电动汽车燃料电池关键技术

『壹』 简述燃料电池电动汽车的优势和面临的问题

(1)优点。与传统汽车、纯电动汽车技术相比，燃料电池电动汽车具有以下优点：①零排放或近似零排放，绿色环保。燃料电池电动汽车在本质上是一种零排放汽车，燃料电池没有燃烧过程，若以纯氢作燃料，通过电化学的方法，将氢和氧结合，生成物是清洁的水；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，生成物除水之外还可能有少量的C02，但其排放量比内燃机要少得多，且没有其他污染排放（如氧化氮、氧化硫、碳氢化物或微粒）问题，接近零排放。与传统汽车相比既减少了机油泄漏带来的水污染，又降低了温室气体的排放。②能量转换效率高，节约能源。燃料电池的能量转换效率极高。燃料电池没有活塞或涡轮等机械部件及中间环节，不经历热机过程，不受热力循环（卡诺循环）限制，故能量转换效率高，燃料电池的化学能转换效率在理论上可达100%，实际效率已达60%～80%，是普通内燃机热效率的2～3倍(汽油机和柴油机汽车整车效率分别为16%-18%和22%～24%)。因此，从节约能源的角度来看，燃料电池汽车明显优于使用内燃机的普通汽车。③燃料多样化，优化了能源消耗结构。燃料电池所使用的氢燃料来源广泛，自然界中，氢能大量存储在水中，可采用水分解制氢，也可以从可再生能源获得，可取自天然气、丙烷、甲醇、汽油、柴油、煤以及再生能源。燃料来源的多样化有利于能源供应安全和利用现有的交通基础设施（如加油站等）。燃料电池不依赖石油燃料，各种可再生能源可以转化为氢能加以有效利用，减少了对石油资源的依赖，优化了交通能源的构成。④续驶里程长，性能优于其他电池的电动汽车。采用燃料电池发电系统作为能量源，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。燃料电池汽车可以车载发电，只要带上足够的燃料，它可以把我们送到任何想去的地方。燃料电池电动汽车在成本和整体性能上（特别是行程和补充燃料时间上）明显优于其他电池的电动汽车。⑤过载能力强。燃料电池除了在较宽的工作范周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，更适合于汽车的加速、爬坡等工况．燃料电池的短时过载能力可达200%的额定功率。⑥运行平稳、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，摆脱了马达的轰鸣，运行过程中噪声和振动都较小。(2)缺点。汽车业界普遍认同的一个观点是，燃料电池技术是内燃机技术最好的替代物，代表了汽车未来的发展方向。但如果将发展燃料电池汽车的几个制约因素考虑进来，则会发现燃料电池汽车目前和今后一段时间尚不具备商业化的条件。①燃料电池汽车的制造成本和使用成本过高。制约燃料电池汽车推广应用的最大因素之一是燃料电池的生产成本一直居高不下。如何降低燃料电池的生产成本成为燃料电池汽车实用化的关键。据美国能源部测算，目前燃料电池的生产成本已降为500美元／kN。专家估计，只有当燃料电池的生产成本降至50美元／kW的水平才能为消费者所接受．也就是说．当一台80kW的汽车用燃料电池的成本降到目前汽油发动机的3500美元的价格时，才能创造巨大的市场效益。从市场经济学角度讲，高成本很难完成市场化推广，而无法实现市场化就不可能大规模批量生产，进而成本就无法降下来，最终导致成本与销售的恶性循环。另一方面，燃料电池汽车的使用成本过也高，氢气的售价并不廉价，因此燃料电池车的运行成本并不令人乐观。目前由燃料电池发电系统提供lkW·h电能的成本远高于各种动力电池，这从一个侧面反映了作为汽车动力源，燃料电池还有相当远的距离。②启动时间长，系统抗震能力还需提高。采用氢气为燃料的FCEV启动时间一般需要超过3min，而采用甲醇或者汽油重整技术的FCEV则长达lOmin，比起内燃机汽车启动的时间长得多，影响其机动性能。此外，当FCEV受到振动或者冲击时，各种管道的连接和密封的可靠性需要进一步的提高，以防止泄漏，降低效率，严重时引发安全事故。③经济且无污染地获取纯氢燃料还存在技术难点。通过重整或改质技术转化传统的化石燃料获取纯氢天然气，不仅要消耗大量的能量，而且并没有从根本上摆脱对化石能的依赖，也没有从根本上消除对环境的污染。自然界中，氢能大量存储在水中，虽然取之不尽，但直接使用热分解或是电解的办法从水中制氢显然不划算。因此多数科学家都将目光转向了利用太阳能，但是还存在许多技术障碍。目前，他们正在进行太阳能分解水制氢、太阳能发电电解水制氢、阳光催化光解水制氢、太阳能生物制氢等方面的研究。只有到了能以再生性能源廉价地生产出氢燃料，氢燃料电池民用汽车的燃料问题才算获得了根本性解决。④氢燃料电池汽车燃料的供应还有大量的技术问题有待解决。通常氢能以三种状态存储和运输：高压气态、液态和氢化物形态。用常用的压缩气体罐储存的氢，只能供燃料电池汽车行驶150km，续驶里程太短，还不如蓄电池驱动的汽车。由于氢气是最小的分子，很容易造成泄漏。哪怕是微量的泄漏，都有可能造成极度可怕的后果。而在-253℃的条件下储存液氢的深度制冷技术目前还很不成熟．就全球来说，目前能够加液氢的加氢站也没有几家。值得欣慰的是，储氢材料的开发已取得了一定的进展。⑤供应燃料辅助设备复杂，且质量和体积较大 在以甲醇或者汽油为燃料的FCEV中，经重整器出来的“粗氢气”含有使催化剂“中毒”失效的少量有害气体，必须采用相应的净化装置进行处理，增加了结构和工艺的复杂性，并使系统变得笨重。目前普遍采用氢气燃料的FCEV，因需要高压、低温和防护的特种储存罐，导致体积庞大，也给FCEV的使用带来了许多不便。⑥稀有金属铂金Pt被大量应用也制约着燃料电池电动汽车的推广应用。稀有金属铂金作为燃料电池必不可少的反应催化剂，按照现有燃料电池对铂金的消耗量，地球上所有的铂金储量都用来制作车用燃料电池，也只能满足几百万辆车的需求。⑦加氢站等基础网络设施建设几乎为零，目前全球范围内投入使用的加氢站仅有100多家，且大部分是用于实验用途的。如果说技术和成本是科研机构和企业通过努力可以自行解决的问题，那么相应的配套设施建设则不是举一人之力可以完成的，需要国家政策、产业链条、基础设施建设等多方面的准备，并及时制定完善的行业标准和规范 加氢站等基础设施建设，既涉及城市规划、交通、电力等问题，又要解决投资和经营者的获利问题，同时还要有效解决加氢的核心技术和统一标准等问题。对于有一定行驶区间的公交车而言，这个问题可能容易解决，但是对于私家车而言要解决这些问题就任重而道远了。

