發(fā)展氫能汽車已經成為2018年一個新的熱點話題。近年來，隨著各國對能源結構的調整和對清潔能源的關注與研究，氫能源以其綠色、高效、應用范圍廣等優(yōu)勢，成為全球最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?。國際氫能委員會會發(fā)布的《氫能源未來發(fā)展趨勢調研報告》顯示，到2050年，氫能源需求將是目前的10倍。預計到2030年，全球燃料電池乘用車將達到1000萬輛至1500萬輛。巨大的市場潛力使得各國和各大企業(yè)加大了對氫能產業(yè)的研發(fā)，希望通過發(fā)展氫能來解決能源安全，并掌握國際能源領域的制高點。

最近，一家天然氣汽車改裝企業(yè)的老總向筆者咨詢，如何把天然氣汽車改裝成為氫氣汽車？如何這個問題？我感到十分為難。還有許多客車企業(yè)的同行，也咨詢筆者，氫能汽車發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢如何？

看來有必要做深入的介紹了。

一、氫能汽車的基本含義

氫能汽車，一般人理解是氫氣做為能源的汽車。這一點與理解將汽油（柴油）作為能源的汽車是一個層次的。

比較專業(yè)的人，會把氫能理解為與天然氣汽車一樣的，將瓶裝壓縮的氫氣，解壓出來，供內燃機燃燒，一是可以做功，二是可以發(fā)電。

時代在進步，技術在發(fā)展。歷史上有過用內燃機燃燒氫氣的技術，但是最后沒有發(fā)展起來。

今天提倡發(fā)展的氫能汽車，由氫燃料電池發(fā)電，給電動汽車供電。這樣一般性理解，目前的氫能汽車的概念，是沒有內燃機的，原來的內燃機已經由燃料電池發(fā)動機替代了。

二、燃料電池發(fā)動機是什么意思？

在汽車行業(yè)里，內燃機已經說成燃油發(fā)動機了。汽車是機動車，機動車必須要有發(fā)動機，才能動起來的。汽車發(fā)動機與普通工業(yè)上的內燃機，還是有許多不同的技術要求。

所以說，發(fā)動機專門是指汽車上的。

目前動力電池的電，源于外面電網(wǎng)。電動汽車的驅動能源，源于車載動力電池。但是動力電池，專業(yè)層面還沒有人叫他是動力電池發(fā)動機。

燃料電池發(fā)動機是什么意思？筆者理解：

燃料電池發(fā)動機不是燃料發(fā)動機，目前直接燒油、燒氣的發(fā)動機，也可以叫做燃料發(fā)動機。

燃料電池發(fā)動機，基本上是專門指氫氣電池的，目前還沒有發(fā)現(xiàn)其他氣體可以直接發(fā)電的。

燃料電池與目前的動力電池原理，有許多相似的地方。

燃料電池發(fā)動機是通過一個類似“電池”原理的裝置，將氫氣“化”成電的一個系統(tǒng)。

三、燃料電池發(fā)動機結構組成

氫燃料電池發(fā)動機既不是動力蓄電池，也不是傳統(tǒng)燃油發(fā)動機。燃料電池發(fā)動機是一種將氫氣和氧氣通過電化學反應，直接轉化為電能的發(fā)電裝置。

圖（1）國產的氫燃料電池發(fā)動機

要開發(fā)燃料電池汽車，必須了解燃料電池發(fā)動機。

（1）六大組成部分，見圖（2）

①電堆；

②氫氣供給循環(huán)系統(tǒng)；

③空氣供給系統(tǒng)；

④水熱管理系統(tǒng)；

⑥電控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

圖2燃料電池發(fā)動機結構示意圖

（2）工作特點：

①系統(tǒng)輸入是氫氣和氧氣，輸出是僅為電、熱和水，能量轉化率高；

②沒有燃燒，沒有機械損耗，運行平穩(wěn)，噪音比較低。

（3）核心技術：

①電堆系統(tǒng)

電堆由雙極板和膜電極兩大部分組成，催化劑、質子交換膜和碳布/碳紙構成了膜電極。電堆是氫燃料電池發(fā)動機的核心部件。

②氫氣供給循環(huán)系統(tǒng)

