圖示：一種燃料電池電動(dòng)汽車(chē)剖面圖

　　燃料電池電動(dòng)汽車(chē)(FCEV)是一種用車(chē)載燃料電池裝置產(chǎn)生的電力作為動(dòng)力的汽車(chē)。車(chē)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(dòng)汽車(chē)比較，其動(dòng)力方面的不同在于FCEV用的電力來(lái)自車(chē)載燃料電池裝置，電動(dòng)汽車(chē)所用的電力來(lái)自由電網(wǎng)充電的蓄電池。因此，FCEV的關(guān)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(xué)反應方式將燃料的化學(xué)能轉變?yōu)殡娔艿母咝Оl(fā)電裝置。發(fā)電的基本原理是：電池的陽(yáng)極(燃料極)輸入氫氣(燃料，氫分子(H2)在陽(yáng)極催化劑作用下被離解成為氫離子(H+)和電子(e-)，H+穿過(guò)燃料電池的電解質(zhì)層向陰極(氧化極)方向運動(dòng)，e-因通不過(guò)電解質(zhì)層而由一個(gè)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(guò)外部電路流向陰極的e-和燃料穿過(guò)電解質(zhì)的H+結合生成穩定結構的水(H2O)，完成電化學(xué)反應放出熱量。這種電化學(xué)反應與氫氣在氧氣中發(fā)生的劇烈燃燒反應是完全不同的，只要陽(yáng)極不斷輸入氫氣，陰極不斷輸入氧氣，電化學(xué)反應就會(huì )連續不斷地進(jìn)行下去，e-就會(huì )不斷通過(guò)外部電路流動(dòng)形成電流，從而連續不斷地向汽車(chē)提供電力。與傳統的導電體切割磁力線(xiàn)的回轉機械發(fā)電原理也完全不同，這種電化學(xué)反應屬于一種沒(méi)有物體運動(dòng)就獲得電力的靜態(tài)發(fā)電方式。因而，燃料電池具有效率高、噪音低、無(wú)污染物排出等優(yōu)點(diǎn)，這確保了FCEV成為真正意義上的高效、清潔汽車(chē)。

　　為滿(mǎn)足汽車(chē)的使用要求，車(chē)用燃料電池還必須具有高比能量、低工作溫度、起動(dòng)快、無(wú)泄漏等特性，在眾多類(lèi)型的燃料電池中，質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)完全具備這些特性，所以目前FCEV所使用的燃料電池都是PEMFC。

01按主要燃料種類(lèi)可分為

　　1、 以純氫氣為燃料的FCEV；

　　2、 經(jīng)過(guò)重整后產(chǎn)生的氫氣為燃料的FCEV。

02按“多電源”的配置不同，可分為以下四類(lèi)

　　1、純燃料電池驅動(dòng)的FCEV

　　純燃料電池電動(dòng)汽車(chē)只有燃料電池一個(gè)動(dòng)力源，汽車(chē)的所有功率負荷都由燃料電池承擔。

　　純燃料電池驅動(dòng)的FCEV系統結構簡(jiǎn)單，便于實(shí)現系統控制和整體布置；系統部件少，有少于整車(chē)的輕量化；較少的部件使得整體的能量傳遞效率較高，提高了整車(chē)的燃料經(jīng)濟性。

　　但是，燃料電池功率大、成本高；對燃料電池系統的動(dòng)態(tài)性能和可靠性提出了很高的要求；不能進(jìn)行能量回收。

　　2、燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅動(dòng)(FC+B)的FCEV

　　燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅動(dòng)(FC+B)的FCEV系統對燃料電池的功率要求較純燃料電池結構形式大大降低，從而降低了整車(chē)的成本；工作時(shí)燃料電池的效率較高;汽車(chē)的冷啟動(dòng)性能較好；可以回收汽車(chē)制動(dòng)時(shí)部分能量，使整車(chē)的能量效率提高。

　　但是，蓄電池的使用使得整車(chē)的質(zhì)量增加，動(dòng)力性和經(jīng)濟性受到影響；蓄電池充放電過(guò)程會(huì )有能量損耗;控制和整體布置難度增加。

　　3、燃料電池與超級電容聯(lián)合驅動(dòng)(FC+C)的FCEV

　　這種結構形式與燃料電池+蓄電池結構相似，只是把蓄電池換成超級電容。相對于蓄電池，超級電容充放電效率高，能量損失小，比蓄電池功率密度大，在回收制動(dòng)能量方面比蓄電池有優(yōu)勢，循環(huán)壽命長(cháng)，但是超級電容的能量密度較小。隨著(zhù)超級電容技術(shù)的不斷進(jìn)步，這種結構將成為一種新的重要研究方向。

　　4、燃料電池與輔助蓄電池和超級電容聯(lián)合驅動(dòng)(FC+B+C)的FCEV

　　與傳統汽車(chē)相比，燃料電池電動(dòng)汽車(chē)與傳統的內燃機驅動(dòng)汽車(chē)在構造及動(dòng)力傳輸等方面的不同，為汽車(chē)的整體設計提出了新的要求。傳統內燃機汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機——變速器動(dòng)力總成在燃料電池電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)機、DC/DC轉化器等設備，而制動(dòng)系統和懸架也相應變化。因此，根據燃料電池電動(dòng)汽車(chē)自身特點(diǎn)，在設計時(shí)，應作相應的變化和改進(jìn)。