『贰』 燃料电池电动汽车是怎样的工作原理

1、燃料电池电动汽车的动力系统主要由燃料电池发动机、燃料存储装置（主要用于储氢）、驱动电机、动力电池组等组成，采用燃料电池发电作为主要能量源，通过电机驱动车辆前进。燃料电池是利用氢气和氧气（或空气）在催化剂的作用下直接经电化学反应产生电能的装置，且有无污染、排放物只有水的优点。
2、燃料电池电动汽车具有效率高、节能环保（以氢气为能源、排放物为水）、运行平稳、噪声小等优点。
燃料电池作为电动汽车的动力来源，其特点主要表现在：
①能量转化效率高。燃料电池的能量转换效率可高达60%～80%，是内燃机的2~3倍。
②不污染环境。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生CO和C02，也没有硫和微粒排出，没有高温反应，也不产生NOx。如果使用车载的甲醇重整催化器供给氢气，仅会产生微量的CO和较少的C02。
3、燃料电池是一种不燃烧燃料而直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的高效发电装置。发电的基本原理是：电池的阳极(燃料极)输入氢气(燃料，氢分子(H2)在阳极催化剂作用下被离解成为氢离子(H+)和电子(e-)，H+穿过燃料电池的电解质层向阴极(氧化极)方向运动，e-因通不过电解质层而由一个外部电路流向阴极;在电池阴极输入氧气(O2)，氧气在阴极催化剂作用下离解成为氧原子(O)，与通过外部电路流向阴极的e-和燃料穿过电解质的H+结合生成稳定结构的水(H2O)，完成电化学反应放出热量。
4、现阶段，燃料电池的许多关键技术还处于研发试验阶段。此外，燃料电池的理想燃料——氢气，在制备、供应、储运等方面距离产业化还有大量的技术与经济问题有待解决。
作为燃料电池必不可缺少的反应催化剂——稀有金属铂金(Pt)被大量应用。按照现有燃料电池对铂金的消耗量，地球上所有储量都用来制造车用燃料电池，也仅能满足几百万辆车的需求。因此如何降低稀有金属用量也是燃料电池电动汽车推广应用的技术和资源瓶颈之一。

『叁』 燃料电池电动汽车控制系统的主要关键技术有哪些

燃料电池系统组成：阳极供氢系统、阴极供气系统、电堆液冷系统、进气加湿系统、电堆反应系统

BOP部件组成：罐、不同阀、不同泵、节气门、滤清器、加湿器、水箱、热交换器、离子过滤器;控制系统、逆变系统、传感器等

燃料电池涉及学科及知识领域：1.机械-不同结构部件-水循环-液冷系统压力反馈-液冷系统恒温控制-循环控制。2.电气：-整流逆变-DCDC。3.控制：-阀、泵、电机、节气门等控制。

涉及到的学科领域：

1.热力学：-电堆温度、液冷系统温度、气相及液相影响、-化学变化、不同部件热损耗等-熵、焓、温度、压力、流量、摩尔质量计算；-温度、压力对化学变化的影响、-质量、能量守恒

