后，將這些金屬氫化物加熱，它們又會分解，將儲存在其中的氫釋放出來。這些會“吸收”氫氣的金屬，稱為儲氫合金。儲氫合金原理18三、氫燃料汽車的關(guān)鍵技術(shù)與特點1、氫燃料汽車的關(guān)鍵技術(shù)（3）車載氫系統(tǒng)及氫安全

燃料電池汽車上與氫氣加注、存儲、輸送、供給、監(jiān)測和控制等有關(guān)的裝置統(tǒng)稱為車載氫系統(tǒng)，車載氫系統(tǒng)與燃料電池汽車的氫安全密切相關(guān)。

露天環(huán)境下的氫氣泄漏危害性較小，因為氫氣的密度輕、會快速向上擴散稀釋，即便是遇到明火，危害性也遠小于汽油等傳統(tǒng)車載燃料；然而當(dāng)場地變成了地下停車場和隧道后，車輛上泄漏的氫氣會滯留、聚積并能夠大范圍擴散，一旦泄漏量積累到一定程度后發(fā)生爆炸，將會危及整個停車場或隧道及其上層建筑，危害性極大。挪威加氫站爆炸現(xiàn)場19三、氫燃料汽車的關(guān)鍵技術(shù)與特點2、氫燃料汽車的特點1）優(yōu)點（1）氫燃料汽車排放物是純水，行駛時不產(chǎn)生任何污染物；（2）地球上氫燃料含量豐富，氫氣可以從電解水、煤的氣化中大量制取，并且是可再生燃料，不會導(dǎo)致能源危機；（3）也不需要對汽車發(fā)動機進行大的改裝，因此氫能汽車具有廣闊的應(yīng)用前景；（4）氫燃料汽車消耗完燃料后，僅需五分鐘即可加滿燃料，無續(xù)航危機；（5）氫燃料蘊含能量大，能夠支撐大負載運作，續(xù)航里程較長。20三、氫燃料汽車的關(guān)鍵技術(shù)與特點2、氫燃料汽車的特點2）缺點（1）氫燃料電池成本過高；（2）氫氣的提取需要通過電解水或者利用天然氣，如此一來同樣需要消耗大量能源，除非使用核電來提取，否則無法從根本上降低二氧化碳排放；（3）氫燃料的存儲和運輸按照目前的技術(shù)條件來說非常困難，因為氫分子非常小，極易透過儲藏裝置的外殼逃逸；（4）現(xiàn)階段制氫、存氫，運氫、用氫技術(shù)尚未成熟，有待提高。21四、氫燃料汽車各類車型比較22四、氫燃料汽車各類車型比較1.現(xiàn)代NEXO和豐田Mirai對比

新一代的NEXO，續(xù)航里程可達805km，包括約200km動力電池續(xù)航和600km氫燃料電池續(xù)航。三個52L的氫燃料罐放置于車身后方，可以有效保障發(fā)生前方碰撞時駕駛員的安全。氫燃料電池罐采用了快速排氣系統(tǒng)，可以保證在事故發(fā)生時最快速、安全的排空氫氣，避免發(fā)生爆炸危險。高壓電池系統(tǒng)放置于車身尾部，采用了40KW鋰電池組，240V電壓，可以純電驅(qū)動提升續(xù)航里程，同時也起到預(yù)熱車輛、回收能量等作用。

豐田全新Mirai采用了后輪驅(qū)動，配備3個儲氫罐，續(xù)駛里程達到404英里（650公里）。動力方面，搭載氫燃料電池系統(tǒng)。最大功率184馬力，0-62英里/小時（0—100公里/小時）加速時間為9秒。最高時速為175km/h。23五、氫燃料汽車的發(fā)展趨勢24五、氫燃料汽車的發(fā)展趨勢1.氫燃料電池汽車行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

燃料電池汽車是我國新能源汽車“三橫三縱”發(fā)展路線的重要分支，由于其最清潔且無里程焦慮，一直被看做是移動能源領(lǐng)域的“終極方案”。目前全球燃料電池汽車發(fā)展較領(lǐng)先的是日韓與歐美。2016年，全球氫燃料電池汽車的商業(yè)化取得了較大突破，燃料電池汽車(僅指乘用車)的注冊量為2312輛，同比增長225%，已占2016年全球新能源乘用車銷量(774384輛)的0.3%。其中豐田Mirai占88%，現(xiàn)代ix35/TucsonFCEV占7%，而本田ClarityFCEV僅占5%。25五、氫燃料汽車的發(fā)展趨勢1.氫燃料電池汽車行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2021年9月30日，工業(yè)和信息化部在官方網(wǎng)站公示了申報第348批《道路機動車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》新產(chǎn)品，吉利星際客車11米氫燃料電池客車赫然在列，這也是吉利星際客車首輛氫燃料電池城間車，如圖所示。吉利星際客車對“氫”市場的嘗試發(fā)展大舉邁進，從氫燃料電池城市客車到城間客車，背靠有力政策，有節(jié)奏、有目標，精準瞄向未來市場，已經(jīng)成為氫燃料電池客車市場新生力量。吉利星際客車（氫燃料電池城間車）26五、氫燃料汽車的發(fā)展趨勢2.氫燃料電池汽車行業(yè)發(fā)展趨勢

截至2020年底，新能源汽車國家監(jiān)測和管理平臺已累計接入氫燃料電池汽車6002輛，其中，氫燃料電池公交車和物流車接入量占比分別為37.02%和52.53%，占據(jù)主導(dǎo)地位。

當(dāng)前，發(fā)展氫能已經(jīng)成為保障國家能源安全、實現(xiàn)節(jié)能減排的重要路徑，而燃料電池汽車正是氫能源最具現(xiàn)實意義的應(yīng)用場景之一。在2020年11月發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021~2035)》中，明確提出“支持有條