電動汽車燃料電池關鍵技術

『壹』 簡述燃料電池電動汽車的優勢和面臨的問題

(1)優點。與傳統汽車、純電動汽車技術相比，燃料電池電動汽車具有以下優點：①零排放或近似零排放，綠色環保。燃料電池電動汽車在本質上是一種零排放汽車，燃料電池沒有燃燒過程，若以純氫作燃料，通過電化學的方法，將氫和氧結合，生成物是清潔的水；採用其他富氫有機化合物用車載重整器制氫作為燃料電池的燃料，生成物除水之外還可能有少量的C02，但其排放量比內燃機要少得多，且沒有其他污染排放（如氧化氮、氧化硫、碳氫化物或微粒）問題，接近零排放。與傳統汽車相比既減少了機油泄漏帶來的水污染，又降低了溫室氣體的排放。②能量轉換效率高，節約能源。燃料電池的能量轉換效率極高。燃料電池沒有活塞或渦輪等機械部件及中間環節，不經歷熱機過程，不受熱力循環（卡諾循環）限制，故能量轉換效率高，燃料電池的化學能轉換效率在理論上可達100%，實際效率已達60%～80%，是普通內燃機熱效率的2～3倍(汽油機和柴油機汽車整車效率分別為16%-18%和22%～24%)。因此，從節約能源的角度來看，燃料電池汽車明顯優於使用內燃機的普通汽車。③燃料多樣化，優化了能源消耗結構。燃料電池所使用的氫燃料來源廣泛，自然界中，氫能大量存儲在水中，可採用水分解制氫，也可以從可再生能源獲得，可取自天然氣、丙烷、甲醇、汽油、柴油、煤以及再生能源。燃料來源的多樣化有利於能源供應安全和利用現有的交通基礎設施（如加油站等）。燃料電池不依賴石油燃料，各種可再生能源可以轉化為氫能加以有效利用，減少了對石油資源的依賴，優化了交通能源的構成。④續駛里程長，性能優於其他電池的電動汽車。採用燃料電池發電系統作為能量源，克服了純電動汽車續駛里程短的缺點，其長途行駛能力及動力性已經接近於傳統汽車。燃料電池汽車可以車載發電，只要帶上足夠的燃料，它可以把我們送到任何想去的地方。燃料電池電動汽車在成本和整體性能上（特別是行程和補充燃料時間上）明顯優於其他電池的電動汽車。⑤過載能力強。燃料電池除了在較寬的工作范周內具有較高的工作效率外，其短時過載能力可達額定功率的200%或更大，更適合於汽車的加速、爬坡等工況．燃料電池的短時過載能力可達200%的額定功率。⑥運行平穩、低雜訊 燃料電池屬於靜態能量轉換裝置，除了空氣壓縮機和冷卻系統以外無其他運動部件，因此與內燃機汽車相比，擺脫了馬達的轟鳴，運行過程中雜訊和振動都較小。(2)缺點。汽車業界普遍認同的一個觀點是，燃料電池技術是內燃機技術最好的替代物，代表了汽車未來的發展方向。但如果將發展燃料電池汽車的幾個制約因素考慮進來，則會發現燃料電池汽車目前和今後一段時間尚不具備商業化的條件。①燃料電池汽車的製造成本和使用成本過高。制約燃料電池汽車推廣應用的最大因素之一是燃料電池的生產成本一直居高不下。如何降低燃料電池的生產成本成為燃料電池汽車實用化的關鍵。據美國能源部測算，目前燃料電池的生產成本已降為500美元／kN。專家估計，只有當燃料電池的生產成本降至50美元／kW的水平才能為消費者所接受．也就是說．當一台80kW的汽車用燃料電池的成本降到目前汽油發動機的3500美元的價格時，才能創造巨大的市場效益。從市場經濟學角度講，高成本很難完成市場化推廣，而無法實現市場化就不可能大規模批量生產，進而成本就無法降下來，最終導致成本與銷售的惡性循環。另一方面，燃料電池汽車的使用成本過也高，氫氣的售價並不廉價，因此燃料電池車的運行成本並不令人樂觀。目前由燃料電池發電系統提供lkW·h電能的成本遠高於各種動力電池，這從一個側面反映了作為汽車動力源，燃料電池還有相當遠的距離。②啟動時間長，系統抗震能力還需提高。採用氫氣為燃料的FCEV啟動時間一般需要超過3min，而採用甲醇或者汽油重整技術的FCEV則長達lOmin，比起內燃機汽車啟動的時間長得多，影響其機動性能。此外，當FCEV受到振動或者沖擊時，各種管道的連接和密封的可靠性需要進一步的提高，以防止泄漏，降低效率，嚴重時引發安全事故。③經濟且無污染地獲取純氫燃料還存在技術難點。通過重整或改質技術轉化傳統的化石燃料獲取純氫天然氣，不僅要消耗大量的能量，而且並沒有從根本上擺脫對化石能的依賴，也沒有從根本上消除對環境的污染。自然界中，氫能大量存儲在水中，雖然取之不盡，但直接使用熱分解或是電解的辦法從水中制氫顯然不劃算。因此多數科學家都將目光轉向了利用太陽能，但是還存在許多技術障礙。目前，他們正在進行太陽能分解水制氫、太陽能發電電解水制氫、陽光催化光解水制氫、太陽能生物制氫等方面的研究。只有到了能以再生性能源廉價地生產出氫燃料，氫燃料電池民用汽車的燃料問題才算獲得了根本性解決。④氫燃料電池汽車燃料的供應還有大量的技術問題有待解決。通常氫能以三種狀態存儲和運輸：高壓氣態、液態和氫化物形態。用常用的壓縮氣體罐儲存的氫，只能供燃料電池汽車行駛150km，續駛里程太短，還不如蓄電池驅動的汽車。由於氫氣是最小的分子，很容易造成泄漏。哪怕是微量的泄漏，都有可能造成極度可怕的後果。而在-253℃的條件下儲存液氫的深度製冷技術目前還很不成熟．就全球來說，目前能夠加液氫的加氫站也沒有幾家。值得欣慰的是，儲氫材料的開發已取得了一定的進展。⑤供應燃料輔助設備復雜，且質量和體積較大 在以甲醇或者汽油為燃料的FCEV中，經重整器出來的「粗氫氣」含有使催化劑「中毒」失效的少量有害氣體，必須採用相應的凈化裝置進行處理，增加了結構和工藝的復雜性，並使系統變得笨重。目前普遍採用氫氣燃料的FCEV，因需要高壓、低溫和防護的特種儲存罐，導致體積龐大，也給FCEV的使用帶來了許多不便。⑥稀有金屬鉑金Pt被大量應用也制約著燃料電池電動汽車的推廣應用。稀有金屬鉑金作為燃料電池必不可少的反應催化劑，按照現有燃料電池對鉑金的消耗量，地球上所有的鉑金儲量都用來製作車用燃料電池，也只能滿足幾百萬輛車的需求。⑦加氫站等基礎網路設施建設幾乎為零，目前全球范圍內投入使用的加氫站僅有100多家，且大部分是用於實驗用途的。如果說技術和成本是科研機構和企業通過努力可以自行解決的問題，那麼相應的配套設施建設則不是舉一人之力可以完成的，需要國家政策、產業鏈條、基礎設施建設等多方面的准備，並及時制定完善的行業標准和規范 加氫站等基礎設施建設，既涉及城市規劃、交通、電力等問題，又要解決投資和經營者的獲利問題，同時還要有效解決加氫的核心技術和統一標准等問題。對於有一定行駛區間的公交車而言，這個問題可能容易解決，但是對於私家車而言要解決這些問題就任重而道遠了。

