燃料電池汽車是什么

燃料電池汽車( FCV) 是一種用車載燃料電池裝置產生的電力作為動力的汽車，裝置所使用的燃料為高***氫氣或含氫燃料經重整所得到的高含氫重整氣，也可以算作電動汽車，但可以在五分鐘內給電池灌滿燃料，而不是等上幾個小時來充滿電。

燃料電池汽車也可以算作電動汽車，但你可以在五分鐘內給電池灌滿燃料，而不是等上幾個小時來充滿電。燃料電池汽車也是電動汽車，只不過“電池”是氫氧混合燃料電池。和普通化學電池相比，燃料電池可以補充燃料，通常是補充氫氣。一些燃料電池能使用甲烷和汽油作為燃料，但通常是限制在電廠和叉車等工業領域使用。

簡介

燃料電池汽車( FCV) 是一種用車載燃料電池裝置產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***氫氣或含氫燃料經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充電的蓄電池。因此, FCV 的關鍵是燃料電池。

燃料電池是一種不燃燒燃料而直接以電化學反應方式將燃料的化學能轉變為電能的高效發電裝置。發電的基本原理是: 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層向陰極( 氧化極) 方向運動, e-因通不過電解質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-和燃料穿過電解質的 H+ 結合生成穩定結構的水( H2O) , 完成電化學反應放出熱量。這種電化學反應與氫氣在氧氣中發生的劇烈燃燒反應是完全不同的, 只要陽極不斷輸入氫氣, 陰極不斷輸入氧氣, 電化學反應就會連續不斷地進行下去, e-就會不斷通過外部電路流動形成電流, 從而連續不斷地向汽車提供電力。與傳統的導電體切割磁力線的回轉機械發電原理也完全不同, 這種電化學反應屬于一種沒有物體運動就獲得電力的靜態發電方式。因而, 燃料電池具有效率高、噪音低、無污染物排出等優點, 這確保了 FCV 成為真正意義上的高效、清潔汽車。

為滿足汽車的使用要求, 車用燃料電池還必須具有高比能量、低工作溫度、起動快、無泄漏等特性,在眾多類型的燃料電池中, 質子交換膜燃料電池( PEMFC) 完全具備這些特性, 所以 FCV 所使用的燃料電池都是 PEMFC。

工作原理

燃料電池汽車的工作原理是，作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中，與大氣中的氧氣發生氧化還原化學反應，產生出電能來帶動電動機工作，由電動機帶動汽車中的機械傳動結構，進而帶動汽車的前橋（或后橋）等行走機械結構工作，從而驅動電動汽車前進。

7 核心部件燃料電池。燃料電池的反應結果會產生極少的二氧化碳和氮氧化物，副產品主要產生水，因此被稱為綠色新型環保汽車。燃料電池汽車是電動汽車的一種，其核心部件燃料電池。通過氫氣和氧氣的化學作用，而不是經過燃燒，直接變成電能動力。

燃料電池汽車的氫燃料能通過幾種途徑得到。有些車輛直接攜帶著純氫燃料，另外一些車輛有可能裝有燃料重整器，能將烴類燃料轉化為富氫氣體。單個的燃料電池必須結合成燃料電池組，以便獲得必需的動力，滿足車輛使用的要求。圖 2 為燃料電池汽車的燃料電池本體示意圖。

特點

與傳統汽車相比，燃料電池汽車與傳統的內燃機驅動汽車在構造及動力傳輸等方面的不同, 為汽車的整體設計提出了新的要求。傳統內燃機汽車的發動機----變速器動力總成在燃料電池汽車中不復存在, 取而代之的是燃料電池反應堆、蓄電池、氫氣罐、電動機、DC /DC 轉化器等設備。而制動系統和懸架也相應變化。因此, 根據燃料電池汽車自身特點,在設計時, 應作相應的變化和改進。燃料電池汽車具有以下優點：

1、零排放或近似零排放。

2、減少了機油泄漏帶來的水污染。

3、降低了溫室氣體的排放。

4、提高了燃油經濟性。

5、提高了發動機燃燒效率。

6、運行平穩、無噪聲。

燃料電池汽車的特點表現在以下方面：

關鍵技術

電動汽車的關鍵能源動力技術包括電池技術、電機技術、控制器技術。電池技術、電機技術和控制器技術是電動汽車所特有的技術，這 3 項技術也是一直制約電動汽車大規模進入市場的關鍵因素。

