一、燃料電池汽車簡介

　　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(dòng)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(dòng)汽車比較，其動(dòng)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(dòng)汽車所用的電力來自由電網(wǎng)充電的蓄電池。因此，F(xiàn)CV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(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(yùn)動(dòng)，e-因通不過電解質(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。這種電化學(xué)反應(yīng)與氫氣在氧氣中發(fā)生的劇烈燃燒反應(yīng)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(xué)反應(yīng)就會(huì)連續(xù)不斷地進(jìn)行下去，e-就會(huì)不斷通過外部電路流動(dòng)形成電流，從而連續(xù)不斷地向汽車提供電力。與傳統(tǒng)的導(dǎo)電體切割磁力線的回轉(zhuǎn)機(jī)械發(fā)電原理也完全不同，這種電化學(xué)反應(yīng)屬于一種沒有物體運(yùn)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、無污染物排出等優(yōu)點(diǎn)，這確保了FCV成為真正意義上的高效、清潔汽車。

　　二、燃料電池汽車工作原理

　　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(dòng)快、無泄漏等特性，在眾多類型的燃料電池中，質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）完全具備這些特性，所以FCV所使用的燃料電池都是PEMFC。

　　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(fā)生氧化還原化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生出電能來帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)汽車中的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而帶動(dòng)汽車的前橋（或后橋）等行走機(jī)械結(jié)構(gòu)工作，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車前進(jìn)。

　　7核心部件燃料電池。燃料電池的反應(yīng)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生極少的二氧化碳和氮氧化物，副產(chǎn)品主要產(chǎn)生水，因此被稱為綠色新型環(huán)保汽車。燃料電池汽車是電動(dòng)汽車的一種，其核心部件燃料電池。通過氫氣和氧氣的化學(xué)作用，而不是經(jīng)過燃燒，直接變成電能動(dòng)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(zhuǎn)化為富氫氣體。單個(gè)的燃料電池必須結(jié)合成燃料電池組，以便獲得必需的動(dòng)力，滿足車輛使用的要求。下圖為燃料電池汽車的燃料電池本體示意圖。

　　三、燃料電池汽車特點(diǎn)

　　與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池汽車與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車在構(gòu)造及動(dòng)力傳輸?shù)确矫娴牟煌?，為汽車的整體設(shè)計(jì)提出了新的要求。傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)----變速器動(dòng)力總成在燃料電池汽車中不復(fù)存在，取而代之的是燃料電池反應(yīng)堆、蓄電池、氫氣罐、電動(dòng)機(jī)、DC/DC轉(zhuǎn)化器等設(shè)備。而制動(dòng)系統(tǒng)和懸架也相應(yīng)變化。因此，根據(jù)燃料電池汽車自身特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)作相應(yīng)的變化和改進(jìn)。燃料電池汽車具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1、零排放或近似零排放。

　　2、減少了機(jī)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(jīng)濟(jì)性。

　　5、提高了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率。

　　6、運(yùn)行平穩(wěn)、無噪聲。

　　燃料電池汽車的特點(diǎn)表現(xiàn)在以下方面：

　　燃料電池汽車底盤布置

　　燃料電池動(dòng)力總成包括：氫氣罐總成、蓄電池總成、燃料電池堆總成、動(dòng)力輸出系統(tǒng)總成等。其中，儲(chǔ)氫罐一般放置于底盤的中部，或后排座椅的下方空間（傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)轎車的油箱位置），將氫氣罐分散存儲(chǔ)。除了燃料電池動(dòng)力總成外，對(duì)汽車制動(dòng)總成、前后懸架總成及輪胎等方面也應(yīng)作相應(yīng)的調(diào)整和測試。特別是隨著輪轂電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使燃料電池汽車在電動(dòng)機(jī)的放置有了新的選擇，增大了汽車內(nèi)部空間。而各電動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力也可直接控制，提高惡劣路面條件下汽車的行使性能。底盤布置應(yīng)把絕大多數(shù)的負(fù)載均勻分配在底盤的前后端，降低車輛的總體重心，使轎車具有良好的操控性能，并改善車輛的整體安全性。

　　燃料電池汽車管理系統(tǒng)

　　燃料電池汽車的動(dòng)力系統(tǒng)一般由質(zhì)子交換膜燃料電池、蓄電池、電機(jī)和系統(tǒng)控制設(shè)備組成。燃料電池所生成的電能經(jīng)過DC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/AC逆變器等的變換，帶動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，為汽車提供動(dòng)力。在一些關(guān)鍵部件，如質(zhì)子交換膜燃料電池和蓄電池等，其熱特性及傳熱性質(zhì)與傳統(tǒng)汽車有著很大的不同，為燃料電池汽車的水、熱管理提出了新的目標(biāo)和要求。

　　燃料電池汽車電子控制

　　與傳統(tǒng)汽車相同，電子控制在燃料電池汽車的發(fā)展中也將起著越來越重要的作用。汽車的各種操縱系統(tǒng)都會(huì)向著電子化和電動(dòng)化的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“線操控”，即用導(dǎo)線代替機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如“導(dǎo)線制動(dòng)”、“導(dǎo)線轉(zhuǎn)向”等;現(xiàn)有的12V動(dòng)力電源已滿足不了汽車上所有電氣系統(tǒng)的需要，42V汽車電氣系統(tǒng)新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，將會(huì)使汽車電器零

　　部件的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)發(fā)生重大的變革，機(jī)械式繼電器、熔絲式保護(hù)電路也將隨之淘汰。同時(shí)，燃料電池的特性有其自身的特點(diǎn)：

　　a.電壓低，電流大;

　　b.輸出電流會(huì)隨溫度的升高而升高，輸出電壓會(huì)隨輸出電流的增大而下降;

　　c.從開始輸出電壓、電流到逐漸進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，停留在過渡帶范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)反應(yīng)時(shí)間較長。正是由于以上特點(diǎn)，大多數(shù)電器和電機(jī)難以適應(yīng)其電壓特性，所以必須和DC/DC變換器和DC/AC逆變器配合使用，需要對(duì)燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行大量的功率調(diào)節(jié)以保證電壓的穩(wěn)定。

　　（1）當(dāng)燃料電池的輸出功率大于汽車的需要時(shí)，多余的功率可對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，在動(dòng)力系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)蓄電池可以給輔助系統(tǒng)提供電源;

　?。?）當(dāng)燃料電池的功率不能滿足汽車加速、爬坡時(shí)，蓄電池可提供附加功率，配合燃料電池共同使用。

　　所以，車輛可采用42V的輔助電源獨(dú)立地為各種電子、電氣設(shè)備提供電能。由于燃料電池汽車較之傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車在驅(qū)動(dòng)方式上有著本質(zhì)的區(qū)別，所以在底盤布置、水熱管理、電子控制等諸多方面的設(shè)計(jì)也有著很大的不同。

　　燃料電池車是電動(dòng)車的一種，其電池的能量是通過氫氣和氧氣的化學(xué)作用，而不是經(jīng)過燃燒，直接變成電能的。燃料電池的化學(xué)反應(yīng)過程不會(huì)產(chǎn)生有害產(chǎn)物，因此燃料電池車輛是無污染汽車，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率比內(nèi)燃機(jī)要高2～3倍，因此從能源的利用和環(huán)境保護(hù)方面，燃料電池汽車是一種理想的車輛。