『貳』 燃料電池電動汽車是怎樣的工作原理

1、燃料電池電動汽車的動力系統主要由燃料電池發動機、燃料存儲裝置（主要用於儲氫）、驅動電機、動力電池組等組成，採用燃料電池發電作為主要能量源，通過電機驅動車輛前進。燃料電池是利用氫氣和氧氣（或空氣）在催化劑的作用下直接經電化學反應產生電能的裝置，且有無污染、排放物只有水的優點。
2、燃料電池電動汽車具有效率高、節能環保（以氫氣為能源、排放物為水）、運行平穩、雜訊小等優點。
燃料電池作為電動汽車的動力來源，其特點主要表現在：
①能量轉化效率高。燃料電池的能量轉換效率可高達60%～80%，是內燃機的2~3倍。
②不污染環境。燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產生CO和C02，也沒有硫和微粒排出，沒有高溫反應，也不產生NOx。如果使用車載的甲醇重整催化器供給氫氣，僅會產生微量的CO和較少的C02。
3、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。
4、現階段，燃料電池的許多關鍵技術還處於研發試驗階段。此外，燃料電池的理想燃料——氫氣，在制備、供應、儲運等方面距離產業化還有大量的技術與經濟問題有待解決。
作為燃料電池必不可缺少的反應催化劑——稀有金屬鉑金(Pt)被大量應用。按照現有燃料電池對鉑金的消耗量，地球上所有儲量都用來製造車用燃料電池，也僅能滿足幾百萬輛車的需求。因此如何降低稀有金屬用量也是燃料電池電動汽車推廣應用的技術和資源瓶頸之一。