自氣瓶中的高壓氫氣，經過減壓閥使得氫氣壓力降低，通過電磁閥控制氫氣進入電堆，氫氣回流泵再將電堆反應后剩余的氫氣，回收重新輸入電堆中，提高氫氣能源利用率。

（4）關鍵零部件

減壓閥、電磁閥、氫氣回流泵、氫氣濃度傳感器、空氣濾清器、空壓機/吹風機、空氣增濕器、水泵和水溫傳感器。

四、燃料電池發(fā)動機規(guī)格及指標

目前國內能提供燃料電池發(fā)動機的有：中科院大連化工所的新源動力、北京億華通、上海弗爾賽的三家企業(yè)，他們三家提供的產品有：30kW驅動模塊、60kW驅動模塊以及120kW驅動模塊。

國內其他企業(yè)基本上是代理國外的產品，比如巴拉德的產品。

國內與國外燃料電池發(fā)動機技術指標差異：

國內燃料電池發(fā)動機電堆功率密度基本上大概在2kW/L左右，國際先進水平已經達到了3kW/L左右；

催化劑效率：國內每千瓦的鉑用量大概0.3克，國際的先進水平已經達到了0.06克以下；

膜電極耐久性：國內動態(tài)工況實測壽命大概在3000小時，國外已經達到了9000小時；

空氣壓縮機：國內現(xiàn)在采取低壓壓縮機，國外主要采取高壓空氣壓縮機，如果能夠把壓力提高到兩倍左右，可能它的效率提高50%。

五“電電混合”氫能汽車技術路線是中國特色

“電電混合”是基本含義是，燃料電池發(fā)動機發(fā)的電與車載電池的電“混合”起來給電機做功，驅動汽車運動。從純電動到具有部分電力和部分燃料電池驅動的系統(tǒng)上看，可以分成2類：

①以動力電池的電能為主的電動汽車，燃料電池的電能用來補足驅動。

②以燃料電池電能為主的電動汽車，動力電池用來補足它的驅動。

為什么不發(fā)展全燃料電池發(fā)動機的氫汽車呢？

①燃料電池發(fā)動機功率，目前還不能滿足電動汽車的要求。國內燃料電池發(fā)動機電堆功率密度大概在2kW/L左右，國際先進水平也是在3kW/L左右。也就說，目前國內外動力電池不能滿足電動汽車的要求，同樣，燃料電池發(fā)動機的能力也不能滿足汽車的要求。

②燃料電池發(fā)動機是一個全新的產品，還有許多技術要求，要依靠產業(yè)化來完善，同時目前其單位成本還比較高；

③目前電-電混合動力系統(tǒng)是以動力電池汽車為基礎的。同是電-電混合動力系統(tǒng)可以彌補動力電池的汽車的不足；

④中國的燃料電池汽車取得了很明顯的進步，但是還面臨許多挑戰(zhàn)，電-電混合動力系統(tǒng)是相對比較穩(wěn)妥的技術方案。

六、“電電混合”氫能汽車技術的應用

目前電動汽車的主要不足：持續(xù)里程較短，充電時間較長。

電動城市公交車和電動城市配送車輛，在城市已經能基本滿足使用要求，但是對持續(xù)里程較長車輛而言，比如對城市之間遠程公交汽車等，就力不從心了。

“電電混合”氫能汽車技術的應用主要有：

①目前城市越來越大，大城市下面有衛(wèi)星城市，城市之間遠程公交汽車是電電混合”氫能汽車技術應用主戰(zhàn)場；

②“電電混合”氫能汽車，有充電可以充電，沒有時間充電，就加氫，滿足部分用戶的對里程廠和充電不方便的要求。

七、“電電混合”氫能汽車技術應用的注意事項

對汽車工程而言，系統(tǒng)組成結構是越簡越好。

電電混合是不僅兩套系統(tǒng)的組合，對系統(tǒng)集成提出了更高的要求。要注意的是，不要人為地增加難度。

①不要在車上進行制氫、提純氫氣工藝加工；

②不要在車上對氫氣進行壓縮加工工藝；

③“電電混合”氫能技術的基本要求是瓶裝壓縮氫氣。

一句話，車上空間極為有限，“電電混合”系統(tǒng)的布置已經是相當困難了，不要人為把工廠里的氫氣加工工藝予以簡化，搬到車上來都是不可取的。地面工廠做不到的事情，車上也是做不到的。