2.化学：-化学物质的属性-化学平衡方程-混合物及临界状态计算

3.动力学：-流体力学-物质状态-气、液物质黏度-流量影响

燃料电池系统级建模需要满足：

燃料电池的控制系统HIL以及MIL的需求、基于Matlab/Simulink、具备不同部件的模型库、快速搭建系统级模型、方便的前后处理及运行调试；建模需要遵循：基本数学建模理论、热力学基本定律、电化学基本理论、热及质子传输基本理论；基本的化学物质的热物理参数：支持不同的燃料、介质等选择。

可参考山东氢探新能源的Thermolib模型。

Thermolib热力学及燃料电池仿真模型1.基于MATLAB/Simulink环境2.热力学及燃料电池仿真的模型软件。3.用于HIL以及MIL开发阶段4.低成本、快速搭建燃料电池系统5.提供了燃料电池模型仿真所需要的热力学、流体力学电化学反应等模型库6.提供泵、阀、压缩机、增湿器、冷却系统、罐等外围模型。

『肆』 求研究我国电动汽车电池核心技术的上市公司。以及与这有关的上市公司

（1）002091江苏国泰：锂电池电解液。主要控股子公司国泰华荣化工新材料有限公司主要产生产锂电池电解液和硅烷偶联剂，锂电池电解液国内市场占有率超过30％。占上市公司营业利润的30％，公司有望凭借锂离子动力电池的大规模应用迎来新的发展机遇。

（2）000839中信国安：锂电池正极材料。公司子公司——中信国安盟固利电源技术有限公司是目前国内最大的锂电池正极材料钴酸锂和锰酸锂的生产厂家，同时也是国内唯一大规模生产动力锂离子二次电池的厂家。奥运期间以盟固利公司锰酸锂产品作正极材料的动力电池装配于50辆纯电动大客车。 另外，中信国安还是碳酸锂资源公司。

（3）000973佛塑股份：锂电池隔膜。生产锂电池隔膜产品。

（4）600884杉杉股份：生产锂电池材料，为国内排名第一供应商。

（5）600478科力远：镍氢电池，正谋求从丰田HEV镍氢电池材料供应商向镍氢动力电池组的成品供应商的转变。目前科力远与它们的合作仅处于谈判阶段。与科力远有初步合作的仅是日本丰田和南车集团，其中南车集团的纯电动客车项目已对科力远镍氢电池组方案较为认可。

（6）000049德赛电池：子公司生产锂电池，目前无汽车锂电池项目。

（7）600390金瑞科技 公司是国内镍氢电池电极材料氢氧化镍的主要供应商之一，产品主要销售给比亚迪和日本的汤浅，发展前景广阔。公司还具有定向增发概念，盈利能力有望提升。

（8）600854春兰股份：镍氢电池。春兰集团研发20－100AH系列的大容量动力型高能镍氢电池

（9）600846同济科技：燃料电池。参股上海中科同力化工材料有限公司36．23％的股份。该公司从事质子交换膜燃料电池关键材料与部件的研发，包括具有创新化学结构的质子交换树脂和质子交换膜的研制

（10）600196复星医药：燃料电池。参股上海神力科技有限公司36．26％的股权。该公司是专门从事质子交换膜燃料电池产品的研发与产业化的高科技民营企业，目前开发了5个系列的燃料电池产品，建立了全套的中小功率（0．1kW－30kW）与大功率（30kW－150kW）的质子交换膜燃料电池及其动力系统、燃料电池发动机集成制造技术及批量生产的能力与设施

（11）600104上海汽车：燃料电池。大股东上海汽车工业（集团）总公司是“大连新源动力股份有限公司”第一大股东。该公司是中国第一家致力于燃料电池产业化的股份制企业，“燃料电池及氢源技术国家工程研究中心”和“博士后科研工作站”获国家认可，在中国工程院院士衣宝廉先生带领下主要研究质子交换膜燃料电池技术。上海汽车工业（集团）总公司是新源动力的第一大股东，长城电工参股11％，新大洲A参股3．42％

（12）600192长城电工：参股“大连新源动力股份有限公司”，持股11％，同上。

（13）000571新大洲A：参股“大连新源动力股份有限公司”，持股3.42％，同上。

（14）600872中炬高新：公司涉及动力电池行业，其与国家高技术绿色材料发展中心共同设立的中炬森莱高技术有限公司就是一家专门从事镍氢电池、镍镉电池、锂电电池、动力电池、手机电池的研发、生产、销售为一体的企业，在十五期间一直承担国家863项目——动力电池产业化开发项目的研究工作。目前公司已向多家汽车生产厂家提供动力电池样品，未来在国家政策及汽车企业动力电车实现量产的推动下，该业务有望成为企业新的利润增长点
电池金属资源上市公司