『叄』 燃料電池電動汽車控制系統的主要關鍵技術有哪些

燃料電池系統組成：陽極供氫系統、陰極供氣系統、電堆液冷系統、進氣加濕系統、電堆反應系統

BOP部件組成：罐、不同閥、不同泵、節氣門、濾清器、加濕器、水箱、熱交換器、離子過濾器;控制系統、逆變系統、感測器等

燃料電池涉及學科及知識領域：1.機械-不同結構部件-水循環-液冷系統壓力反饋-液冷系統恆溫控制-循環控制。2.電氣：-整流逆變-DCDC。3.控制：-閥、泵、電機、節氣門等控制。

涉及到的學科領域：

1.熱力學：-電堆溫度、液冷系統溫度、氣相及液相影響、-化學變化、不同部件熱損耗等-熵、焓、溫度、壓力、流量、摩爾質量計算；-溫度、壓力對化學變化的影響、-質量、能量守恆

2.化學：-化學物質的屬性-化學平衡方程-混合物及臨界狀態計算

3.動力學：-流體力學-物質狀態-氣、液物質黏度-流量影響

燃料電池系統級建模需要滿足：

燃料電池的控制系統HIL以及MIL的需求、基於Matlab/Simulink、具備不同部件的模型庫、快速搭建系統級模型、方便的前後處理及運行調試；建模需要遵循：基本數學建模理論、熱力學基本定律、電化學基本理論、熱及質子傳輸基本理論；基本的化學物質的熱物理參數：支持不同的燃料、介質等選擇。

可參考山東氫探新能源的Thermolib模型。

Thermolib熱力學及燃料電池模擬模型1.基於MATLAB/Simulink環境2.熱力學及燃料電池模擬的模型軟體。3.用於HIL以及MIL開發階段4.低成本、快速搭建燃料電池系統5.提供了燃料電池模型模擬所需要的熱力學、流體力學電化學反應等模型庫6.提供泵、閥、壓縮機、增濕器、冷卻系統、罐等外圍模型。

『肆』 求研究我國電動汽車電池核心技術的上市公司。以及與這有關的上市公司

（1）002091江蘇國泰：鋰電池電解液。主要控股子公司國泰華榮化工新材料有限公司主要產生產鋰電池電解液和硅烷偶聯劑，鋰電池電解液國內市場佔有率超過30％。占上市公司營業利潤的30％，公司有望憑借鋰離子動力電池的大規模應用迎來新的發展機遇。

（2）000839中信國安：鋰電池正極材料。公司子公司——中信國安盟固利電源技術有限公司是目前國內最大的鋰電池正極材料鈷酸鋰和錳酸鋰的生產廠家，同時也是國內唯一大規模生產動力鋰離子二次電池的廠家。奧運期間以盟固利公司錳酸鋰產品作正極材料的動力電池裝配於50輛純電動大客車。 另外，中信國安還是碳酸鋰資源公司。

（3）000973佛塑股份：鋰電池隔膜。生產鋰電池隔膜產品。

（4）600884杉杉股份：生產鋰電池材料，為國內排名第一供應商。

（5）600478科力遠：鎳氫電池，正謀求從豐田HEV鎳氫電池材料供應商向鎳氫動力電池組的成品供應商的轉變。目前科力遠與它們的合作僅處於談判階段。與科力遠有初步合作的僅是日本豐田和南車集團，其中南車集團的純電動客車項目已對科力遠鎳氫電池組方案較為認可。

（6）000049德賽電池：子公司生產鋰電池，目前無汽車鋰電池項目。

（7）600390金瑞科技 公司是國內鎳氫電池電極材料氫氧化鎳的主要供應商之一，產品主要銷售給比亞迪和日本的湯淺，發展前景廣闊。公司還具有定向增發概念，盈利能力有望提升。

（8）600854春蘭股份：鎳氫電池。春蘭集團研發20－100AH系列的大容量動力型高能鎳氫電池

（9）600846同濟科技：燃料電池。參股上海中科同力化工材料有限公司36．23％的股份。該公司從事質子交換膜燃料電池關鍵材料與部件的研發，包括具有創新化學結構的質子交換樹脂和質子交換膜的研製

（10）600196復星醫葯：燃料電池。參股上海神力科技有限公司36．26％的股權。該公司是專門從事質子交換膜燃料電池產品的研發與產業化的高科技民營企業，目前開發了5個系列的燃料電池產品，建立了全套的中小功率（0．1kW－30kW）與大功率（30kW－150kW）的質子交換膜燃料電池及其動力系統、燃料電池發動機集成製造技術及批量生產的能力與設施