　　燃料電池電動(dòng)汽車(chē)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1. 效率高。燃料電池的工作過(guò)程是化學(xué)能轉化為電能的過(guò)程，不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉換效率較高，可以達到30%以上。

　　2. 續駛里程長(cháng)。采用燃料電池系統作為能量源，克服了純電動(dòng)汽車(chē)續駛里程短的缺點(diǎn)，其長(cháng)途行駛能力及動(dòng)力性已經(jīng)接近于傳統汽車(chē)。

　　3. 綠色環(huán)保。燃料電池沒(méi)有燃燒過(guò)程，以純氫作燃料，生成物只有水，屬于零排放。采用其它富氫有機化合物用車(chē)載重整器制氫作為燃料電池的燃料，生產(chǎn)物除水之外還可能有少量的CO2，接近零排放。

　　4. 過(guò)載能力強。燃料電池除了在較寬的工作范圍內具有較高的工作效率外，其短時(shí)過(guò)載能力可達額定功率的200%或更大。

　　5. 低噪音。燃料電池屬于靜態(tài)能量轉換裝置，除了空氣壓縮機和冷卻系統以外無(wú)其它運動(dòng)部件，因此與內燃機汽車(chē)相比，運行過(guò)程中噪音和振動(dòng)都較小。

　　6. 設計方便靈活。燃料電池電動(dòng)汽車(chē)可以按照X-By-Wire的思路進(jìn)行汽車(chē)設計，改變傳統的汽車(chē)設計概念，可以在空間和重量等問(wèn)題上進(jìn)行靈活的配置。

　　燃料電池電動(dòng)汽車(chē)的主要缺點(diǎn)有：

　　1. 燃料電池電動(dòng)汽車(chē)的制造成本和使用成本過(guò)高。

　　2. 輔助設備復雜，且質(zhì)量和體積較大。

　　3. 起動(dòng)時(shí)間長(cháng)，系統抗振能力有待進(jìn)一步提高。

01燃料電池系統

　　燃料電池是燃料電池電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的最關(guān)鍵技術(shù)之一。車(chē)用燃料電池系統的核心是燃料電池電堆。燃料電池電堆技術(shù)發(fā)展趨勢可用耐久性、低溫啟動(dòng)溫度、凈輸出比功率及制造成本。

02車(chē)載儲氫系統

　　儲氫技術(shù)是氫能利用走向規?；瘧玫年P(guān)鍵。目前，常見(jiàn)的車(chē)載儲氫系統有高壓儲氫、低溫儲氫和金屬氰化物儲氫3種基本方法。

03車(chē)載蓄電池系統

　　車(chē)載蓄電池系統包括鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池等蓄電池及化學(xué)超級電容器。

04電動(dòng)機及其控制技術(shù)

　　驅動(dòng)電機是燃料電池電動(dòng)汽車(chē)的心臟，它正向大功率、高轉速、高效率和小型化方向的發(fā)展。當前驅動(dòng)電機有感應電機和永磁無(wú)刷電動(dòng)機。永磁無(wú)刷電動(dòng)機具有較高的功率密度和效率、體積小、慣性低和響應快等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車(chē)方面有著(zhù)廣闊的應用前景。感應電動(dòng)機非常適合電動(dòng)汽車(chē)的控制。

05整車(chē)熱管理

　　燃料電池發(fā)動(dòng)機自身的運行溫度為60~70度。與環(huán)境溫度相比，溫差不大，造成燃料電池電動(dòng)汽車(chē)無(wú)法像傳統汽車(chē)一樣依賴(lài)環(huán)境溫差散熱。轉而必須依靠整車(chē)動(dòng)力系統提供額外的冷卻動(dòng)力為系統散熱。

06整車(chē)與動(dòng)力系統的參數選擇與優(yōu)化設計

　　隨著(zhù)國內汽車(chē)保有量持續快速增長(cháng)，公路交通所消耗的石油資源占全國石油消耗總量的份額不斷攀升。提供給用戶(hù)低油耗并具備良好動(dòng)力性能的汽車(chē)產(chǎn)品成為目前汽車(chē)追求的主要目標之一。

　　對汽車(chē)的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟性影響最大的是發(fā)動(dòng)機的運行特性以及傳動(dòng)系統的速比和效率。整車(chē)性能匹配通常是先確定發(fā)動(dòng)機資源，然后合理匹配傳動(dòng)系統參數以實(shí)現整車(chē)綜合性能的設計目標，這是典型的優(yōu)化設計過(guò)程，必須通過(guò)專(zhuān)業(yè)的汽車(chē)性能仿真軟件和專(zhuān)業(yè)的優(yōu)化軟件相結合來(lái)完成這個(gè)過(guò)程。

07多能源動(dòng)力系統的能量管理策略

　　能量管理策略對燃料電池經(jīng)濟性影響很大，且受到動(dòng)力系統參數和行駛工況的雙重影響。一般借助仿真技術(shù)建立一個(gè)虛擬開(kāi)發(fā)環(huán)境，對動(dòng)力系統模型進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，從理論分析的角度得到最優(yōu)功率分配策略與能量源參數和工況特征之間的解析關(guān)系，并從該關(guān)系出發(fā)定量地分析功率緩沖器特性參數對最優(yōu)功率分配策略的影響，為功率緩沖器的參數選擇提供理論依據，從而完成功率分配策略的工況適應性研究。