电动汽车应用技术：燃料电池发展现状

目前，世界各国政府以及各大汽车厂商都投入资金进行燃料电池电动汽车的研究与开发，其中影响最大的开发项目有两个：一个是美国能源部组织的国家质子交换膜燃料电池研究计划；一个是以巴拉德动力系统公司的技术为依托，由戴姆勒-克莱斯勒公司、福特汽车公司等跨国公司投资合作的质子交换膜燃料电池电动汽车项目。

样车开发和示范运行都已证明燃料电池电动汽车技术的可行性。燃料电池出现模块化趋势，单个燃料电池模块的功率范围被限定在一定的范围内，通过提高产品性能实现模块化组装，以满足不同车辆对燃料电池功率等级的要求；为有效提高燃料电池的使用寿命，降低系统成本，需优化动力电池和燃料电池的能量分配。燃料电池汽车技术攻关的焦点集中在提高可靠性、耐久性方面，但近期达到实用化还面临着很多的挑战，主要为：

（1）燃料电池的寿命需要进一步提高

目前燃料电池的使用寿命只有2000～3000h，而实用化的目标寿命应大于5000h。因此，减缓和消除工况循环下材料与性能的衰减、增加燃料对空气中杂质的耐受力、提高0℃以下储存和起动能力等成为研究热点。

（2）燃料电池的成本要大幅度降低

2013年，日本京都大学研发出了新型纳米镍粒子，它可以在低压状态下吸附储存氢气。他们使用有机溶剂将镍的化合物溶解，然后重新还原成特殊结构的镍粒子。新的镍粒子比普通镍的原子结构更加紧密，在常压状态下，吸存氢气能力与钯持平。而以前则需要在600MPa高压的条件下，镍才可以作为储存氢气的材料。此项技术可大幅减轻电池重量，降低成本，增加容量，提高电池的安全性，为推动燃料电池实用化迈出重要的一步。

（3）解决氢源和基础设施问题

不同地区必须结合当地的资源情况，选择合适的制氢途径，加强加氢站的建设和示范。另外还要加强车载储氢材料和储氢方法的研究，提高整车续驶里程。(www.xing528.com)

本田FCX Clarity采用了电-电混合燃料电池电动汽车技术方案（图1-23），其自主开发的V-Flow燃料电池堆采用垂直设计，既减小了体积，提高了效率，又有利于散热和排水，同时使用228V锂离子电池作为补充电源。本田FCX Clar-ity能够在-30℃顺利起动。与上一代FCX搭载的燃料电池箱相比，V-Flow燃料电池堆功率由86kW提高至100kW，同时实现了轻量化和小型化，续驶里程也提高了30%，达到620km。

图1-23 本田FCX Clarity

2013年2月，世界上第一辆量产版氢燃料电池电动汽车ix35在现代汽车韩国蔚山工厂正式下线（图1-24）。该车采用了功率为100kW的燃料电池堆为一台功率为100kW的电机提供能量，电机可提供的峰值转矩达到300N·m，0—100km/h加速时间为12.5s，最高时速可达151km/h，续驶里程594km。储氢罐中可存放5.6kg氢气，也就是每千克氢燃料可支持汽车行驶106km。经计算，1kg氢燃料约相当于3.7L汽油的能量含量，那么，该车的燃效约为28.6（106/3.7=28.6）kg/L。

图1-24 现代ix35氢燃料电池电动汽车

我国基本建立了燃料电池电动汽车的研究体系，技术总体上与国际保持同步，样车已进行了示范运行。我国燃料电池电动汽车在整车集成技术、动力平台的成熟性、整车的可靠性方面取得了突破性的进展。同时，我国还建立了国际领先的以动力型负载为特征的燃料电池发动机测试系统，开发出拥有完全自主知识产权的大功率燃料电池发动机插电式平台。但还存在一些问题，如燃料电池堆在核心技术水平上与国外存在较大差距，储氢和氢能源基础设施等问题尚未解决，我国燃料电池电动汽车产品的可靠性和成本离实用化还有相当大的距离。