（11）600104上海汽車：燃料電池。大股東上海汽車工業（集團）總公司是「大連新源動力股份有限公司」第一大股東。該公司是中國第一家致力於燃料電池產業化的股份制企業，「燃料電池及氫源技術國家工程研究中心」和「博士後科研工作站」獲國家認可，在中國工程院院士衣寶廉先生帶領下主要研究質子交換膜燃料電池技術。上海汽車工業（集團）總公司是新源動力的第一大股東，長城電工參股11％，新大洲A參股3．42％

（12）600192長城電工：參股「大連新源動力股份有限公司」，持股11％，同上。

（13）000571新大洲A：參股「大連新源動力股份有限公司」，持股3.42％，同上。

（14）600872中炬高新：公司涉及動力電池行業，其與國家高技術綠色材料發展中心共同設立的中炬森萊高技術有限公司就是一家專門從事鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰電電池、動力電池、手機電池的研發、生產、銷售為一體的企業，在十五期間一直承擔國家863項目——動力電池產業化開發項目的研究工作。目前公司已向多家汽車生產廠家提供動力電池樣品，未來在國家政策及汽車企業動力電車實現量產的推動下，該業務有望成為企業新的利潤增長點
電池金屬資源上市公司

（15）000762西藏礦業：鋰資源。西藏礦業擁有鋰儲量全國第一、世界第三大的扎布耶鹽湖20年開采權；除湖岸以及湖底自然沉積的碳酸鋰外，湖水中碳酸鋰的含量保守估計高達200萬噸；公司每年碳酸鋰銷量在2000噸左右；以磷酸鐵鋰、碳酸鋰中鋰的含量並考慮生產過程中的損耗，計算可知每噸磷酸鐵鋰大約需要0．3噸碳酸鋰，預計每輛新型動力汽車需要0．08噸左右的碳酸鋰；因此一旦動力鋰電池實現大規模應用，西藏礦業將成為受益者

（16）600459貴研鉑業：鉑資源。燃料電池若能成功產業化，鉑的深加工業務或將因此受益

（17）600432吉恩鎳業：鎳資源。鎳氫動力電池大規模發展將直接擴大鎳的需求量，公司有望從中受益

（18）600111包鋼稀土：稀土資源。國內最主要的稀土生產企業。利用1997年首次發行股票募集的資金開發鎳氫電池項目。（19）600549廈門鎢業：稀土資源。廈鎢擁有3000噸／年的儲氫合金粉產能、2000噸／年的稀土冶煉分離產能以及13萬噸稀土儲量。目前，公司的儲氫合金粉除供應比亞迪等國內公司外，還取得了松下、本田公司的認證，儲氫合金粉產銷量有望進一步提升

『伍』 燃料電池的技術標准

2013年8月，歐盟聯合研究中心(JRC)同美國能源部阿爾貢國家實驗室(ANL)簽署聚合物電解質燃料電池(PEMFC) 測試程序協議，標志著雙方邁出了燃料電池技術標准國際化的第一步。近年來，全球燃料電池與燃料電池堆棧(Stacks)技術發展迅速，已展現出在道路交通電動汽車行業廣泛應用的前景。協議的簽署，有利於雙方在燃料電池測試技術與測試方法上的相互協調與標准化，擴大雙方間燃料電池技術的信息交流與數據交換，加速燃料電池技術的商業化應用進程。
根據燃料電池國際專家組最新提供的研究報告，「從國際視角看燃料電池測試協議」顯示，簽署國際協議的重要性和必要性顯而易見。目前，世界上燃料電池主要存在兩大類性能(Performance)測試方法和五大類負荷曲線，包括占空比(Duty Cycles)的耐久性(Durability)測試方法。其中，美國以動態應力測試法(DST)為主，而歐盟以新歐洲駕駛循環模擬汽車功率測試法 (NEDC)為主。暫且不論不同測試方法提供的數據參數准確性與誤差率，僅不同測試方法很可能導致的不同技術發展路線，包括國際間燃料電池技術參數的對比交換，必將造成延遲燃料電池技術商業化應用的嚴重後果。
雙方代表在測試程序協議簽字儀式後表示，歐盟美國將加強燃料電池這一戰略能源新興技術領域的科技合作，積極推動燃料電池技術標準的國際化。