電池技術

電池是電動汽車的動力源泉，也是一直制約電動汽車發展的關鍵因素。電動汽車用電池的主要性能指標是比能量(E) 、能量密度(Ed)、比功率(P)、循環壽命(L)和成本(C)等。要使電動汽車能與燃油汽車相競爭，關鍵就是要開發出比能量高、比功率大、使用壽命長的高效電池。

電動汽車用電池經過了 3 代的發展，已經取得了突破性進展。

第 1 代是鉛酸電池，目前主要是閥控鉛酸電池(VRLA) ，由于其比能量較高、價格低和能高倍率放電， 因此是目前惟一能大批量生產的電動汽車用電池。

第 2 代是堿性電池，主要有鎳鎘、鎳氫、鈉硫、鋰離子和鋰聚合物等多種電池，其比能量和比功率都比鉛酸電池高，因此大大提高了電動汽車的動力性能和續駛里程，但其價格卻比鉛酸電池高。

第 3 代是以燃料電池為主的電池，燃料電池直接將燃料的化學能轉變為電能，能量轉變效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反應過程，能量轉化過程可以連續進行，因此是理想的汽車用電池還處于研制階段，一些關鍵技術還有待突破。

廣泛應用于電動汽車的燃料電池是一種稱為質子交換膜的燃料電池(PEMFC) ，它以純氫為燃料，以空氣為氧化劑，不經歷熱機過程，不受熱力循環限制，因此能量的轉換效率高，是普通內燃機熱效率的 2～3 倍。同時，它還具有噪音低、無污染、壽命長、啟動迅速、比功率大和輸出功率可隨時調整等特性，使得 PEMFC 非常適合用作交通工具的動力源。

國內外研究現狀

隨著環境問題和能源問題的日益突出，新能源汽車成為了世界各大汽車廠商及研發機構的研究熱點，而在其中，燃料電池汽車（fuel-cell vehicle，FCV) 以其高效率和近零排放被普遍認為具有廣闊的發展前景。美國、歐盟、日本和韓國都投入了大量資金和人力進行燃料電池車輛的研究，通用、福特、克萊斯勒、豐田、本田、奔馳等大公司都已經開發出燃料電池車型并已經在公路上運行，普遍狀況良好。近年來，我國在燃料電池方面的投入也不斷加大，北京奧運會、上海世博會期間都有燃料電池轎車和大客車進行了示范運行。燃料電池汽車將在新能源汽車中占據重要地位已經是不爭的事實。

北美

美國和加拿大是燃料電池研發和示范的主要區域，在美國能源部（DOE）、交通部（DOT）和環保局（EPA）等***部門的支持下，燃料電池技術取得了很大的進步，通用汽車、福特汽車、豐田、戴姆勒奔馳、日產、現代等整車企業均在美國加州參加燃料電池汽車的技術示范運行，并培育了美國的 UTC（聯合技術公司）、加拿大的巴拉德（Ballad）等國際知名的燃料電池研發和制造企業美國通用汽車公司 2007 年秋季啟動的 Project Driveway 計劃，將 100 輛雪佛蘭 Equinox 燃料電池汽車投放到消費者手中，2009 年總行駛里程達到了 160 萬 km。同年，通用汽車宣布開發全新的一代氫燃料電池系統，新系統與雪佛蘭 Equinox 燃料電池車上的燃料電池系統相比，新一代氫燃料電池體積縮小了一半，質量減輕了 100 kg，鉑金用量僅為原來的 1/3。通用汽車新一代燃料電池汽車的鉑金用量已經下降到 30 g，按照目前國際市場價格，鉑金為 300~400 元/g，100 kW 燃料電池的鉑金成本約為 1 萬元人民幣，燃料電池的成本大幅度下降。預計到 2017 年，100 kW 燃料電池發動機的鉑金用量將下降到 10~15 g，達到傳統汽油機三效催化器的鉑金用量水平。

美國在 2006 年專門啟動了國家燃料電池公共汽車計劃（National Fuel Cell City Bus Program，NFCBP），進行了廣泛的車輛研發和示范工作，2011 年美國燃料電池混合動力公共汽車實際道路示范運行單車壽命超過 1.1 萬 h 。美國在燃料電池混合動力叉車方面也進行了大規模示范，截至 2011 年，全美大約有 3000 臺燃料電池叉車，壽命達到了 1.25 萬 h 的水平。燃料電池叉車在室內空間使用，具有噪音低、零排放的優點。