（15）000762西藏矿业：锂资源。西藏矿业拥有锂储量全国第一、世界第三大的扎布耶盐湖20年开采权；除湖岸以及湖底自然沉积的碳酸锂外，湖水中碳酸锂的含量保守估计高达200万吨；公司每年碳酸锂销量在2000吨左右；以磷酸铁锂、碳酸锂中锂的含量并考虑生产过程中的损耗，计算可知每吨磷酸铁锂大约需要0．3吨碳酸锂，预计每辆新型动力汽车需要0．08吨左右的碳酸锂；因此一旦动力锂电池实现大规模应用，西藏矿业将成为受益者

（16）600459贵研铂业：铂资源。燃料电池若能成功产业化，铂的深加工业务或将因此受益

（17）600432吉恩镍业：镍资源。镍氢动力电池大规模发展将直接扩大镍的需求量，公司有望从中受益

（18）600111包钢稀土：稀土资源。国内最主要的稀土生产企业。利用1997年首次发行股票募集的资金开发镍氢电池项目。（19）600549厦门钨业：稀土资源。厦钨拥有3000吨／年的储氢合金粉产能、2000吨／年的稀土冶炼分离产能以及13万吨稀土储量。目前，公司的储氢合金粉除供应比亚迪等国内公司外，还取得了松下、本田公司的认证，储氢合金粉产销量有望进一步提升

『伍』 燃料电池的技术标准

2013年8月，欧盟联合研究中心(JRC)同美国能源部阿尔贡国家实验室(ANL)签署聚合物电解质燃料电池(PEMFC) 测试程序协议，标志着双方迈出了燃料电池技术标准国际化的第一步。近年来，全球燃料电池与燃料电池堆栈(Stacks)技术发展迅速，已展现出在道路交通电动汽车行业广泛应用的前景。协议的签署，有利于双方在燃料电池测试技术与测试方法上的相互协调与标准化，扩大双方间燃料电池技术的信息交流与数据交换，加速燃料电池技术的商业化应用进程。
根据燃料电池国际专家组最新提供的研究报告，“从国际视角看燃料电池测试协议”显示，签署国际协议的重要性和必要性显而易见。目前，世界上燃料电池主要存在两大类性能(Performance)测试方法和五大类负荷曲线，包括占空比(Duty Cycles)的耐久性(Durability)测试方法。其中，美国以动态应力测试法(DST)为主，而欧盟以新欧洲驾驶循环模拟汽车功率测试法 (NEDC)为主。暂且不论不同测试方法提供的数据参数准确性与误差率，仅不同测试方法很可能导致的不同技术发展路线，包括国际间燃料电池技术参数的对比交换，必将造成延迟燃料电池技术商业化应用的严重后果。
双方代表在测试程序协议签字仪式后表示，欧盟美国将加强燃料电池这一战略能源新兴技术领域的科技合作，积极推动燃料电池技术标准的国际化。