『陸』 燃料電池汽車的關鍵技術

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) ，由於其比能量較高、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代是鹼性電池，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，並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於研製階段，一些關鍵技術還有待突破。
廣泛應用於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。 美國和加拿大是燃料電池研發和示範的主要區域，在美國能源部（DOE）、交通部（DOT）和環保局（EPA）等政府部門的支持下，燃料電池技術取得了很大的進步，通用汽車、福特汽車、豐田、戴姆勒賓士、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範運行，並培育了美國的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製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範工作，2011 年美國燃料電池混合動力公共汽車實際道路示範運行單車壽命超過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範，截至2011 年，全美大約有3000 台燃料電池叉車，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。 歐洲的燃料電池客車示範計劃，完成了第6 框架計劃（Framework Program，2002—2006）和第7 框架計劃（2007—2012），目的是突破燃料電池和氫能發展的一些關鍵性技術難點，在CUTE (Clean Urban Transport for Europe, 歐洲清潔都市交通）及歐盟其他相關項目支持下，各個城市開展燃料電池公共汽車示範運行，今年新的計劃 CHIC（ Clean Hydrogen in European Cities, 歐洲清潔都市交通）開始實施，包括阿姆斯特丹、巴塞羅那、漢堡、倫敦、盧森堡、 馬德里、波爾圖、斯德哥爾摩、斯圖加特、冰島以及澳大利亞珀斯， 即澳大利亞STEP 項目（Sustainable Transport Energy Program，可持續交通能源計劃）等，歐洲在燃料電池汽車的可靠性和成本控制等方面取得了長足的進步。
在德國，2012 年6 月，主要的汽車和能源公司與政府一起承諾，建立廣泛的全國氫燃料加註網路，支持發展激勵計劃，即到2015 年，全國建成50 個加氫站，為全國5000 輛燃料電池汽車提供加氫服務[7] 。戴姆勒賓士於2011 年開展燃料電池汽車的全球巡迴展示，驗證了燃料電池轎車性能已經達到了傳統轎車的性能，具備了產業化推廣的能力。戴姆勒集團參與「 Hy FLEET：CUTE（2003-2009）」項目。36 輛梅賽德斯－賓士Citaro 燃料電池客車已由20 個交通運營商進行運營使用，運營時間超過14 萬h、行駛里程超過220 萬km。但是第一代純燃料電池的客車，壽命只有2 000 h，經濟性較差。戴姆勒集團與2009 年開始推出第二代輪邊電機驅動的燃料電池客車，主要性能達到了國際先進水平，其經濟性大幅度改善，燃料電池耐久性達到1. 2 萬h。
德國西門子公司研發的燃料電池，已經成功地應用於德國的214 型潛艇上（氫氧型） [11] 。2007 年德國戴姆勒賓士公司，美國福特汽車公司和加拿大Ballard公司合作， 成立AFCC 公司（Automotive Fuel Cell Cooperation，車用燃料電池公司），以研發和推廣車用燃料電池。2013 年年初，寶馬公司決定與燃料電池技術排名第一的企業——豐田汽車公司合作，由豐田公司向寶馬公司提供燃料電池技術。 從全球范圍看，日本和韓國的燃料電池研發水平處於全球領先，尤其是豐田、日產和現代汽車公司，在燃料電池汽車的耐久性，壽命和成本方面逐步超越了美國和歐洲。豐田公司的2008 版FCHV-Adv 在實際測試中，實現了在－37 ℃順利啟動，一次加氫行駛里程達到了830km，單位里程耗氫量0.7 kg/（100 km），相當於汽油3L/（100 km），如圖3 所示 [12] 。2013 年11 月，豐田在「第43 屆東京車展2013」上，展出了計劃在2015 年投放市場的燃料電池概念車，作為技術核心的燃料電池組目前實現了當時公開的全球最高的3 kW/L 功率密度。該燃料電池組去掉了加濕模塊，不但降低了成本、車質量和體積，還減少了燃料電池的熱容量，有利於燃料電池在低溫條件下迅速冷啟動。如圖5所示為豐田公司的FCHV-Adv。
