第三节　燃料电池电动汽车

采用燃料电池作电源的电动汽车称为燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV）。FCEV一般以质子交换膜燃料电池作为车载能量源。

一、燃料电池电动汽车的组成与原理

燃料电池电动汽车是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下，在燃料电池中经电化学反应产生的电能，并作为主要动力源驱动的汽车。燃料电池电动汽车实质上是纯电动汽车的一种，主要区别在于动力电池的工作原理不同。一般来说，燃料电池是通过电化学反应将化学能转化为电能，电化学反应所需的还原剂一般采用氢气，氧化剂则采用氧气，因此最早开发的燃料电池电动汽车多是直接采用氢燃料，氢气的储存可采用液化氢、压缩氢气或金属氢化物储氢等形式。燃料电池电动汽车的组成如图1-68所示。

图1-68　燃料电池电动汽车的组成

燃料电池电动汽车的核心部件是燃料电池系统，燃料电池系统将氢气与氧气反应产生的电能通过总线传给驱动电机，驱动电机将电能转化为机械能再传给传动系，从而驱动汽车行驶。

燃料电池是燃料电池汽车发展的关键技术。车用燃料电池系统核心是燃料电池堆。燃料电池堆技术发展趋势可用耐久性、低温启动温度、净输出比功率以及制造成本4个要素来评判。燃料电池堆研究正在向高性能、高效率和更高耐久性方向努力。

二、燃料电池电动汽车的特点

燃料电池电动汽车与传统汽车、纯电动汽车相比，具有以下优点。

（1）效率高　燃料电池的工作过程是化学能转化为电能的过程，不受卡诺循环的限制，能量转换效率较高，可以达到30％以上，而汽油机和柴油机汽车整车效率分别为16％～18％和22％～24％。

（2）续驶里程长　采用燃料电池系统作为能量源，克服了纯电动汽车续驶里程短的缺点，其长途行驶能力及动力性已经接近于传统汽车。

（3）绿色环保　燃料电池没有燃烧过程，以纯氢作燃料，生成物只有水，属于零排放。采用其他富氢有机化合物用车载重整器制氢作为燃料电池的燃料，生产物除水之外还可能有少量的CO2，接近零排放。

（4）过载能力强　燃料电池除了在较宽的工作范围内具有较高的工作效率外，其短时过载能力可达额定功率的200％或更大。

（5）低噪声　燃料电池属于静态能量转换装置，除了空气压缩机和冷却系统以外无其他运动部件，因此与内燃机汽车相比，运行过程中噪声和振动都较小。

（6）设计方便灵活　燃料电池汽车可以按照X-By-Wire（线控技术）的思路进行汽车设计，改变传统的汽车设计概念，可以在空间和质量等问题上进行灵活的配置。

三、燃料电池电动汽车实例

在2014北京国际汽车展上，上海汽车集团股份有限公司推出了荣威950插电式燃料电池电动汽车。该车搭载有动力蓄电池和氢燃料电池双动力源系统。新车行驶以氢燃料电池为主，动力蓄电池为辅，基于车载的蓄电池充电器，可通过市网电力系统为动力蓄电池充电。氢燃料电池方面，新车搭载有两个70MPa氢气瓶，其氢气储量可达4.34kg，最大续驶里程为400km。此外，通过优化车辆启动系统，即便是在零下20℃的环境中，新车依旧可以正常启动与行驶。荣威950燃料电池电动汽车如图1-69所示。

图1-69　荣威950燃料电池电动汽车

面对全球范围日益严峻的能源形势和环保压力，目前世界主要汽车生产国都把发展新能源汽车作为提高产业竞争能力、保持经济社会可持续发展的重大战略举措。新能源汽车必将成为市场新的增长点，汽车节能新技术研发和应用已经成为汽车行业发展面临的紧迫任务。