『陆』 燃料电池汽车的关键技术

电动汽车的关键能源动力技术包括电池技术、电机技术、控制器技术。电池技术、电机技术和控制器技术是电动汽车所特有的技术，这3项技术也是一直制约电动汽车大规模进入市场的关键因素。 电池是电动汽车的动力源泉，也是一直制约电动汽车发展的关键因素。电动汽车用电池的主要性能指标是比能量(E) 、能量密度(Ed)、比功率(P)、循环寿命(L)和成本(C)等。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。
电动汽车用电池经过了3代的发展，已经取得了突破性进展。
第1代是铅酸电池，目前主要是阀控铅酸电池(VRLA) ，由于其比能量较高、价格低和能高倍率放电， 因此是目前惟一能大批量生产的电动汽车用电池。
第2代是碱性电池，主要有镍镉、镍氢、钠硫、锂离子和锂聚合物等多种电池，其比能量和比功率都比铅酸电池高，因此大大提高了电动汽车的动力性能和续驶里程，但其价格却比铅酸电池高。
第3代是以燃料电池为主的电池，燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能，能量转变效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反应过程，能量转化过程可以连续进行，因此是理想的汽车用电池还处于研制阶段，一些关键技术还有待突破。
广泛应用于电动汽车的燃料电池是一种称为质子交换膜的燃料电池(PEMFC) ，它以纯氢为燃料，以空气为氧化剂，不经历热机过程，不受热力循环限制，因此能量的转换效率高，是普通内燃机热效率的2～3倍。同时，它还具有噪音低、无污染、寿命长、启动迅速、比功率大和输出功率可随时调整等特性，使得PEMFC非常适合用作交通工具的动力源。 美国和加拿大是燃料电池研发和示范的主要区域，在美国能源部（DOE）、交通部（DOT）和环保局（EPA）等政府部门的支持下，燃料电池技术取得了很大的进步，通用汽车、福特汽车、丰田、戴姆勒奔驰、日产、现代等整车企业均在美国加州参加燃料电池汽车的技术示范运行，并培育了美国的UTC（联合技术公司）、加拿大的巴拉德（Ballad）等国际知名的燃料电池研发和制造企业美国通用汽车公司2007 年秋季启动的Project Driveway 计划，将100 辆雪佛兰Equinox 燃料电池汽车投放到消费者手中，2009 年总行驶里程达到了160万km。同年，通用汽车宣布开发全新的一代氢燃料电池系统，新系统与雪佛兰Equinox 燃料电池车上的燃料电池系统相比，新一代氢燃料电池体积缩小了一半，质量减轻了100 kg，铂金用量仅为原来的1/3。通用汽车新一代燃料电池汽车的铂金用量已经下降到30 g，按照目前国际市场价格，铂金为300~400 元/g，100 kW燃料电池的铂金成本约为1 万元人民币，燃料电池的成本大幅度下降。预计到2017 年，100 kW燃料电池发动机的铂金用量将下降到10~15 g，达到传统汽油机三效催化器的铂金用量水平。
美国在2006 年专门启动了国家燃料电池公共汽车计划（National Fuel Cell City Bus Program，NFCBP），进行了广泛的车辆研发和示范工作，2011 年美国燃料电池混合动力公共汽车实际道路示范运行单车寿命超过1.1 万h 。美国在燃料电池混合动力叉车方面也进行了大规模示范，截至2011 年，全美大约有3000 台燃料电池叉车，寿命达到了1.25 万h 的水平。燃料电池叉车在室内空间使用，具有噪音低、零排放的优点。 欧洲的燃料电池客车示范计划，完成了第6 框架计划（Framework Program，2002—2006）和第7 框架计划（2007—2012），目的是突破燃料电池和氢能发展的一些关键性技术难点，在CUTE (Clean Urban Transport for Europe, 欧洲清洁都市交通）及欧盟其他相关项目支持下，各个城市开展燃料电池公共汽车示范运行，今年新的计划 CHIC（ Clean Hydrogen in European Cities, 欧洲清洁都市交通）开始实施，包括阿姆斯特丹、巴塞罗那、汉堡、伦敦、卢森堡、 马德里、波尔图、斯德哥尔摩、斯图加特、冰岛以及澳大利亚珀斯， 即澳大利亚STEP 项目（Sustainable Transport Energy Program，可持续交通能源计划）等，欧洲在燃料电池汽车的可靠性和成本控制等方面取得了长足的进步。
在德国，2012 年6 月，主要的汽车和能源公司与政府一起承诺，建立广泛的全国氢燃料加注网络，支持发展激励计划，即到2015 年，全国建成50 个加氢站，为全国5000 辆燃料电池汽车提供加氢服务[7] 。戴姆勒奔驰于2011 年开展燃料电池汽车的全球巡回展示，验证了燃料电池轿车性能已经达到了传统轿车的性能，具备了产业化推广的能力。戴姆勒集团参与“ Hy FLEET：CUTE（2003-2009）”项目。36 辆梅赛德斯－奔驰Citaro 燃料电池客车已由20 个交通运营商进行运营使用，运营时间超过14 万h、行驶里程超过220 万km。但是第一代纯燃料电池的客车，寿命只有2 000 h，经济性较差。戴姆勒集团与2009 年开始推出第二代轮边电机驱动的燃料电池客车，主要性能达到了国际先进水平，其经济性大幅度改善，燃料电池耐久性达到1. 2 万h。