目前豐田汽車公司在擴大混合動力汽車的同時，重點針對燃料電池汽車的產業化進行准備，擬在2015年投放新一代燃料電池轎車，進行批量生產；2016 年生產（與日野合作）新一代燃料電池客車。和豐田汽車公司類似，日產汽車也投入巨資開展燃料電池電堆和轎車的研發，2011 年日產的燃料電池電堆，功率90 kW，質量僅43 kg，2012 年，日產汽車公司研發的電堆功率密度達到了2.5 kW/L，這在當時是國際最高水平[14] 。另外，本田公司新開發的FCX Clarity燃料電池汽車，能夠在－ 30℃順利啟動，續駛里程達到620 km[15] ，2014 年，本田宣布的新一代燃料電池堆功率密度也達到3 kW/L。韓國現代從2002 開始研發燃料電池汽車，2005 年採用巴拉德的電堆組裝了32 輛運動型多功能車(sports utility vehicle，SUV)，2006 年推出了自主研發的第一代電堆，組裝了30 台SUV，4 輛大客車，並進行了示範運行；2009—2012 年間，開發了第2 代電堆，裝配100 台SUV，開始在國內進行示範和測試，並對電堆性能進行改進；2012 年，推出了第3 代燃料電池SUV 和客車，開始全球示範；2013 年，韓國現代宣布將提前2年開展千輛級別的燃料電池SUV（現代ix35）生產，在全球率先進入燃料電池千輛級別的小規模生產階段。該SUV 採用了100 kW燃料電池，24 kW鋰離子電池，100 kW電機，70 MPa 的氫瓶可以儲存5.6 kg 氫氣， 新歐洲行駛循環（New European Drive Cycle，NEDC) 循環工況續駛里程588 km，最高車速160 km/h。 在中國國家「八六三」高技術項目、「十五規劃」的電動汽車重大科技專項與「十一五規劃」節能與新能源汽車重大項目的支持下，通過產學研聯合研發團隊的刻苦攻關，中國的燃料電池汽車技術研發取得重大進展，初步掌握了整車、動力系統與核心部件的核心技術，基本建立了具有自主知識產權的燃料電池轎車與燃料電池城市客車動力系統技術平台，也初步形成了燃料電池發動機、動力電池、DC/DC 變換器、驅動電機、供氫系統等關鍵零部件的配套研發體系，實現了百輛級動力系統與整車的生產能力。中國燃料電池汽車正處於商業化示範運行考核與應用的階段，已在北京奧運燃料電池汽車規模示範、上海世博燃料電池汽車規模示範、UNDP（United Nations Development Programme， 聯合國開發計劃)燃料電池城市客車示範以及「十城千輛」、廣州亞運會、
深圳大運會等示範應用中取得了良好的社會效益中國燃料電池轎車採用獨具特色的「電—電混合」動力系統平台技術方案，具有「動力系統平台整車適配、電—電混合能源動力控制、車載高壓儲氫系統、工業副產氫氣純化利用」的技術特徵。在「十五規劃」研發的基礎上，「十一五規劃」新一代燃料電池轎車動力系統結合整車平台的改變，採用扁平化的動力系統布置方式，燃料電池發動機氫氣子系統、空氣子系統與冷卻系統採用模塊化分散布置的模式，增加了動力系統與整車適配的柔性，明顯提升整車的人機工程性能。同時，優化集成DC/DC 變換器、DC/AC控制器以及電動空調和低壓變換器等功率元器件的動力系統控制單元，在提升模塊化的同時方便集中處理電磁兼容、系統冷卻以及電安全等問題，體現了電動
汽車動力系統集成設計的方向。與「十五規劃」燃料電池轎車動力系統相比，新一代動力系統的性能得到進一步優化與提高。主要表現在：燃料電池發動機功率從40 kW 提高到55 kW；動力蓄電池容量從48 kWh 減小到26 kWh ；電機功率從60 kW 提高到90 kW；電機控制器(DC/AC) 功率提高35%，體積比功率增加12.5%。同時，動力系統繼續保持燃料經濟性的技術優勢，在車輛整備質量增加近250 公斤的前提下整車動力性明顯提高，燃料經濟性則
仍然保持在1.2 kg/(100 km) 的原有水平。中國國家「八六三」高技術項目持續支持燃料電池汽車的技術研發工作，「十二五規劃」期間為保持中國電動汽車技術制高點，繼續保持了對燃料電池汽車的支持力度。從產業界來看，即使在「十五、十一五規劃」燃料電池汽車全球產業化熱潮期間，中國汽車工業界並沒有在燃料電池汽車方面有明顯投入，進入「十二五規劃」後，在燃料電池汽車產業化趨於理性化的大背景下，上汽集團制定了燃料電池汽車發展的五年規劃，以新源動力為燃料電池電堆供應商，開始投入大量資金研發燃料電池汽車，目前正進行第3 代燃料電池轎車FCV 的開發，在2011 年必比登比賽中，上汽開發的FCV 在燃料電池轎車組別中，名列第3。
同濟大學已開展多輪燃料電池轎車的研發工作，研製的燃料電池轎車已在奧運會、世博會進行大規模示範運行。在「十二五規劃」期間，同濟大學將為中國第一汽車集團公司、東風汽車公司、奇瑞汽車股份有限公司和中國長安汽車集團股份有限公司集成燃料電池轎車。在中國城市循環條件下，代表性燃料電池混合動力轎車的技術參數如表6 所示。

『柒』 燃料電池電動汽車的簡介

燃料電池電動汽車實質上是電動汽車的一種，在車身、動力傳動系統、控制系統等方面，燃料電池電動汽車與普通電動汽車基本相同，主要區別在於動力電池的工作原理不同。燃料電池的反應機理是將燃料中的化學能不經過燃燒直接轉化為電能，即通過電化學反應將化學能轉化為電能，實際上就是電解水的逆過程，通過氫氧的化學反應生成水並釋放電能。電化學反應所需的還原劑一般採用氫氣，氧化劑則採用氧氣，因此最早開發的燃料電池電動汽車多是直接採用氫燃料，氫氣的儲存可採用液化氫、壓縮氫氣或金屬氫化物儲氫等形式。
燃料電池的反應不經過熱機過程，因此其能量轉換效率不受卡諾循環的限制，能量轉化效率高；它的排放主要是水非常清潔，不產生任何有害物質。因此，燃料電池技術的研究和開發備受各國政府與大公司的重視，被認為是21世紀的潔凈、高效的發電技術之一。

『捌』 純電動車的核心技術

發展電動汽車必須解決好4個方面的關鍵技術：電池技術、電機驅動及其控制技術、電動汽車整車技術以及能量管理技術。
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，已取得了突破性的進展。第1代是鉛酸電池，主要是閥控鉛酸電池(VRLA)，由於其比能量較高、價格低和能高倍率放電，因此是惟一能大批量生產的電動汽車用電池。第2代是鹼性電池，主要有鎳鎘(NJ-Cd)、鎳氫(Ni-MH)、鈉硫(Na/S)、鋰離子(Li-ion)和鋅空氣(Zn/Air)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，並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，但還處於研製階段，一些關鍵技術還有待突破問。
電力驅動及其控制技術電動機與驅動系統是電動汽車的關鍵部件，要使電動汽車有良好的使用性能，驅動電機應具有調速范圍寬、轉速高、啟動轉矩大、體積小、質量小、效率高且有動態制動強和能量回饋等特性。電動汽車用電動機主要有直流電動機(DCM)、感應電動機(IM)、永磁無刷電動機(PMBLM)和開關磁阻電動機(SRM)4類。
由感應電動機驅動的電動汽車幾乎都採用矢量控制和直接轉矩控制。由於直接轉矩的控制手段直接、結構簡單、控制性能優良和動態響應迅速，因此非常適合電動汽車的控制。美國以及歐洲研製的電動汽車多採用這種電動機。永磁無刷電動機可以分為由方波驅動的無刷直流電動機系統(BLDCM)和由正弦波驅動的無刷直流電動機系統(PMSM)，它們都具有較高的功率密度，其控制方式與感應電動機基本相同，因此在電動汽車上得到了廣泛的應用。PMSM類電機具有較高的能量密度和效率，其體積小、慣性低、響應快，非常適應於電動汽車的驅動系統，有極好的應用前景。由日本研製的電動汽車主要採用這種電動機。
開關磁阻電動機(SRM)具有簡單可靠、可在較寬轉速和轉矩范圍內高效運行、控制靈活、可四象限運行、響應速度快和成本較低等優點。實際應用發現SRM存在轉矩波動大、雜訊大、需要位置檢測器等缺點，應用受到了限制。
隨著電動機及驅動系統的發展，控制系統趨於智能化和數字化。變結構控制、模糊控制、神經網路、自適應控制、專家控制、遺傳演算法等非線性智能控制技術，都將各自或結合應用於電動汽車的電動機控制系統。
電動汽車整車技術電動汽車是高科技綜合性產品，除電池、電動機外，車體本身也包含很多高新技術，有些節能措施比提高電池儲能能力還易於實現。採用輕質材料如鎂、鋁、優質鋼材及復合材料，優化結構，可使汽車自身質量減輕30%-50%；實現制動、下坡和怠速時的能量回收；採用高彈滯材料製成的高氣壓子午線輪胎，可使汽車的滾動阻力減少50%；汽車車身特別是汽車底部更加流線型化，可使汽車的空氣阻力減少50%。
能量管理技術蓄電池是電動汽車的儲能動力源。電動汽車要獲得非常好的動力特性，必須具有比能量高、使用壽命長、比功率大的蓄電池作為動力源。而要使電動汽車具有良好的工作性能，就必須對蓄電池進行系統管理。
能量管理系統是電動汽車的智能核心。一輛設計優良的電動汽車，除了有良好的機械性能、電驅動性能、選擇適當的能量源(即電池)外，還應該有一套協調各個功能部分工作的能量管理系統，它的作用是檢測單個電池或電池組的荷電狀態，並根據各種感測信息，包括力、加減速命令、行駛路況、蓄電池工況、環境溫度等，合理地調配和使用有限的車載能量；它還能夠根據電池組的使用情況和充放電歷史選擇最佳充電方式，以盡可能延長電池的壽命。
世界各大汽車製造商的研究機構都在進行電動汽車車載電池能量管理系統的研究與開發。電動汽車電池當前存有多少電能，還能行駛多少公里，是電動汽車行駛中必須知道的重要參數，也是電動汽車能量管理系統應該完成的重要功能。應用電動汽車車載能量管理系統，可以更加准確地設計電動汽車的電能儲存系統，確定一個最佳的能量存儲及管理結構，並且可以提高電動汽車本身的性能。
在電動汽車上實現能量管理的難點，在於如何根據所採集的每塊電池的電壓、溫度和充放電電流的歷史數據，來建立一個確定每塊電池還剩餘多少能量的較精確的數學模型。