德国西门子公司研发的燃料电池，已经成功地应用于德国的214 型潜艇上（氢氧型） [11] 。2007 年德国戴姆勒奔驰公司，美国福特汽车公司和加拿大Ballard公司合作， 成立AFCC 公司（Automotive Fuel Cell Cooperation，车用燃料电池公司），以研发和推广车用燃料电池。2013 年年初，宝马公司决定与燃料电池技术排名第一的企业——丰田汽车公司合作，由丰田公司向宝马公司提供燃料电池技术。 从全球范围看，日本和韩国的燃料电池研发水平处于全球领先，尤其是丰田、日产和现代汽车公司，在燃料电池汽车的耐久性，寿命和成本方面逐步超越了美国和欧洲。丰田公司的2008 版FCHV-Adv 在实际测试中，实现了在－37 ℃顺利启动，一次加氢行驶里程达到了830km，单位里程耗氢量0.7 kg/（100 km），相当于汽油3L/（100 km），如图3 所示 [12] 。2013 年11 月，丰田在“第43 届东京车展2013”上，展出了计划在2015 年投放市场的燃料电池概念车，作为技术核心的燃料电池组目前实现了当时公开的全球最高的3 kW/L 功率密度。该燃料电池组去掉了加湿模块，不但降低了成本、车质量和体积，还减少了燃料电池的热容量，有利于燃料电池在低温条件下迅速冷启动。如图5所示为丰田公司的FCHV-Adv。
目前丰田汽车公司在扩大混合动力汽车的同时，重点针对燃料电池汽车的产业化进行准备，拟在2015年投放新一代燃料电池轿车，进行批量生产；2016 年生产（与日野合作）新一代燃料电池客车。和丰田汽车公司类似，日产汽车也投入巨资开展燃料电池电堆和轿车的研发，2011 年日产的燃料电池电堆，功率90 kW，质量仅43 kg，2012 年，日产汽车公司研发的电堆功率密度达到了2.5 kW/L，这在当时是国际最高水平[14] 。另外，本田公司新开发的FCX Clarity燃料电池汽车，能够在－ 30℃顺利启动，续驶里程达到620 km[15] ，2014 年，本田宣布的新一代燃料电池堆功率密度也达到3 kW/L。韩国现代从2002 开始研发燃料电池汽车，2005 年采用巴拉德的电堆组装了32 辆运动型多功能车(sports utility vehicle，SUV)，2006 年推出了自主研发的第一代电堆，组装了30 台SUV，4 辆大客车，并进行了示范运行；2009—2012 年间，开发了第2 代电堆，装配100 台SUV，开始在国内进行示范和测试，并对电堆性能进行改进；2012 年，推出了第3 代燃料电池SUV 和客车，开始全球示范；2013 年，韩国现代宣布将提前2年开展千辆级别的燃料电池SUV（现代ix35）生产，在全球率先进入燃料电池千辆级别的小规模生产阶段。该SUV 采用了100 kW燃料电池，24 kW锂离子电池，100 kW电机，70 MPa 的氢瓶可以储存5.6 kg 氢气， 新欧洲行驶循环（New European Drive Cycle，NEDC) 循环工况续驶里程588 km，最高车速160 km/h。 在中国国家“八六三”高技术项目、“十五规划”的电动汽车重大科技专项与“十一五规划”节能与新能源汽车重大项目的支持下，通过产学研联合研发团队的刻苦攻关，中国的燃料电池汽车技术研发取得重大进展，初步掌握了整车、动力系统与核心部件的核心技术，基本建立了具有自主知识产权的燃料电池轿车与燃料电池城市客车动力系统技术平台，也初步形成了燃料电池发动机、动力电池、DC/DC 变换器、驱动电机、供氢系统等关键零部件的配套研发体系，实现了百辆级动力系统与整车的生产能力。中国燃料电池汽车正处于商业化示范运行考核与应用的阶段，已在北京奥运燃料电池汽车规模示范、上海世博燃料电池汽车规模示范、UNDP（United Nations Development Programme， 联合国开发计划)燃料电池城市客车示范以及“十城千辆”、广州亚运会、
深圳大运会等示范应用中取得了良好的社会效益中国燃料电池轿车采用独具特色的“电—电混合”动力系统平台技术方案，具有“动力系统平台整车适配、电—电混合能源动力控制、车载高压储氢系统、工业副产氢气纯化利用”的技术特征。在“十五规划”研发的基础上，“十一五规划”新一代燃料电池轿车动力系统结合整车平台的改变，采用扁平化的动力系统布置方式，燃料电池发动机氢气子系统、空气子系统与冷却系统采用模块化分散布置的模式，增加了动力系统与整车适配的柔性，明显提升整车的人机工程性能。同时，优化集成DC/DC 变换器、DC/AC控制器以及电动空调和低压变换器等功率元器件的动力系统控制单元，在提升模块化的同时方便集中处理电磁兼容、系统冷却以及电安全等问题，体现了电动
汽车动力系统集成设计的方向。与“十五规划”燃料电池轿车动力系统相比，新一代动力系统的性能得到进一步优化与提高。主要表现在：燃料电池发动机功率从40 kW 提高到55 kW；动力蓄电池容量从48 kWh 减小到26 kWh ；电机功率从60 kW 提高到90 kW；电机控制器(DC/AC) 功率提高35%，体积比功率增加12.5%。同时，动力系统继续保持燃料经济性的技术优势，在车辆整备质量增加近250 公斤的前提下整车动力性明显提高，燃料经济性则
仍然保持在1.2 kg/(100 km) 的原有水平。中国国家“八六三”高技术项目持续支持燃料电池汽车的技术研发工作，“十二五规划”期间为保持中国电动汽车技术制高点，继续保持了对燃料电池汽车的支持力度。从产业界来看，即使在“十五、十一五规划”燃料电池汽车全球产业化热潮期间，中国汽车工业界并没有在燃料电池汽车方面有明显投入，进入“十二五规划”后，在燃料电池汽车产业化趋于理性化的大背景下，上汽集团制定了燃料电池汽车发展的五年规划，以新源动力为燃料电池电堆供应商，开始投入大量资金研发燃料电池汽车，目前正进行第3 代燃料电池轿车FCV 的开发，在2011 年必比登比赛中，上汽开发的FCV 在燃料电池轿车组别中，名列第3。
同济大学已开展多轮燃料电池轿车的研发工作，研制的燃料电池轿车已在奥运会、世博会进行大规模示范运行。在“十二五规划”期间，同济大学将为中国第一汽车集团公司、东风汽车公司、奇瑞汽车股份有限公司和中国长安汽车集团股份有限公司集成燃料电池轿车。在中国城市循环条件下，代表性燃料电池混合动力轿车的技术参数如表6 所示。