『玖』 純電動轎車的核心技術

發展電動汽車必須解決好4個方面的關鍵技術：電池技術、電機驅動及其控制技術、電動汽車整車技術以及能量管理技術。
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。
到目前為止，電動汽車用電池經過了3代的發展，已取得了突破性的進展。第1代是鉛酸電池，目前主要是閥控鉛酸電池(VRLA)，由於其比能量較高、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代是鹼性電池，主要有鎳鎘(NJ-Cd)、鎳氫(Ni-MH)、鈉硫(Na/S)、鋰離子(Li-ion)和鋅空氣(Zn/Air)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，並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，但目前還處於研製階段，一些關鍵技術還有待突破問。
電力驅動及其控制技術電動機與驅動系統是電動汽車的關鍵部件，要使電動汽車有良好的使用性能，驅動電機應具有調速范圍寬、轉速高、啟動轉矩大、體積小、質量小、效率高且有動態制動強和能量回饋等特性。目前，電動汽車用電動機主要有直流電動機(DCM)、感應電動機(IM)、永磁無刷電動機(PMBLM)和開關磁阻電動機(SRM)4類。
近幾年來，由感應電動機驅動的電動汽車幾乎都採用矢量控制和直接轉矩控制。由於直接轉矩的控制手段直接、結構簡單、控制性能優良和動態響應迅速，因此非常適合電動汽車的控制。美國以及歐洲研製的電動汽車多採用這種電動機。永磁無刷電動機可以分為由方波驅動的無刷直流電動機系統(BLDCM)和由正弦波驅動的無刷直流電動機系統(PMSM)，它們都具有較高的功率密度，其控制方式與感應電動機基本相同，因此在電動汽車上得到了廣泛的應用。PMSM類電機具有較高的能量密度和效率，其體積小、慣性低、響應快，非常適應於電動汽車的驅動系統，有極好的應用前景。目前，由日本研製的電動汽車主要採用這種電動機。
開關磁阻電動機(SRM)具有簡單可靠、可在較寬轉速和轉矩范圍內高效運行、控制靈活、可四象限運行、響應速度快和成本較低等優點。實際應用發現SRM存在轉矩波動大、雜訊大、需要位置檢測器等缺點，應用受到了限制。
隨著電動機及驅動系統的發展，控制系統趨於智能化和數字化。變結構控制、模糊控制、神經網路、自適應控制、專家控制、遺傳演算法等非線性智能控制技術，都將各自或結合應用於電動汽車的電動機控制系統。
電動汽車整車技術電動汽車是高科技綜合性產品，除電池、電動機外，車體本身也包含很多高新技術，有些節能措施比提高電池儲能能力還易於實現。採用輕質材料如鎂、鋁、優質鋼材及復合材料，優化結構，可使汽車自身質量減輕30%-50%；實現制動、下坡和怠速時的能量回收；採用高彈滯材料製成的高氣壓子午線輪胎，可使汽車的滾動阻力減少50%；汽車車身特別是汽車底部更加流線型化，可使汽車的空氣阻力減少50%。
能量管理技術蓄電池是電動汽車的儲能動力源。電動汽車要獲得非常好的動力特性，必須具有比能量高、使用壽命長、比功率大的蓄電池作為動力源。而要使電動汽車具有良好的工作性能，就必須對蓄電池進行系統管理。
能量管理系統是電動汽車的智能核心。一輛設計優良的電動汽車，除了有良好的機械性能、電驅動性能、選擇適當的能量源(即電池)外，還應該有一套協調各個功能部分工作的能量管理系統，它的作用是檢測單個電池或電池組的荷電狀態，並根據各種感測信息，包括力、加減速命令、行駛路況、蓄電池工況、環境溫度等，合理地調配和使用有限的車載能量；它還能夠根據電池組的使用情況和充放電歷史選擇最佳充電方式，以盡可能延長電池的壽命。
世界各大汽車製造商的研究機構都在進行電動汽車車載電池能量管理系統的研究與開發。電動汽車電池當前存有多少電能，還能行駛多少公里，是電動汽車行駛中必須知道的重要參數，也是電動汽車能量管理系統應該完成的重要功能。應用電動汽車車載能量管理系統，可以更加准確地設計電動汽車的電能儲存系統，確定一個最佳的能量存儲及管理結構，並且可以提高電動汽車本身的性能。
在電動汽車上實現能量管理的難點，在於如何根據所採集的每塊電池的電壓、溫度和充放電電流的歷史數據，來建立一個確定每塊電池還剩餘多少能量的較精確的數學模型。