『柒』 燃料电池电动汽车的简介

燃料电池电动汽车实质上是电动汽车的一种，在车身、动力传动系统、控制系统等方面，燃料电池电动汽车与普通电动汽车基本相同，主要区别在于动力电池的工作原理不同。燃料电池的反应机理是将燃料中的化学能不经过燃烧直接转化为电能，即通过电化学反应将化学能转化为电能，实际上就是电解水的逆过程，通过氢氧的化学反应生成水并释放电能。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。
燃料电池的反应不经过热机过程，因此其能量转换效率不受卡诺循环的限制，能量转化效率高；它的排放主要是水非常清洁，不产生任何有害物质。因此，燃料电池技术的研究和开发备受各国政府与大公司的重视，被认为是21世纪的洁净、高效的发电技术之一。

『捌』 纯电动车的核心技术

发展电动汽车必须解决好4个方面的关键技术：电池技术、电机驱动及其控制技术、电动汽车整车技术以及能量管理技术。
电池技术电池是电动汽车的动力源泉，也是一直制约电动汽车发展的关键因素。电动汽车用电池的主要性能指标是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循环寿命(L)和成本(C)等。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。
电动汽车用电池经过了3代的发展，已取得了突破性的进展。第1代是铅酸电池，主要是阀控铅酸电池(VRLA)，由于其比能量较高、价格低和能高倍率放电，因此是惟一能大批量生产的电动汽车用电池。第2代是碱性电池，主要有镍镉(NJ-Cd)、镍氢(Ni-MH)、钠硫(Na/S)、锂离子(Li-ion)和锌空气(Zn/Air)等多种电池，其比能量和比功率都比铅酸电池高，因此大大提高了电动汽车的动力性能和续驶里程，但其价格却比铅酸电池高。第3代是以燃料电池为主的电池。燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能，能量转变效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反应过程，能量转化过程可以连续进行，因此是理想的汽车用电池，但还处于研制阶段，一些关键技术还有待突破问。
电力驱动及其控制技术电动机与驱动系统是电动汽车的关键部件，要使电动汽车有良好的使用性能，驱动电机应具有调速范围宽、转速高、启动转矩大、体积小、质量小、效率高且有动态制动强和能量回馈等特性。电动汽车用电动机主要有直流电动机(DCM)、感应电动机(IM)、永磁无刷电动机(PMBLM)和开关磁阻电动机(SRM)4类。
由感应电动机驱动的电动汽车几乎都采用矢量控制和直接转矩控制。由于直接转矩的控制手段直接、结构简单、控制性能优良和动态响应迅速，因此非常适合电动汽车的控制。美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电动机。永磁无刷电动机可以分为由方波驱动的无刷直流电动机系统(BLDCM)和由正弦波驱动的无刷直流电动机系统(PMSM)，它们都具有较高的功率密度，其控制方式与感应电动机基本相同，因此在电动汽车上得到了广泛的应用。PMSM类电机具有较高的能量密度和效率，其体积小、惯性低、响应快，非常适应于电动汽车的驱动系统，有极好的应用前景。由日本研制的电动汽车主要采用这种电动机。
开关磁阻电动机(SRM)具有简单可靠、可在较宽转速和转矩范围内高效运行、控制灵活、可四象限运行、响应速度快和成本较低等优点。实际应用发现SRM存在转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点，应用受到了限制。
随着电动机及驱动系统的发展，控制系统趋于智能化和数字化。变结构控制、模糊控制、神经网络、自适应控制、专家控制、遗传算法等非线性智能控制技术，都将各自或结合应用于电动汽车的电动机控制系统。
电动汽车整车技术电动汽车是高科技综合性产品，除电池、电动机外，车体本身也包含很多高新技术，有些节能措施比提高电池储能能力还易于实现。采用轻质材料如镁、铝、优质钢材及复合材料，优化结构，可使汽车自身质量减轻30%-50%；实现制动、下坡和怠速时的能量回收；采用高弹滞材料制成的高气压子午线轮胎，可使汽车的滚动阻力减少50%；汽车车身特别是汽车底部更加流线型化，可使汽车的空气阻力减少50%。
能量管理技术蓄电池是电动汽车的储能动力源。电动汽车要获得非常好的动力特性，必须具有比能量高、使用寿命长、比功率大的蓄电池作为动力源。而要使电动汽车具有良好的工作性能，就必须对蓄电池进行系统管理。
能量管理系统是电动汽车的智能核心。一辆设计优良的电动汽车，除了有良好的机械性能、电驱动性能、选择适当的能量源(即电池)外，还应该有一套协调各个功能部分工作的能量管理系统，它的作用是检测单个电池或电池组的荷电状态，并根据各种传感信息，包括力、加减速命令、行驶路况、蓄电池工况、环境温度等，合理地调配和使用有限的车载能量；它还能够根据电池组的使用情况和充放电历史选择最佳充电方式，以尽可能延长电池的寿命。
世界各大汽车制造商的研究机构都在进行电动汽车车载电池能量管理系统的研究与开发。电动汽车电池当前存有多少电能，还能行驶多少公里，是电动汽车行驶中必须知道的重要参数，也是电动汽车能量管理系统应该完成的重要功能。应用电动汽车车载能量管理系统，可以更加准确地设计电动汽车的电能储存系统，确定一个最佳的能量存储及管理结构，并且可以提高电动汽车本身的性能。
在电动汽车上实现能量管理的难点，在于如何根据所采集的每块电池的电压、温度和充放电电流的历史数据，来建立一个确定每块电池还剩余多少能量的较精确的数学模型。

『玖』 纯电动轿车的核心技术

发展电动汽车必须解决好4个方面的关键技术：电池技术、电机驱动及其控制技术、电动汽车整车技术以及能量管理技术。
电池技术电池是电动汽车的动力源泉，也是一直制约电动汽车发展的关键因素。电动汽车用电池的主要性能指标是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循环寿命(L)和成本(C)等。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。
到目前为止，电动汽车用电池经过了3代的发展，已取得了突破性的进展。第1代是铅酸电池，目前主要是阀控铅酸电池(VRLA)，由于其比能量较高、价格低和能高倍率放电，因此是目前惟一能大批量生产的电动汽车用电池。第2代是碱性电池，主要有镍镉(NJ-Cd)、镍氢(Ni-MH)、钠硫(Na/S)、锂离子(Li-ion)和锌空气(Zn/Air)等多种电池，其比能量和比功率都比铅酸电池高，因此大大提高了电动汽车的动力性能和续驶里程，但其价格却比铅酸电池高。第3代是以燃料电池为主的电池。燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能，能量转变效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反应过程，能量转化过程可以连续进行，因此是理想的汽车用电池，但目前还处于研制阶段，一些关键技术还有待突破问。
电力驱动及其控制技术电动机与驱动系统是电动汽车的关键部件，要使电动汽车有良好的使用性能，驱动电机应具有调速范围宽、转速高、启动转矩大、体积小、质量小、效率高且有动态制动强和能量回馈等特性。目前，电动汽车用电动机主要有直流电动机(DCM)、感应电动机(IM)、永磁无刷电动机(PMBLM)和开关磁阻电动机(SRM)4类。
近几年来，由感应电动机驱动的电动汽车几乎都采用矢量控制和直接转矩控制。由于直接转矩的控制手段直接、结构简单、控制性能优良和动态响应迅速，因此非常适合电动汽车的控制。美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电动机。永磁无刷电动机可以分为由方波驱动的无刷直流电动机系统(BLDCM)和由正弦波驱动的无刷直流电动机系统(PMSM)，它们都具有较高的功率密度，其控制方式与感应电动机基本相同，因此在电动汽车上得到了广泛的应用。PMSM类电机具有较高的能量密度和效率，其体积小、惯性低、响应快，非常适应于电动汽车的驱动系统，有极好的应用前景。目前，由日本研制的电动汽车主要采用这种电动机。
开关磁阻电动机(SRM)具有简单可靠、可在较宽转速和转矩范围内高效运行、控制灵活、可四象限运行、响应速度快和成本较低等优点。实际应用发现SRM存在转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点，应用受到了限制。
随着电动机及驱动系统的发展，控制系统趋于智能化和数字化。变结构控制、模糊控制、神经网络、自适应控制、专家控制、遗传算法等非线性智能控制技术，都将各自或结合应用于电动汽车的电动机控制系统。
电动汽车整车技术电动汽车是高科技综合性产品，除电池、电动机外，车体本身也包含很多高新技术，有些节能措施比提高电池储能能力还易于实现。采用轻质材料如镁、铝、优质钢材及复合材料，优化结构，可使汽车自身质量减轻30%-50%；实现制动、下坡和怠速时的能量回收；采用高弹滞材料制成的高气压子午线轮胎，可使汽车的滚动阻力减少50%；汽车车身特别是汽车底部更加流线型化，可使汽车的空气阻力减少50%。
能量管理技术蓄电池是电动汽车的储能动力源。电动汽车要获得非常好的动力特性，必须具有比能量高、使用寿命长、比功率大的蓄电池作为动力源。而要使电动汽车具有良好的工作性能，就必须对蓄电池进行系统管理。
能量管理系统是电动汽车的智能核心。一辆设计优良的电动汽车，除了有良好的机械性能、电驱动性能、选择适当的能量源(即电池)外，还应该有一套协调各个功能部分工作的能量管理系统，它的作用是检测单个电池或电池组的荷电状态，并根据各种传感信息，包括力、加减速命令、行驶路况、蓄电池工况、环境温度等，合理地调配和使用有限的车载能量；它还能够根据电池组的使用情况和充放电历史选择最佳充电方式，以尽可能延长电池的寿命。
世界各大汽车制造商的研究机构都在进行电动汽车车载电池能量管理系统的研究与开发。电动汽车电池当前存有多少电能，还能行驶多少公里，是电动汽车行驶中必须知道的重要参数，也是电动汽车能量管理系统应该完成的重要功能。应用电动汽车车载能量管理系统，可以更加准确地设计电动汽车的电能储存系统，确定一个最佳的能量存储及管理结构，并且可以提高电动汽车本身的性能。
在电动汽车上实现能量管理的难点，在于如何根据所采集的每块电池的电压、温度和充放电电流的历史数据，来建立一个确定每块电池还剩余多少能量的较精确的数学模型。