發(fā)展氫能汽車已經(jīng)成為2018年一個(gè)新的熱點(diǎn)話題。近年來，隨著各國(guó)對(duì)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和對(duì)清潔能源的關(guān)注與研究，氫能源以其綠色、高效、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，成為全球最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?。?guó)際氫能委員會(huì)會(huì)發(fā)布的《氫能源未來發(fā)展趨勢(shì)調(diào)研報(bào)告》顯示，到2050年，氫能源需求將是目前的10倍。預(yù)計(jì)到2030年，全球燃料電池乘用車將達(dá)到1000萬輛至1500萬輛。巨大的市場(chǎng)潛力使得各國(guó)和各大企業(yè)加大了對(duì)氫能產(chǎn)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(guó)際能源領(lǐng)域的制高點(diǎn)。

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(gè)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(shì)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(diǎn)與理解將汽油（柴油）作為能源的汽車是一個(gè)層次的。

比較專業(yè)的人，會(huì)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(nèi)燃機(jī)燃燒，一是可以做功，二是可以發(fā)電。

時(shí)代在進(jìn)步，技術(shù)在發(fā)展。歷史上有過用內(nèi)燃機(jī)燃燒氫氣的技術(shù)，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(dòng)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(nèi)燃機(jī)的，原來的內(nèi)燃機(jī)已經(jīng)由燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)替代了。

二、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)是什么意思？

在汽車行業(yè)里，內(nèi)燃機(jī)已經(jīng)說成燃油發(fā)動(dòng)機(jī)了。汽車是機(jī)動(dòng)車，機(jī)動(dòng)車必須要有發(fā)動(dòng)機(jī)，才能動(dòng)起來的。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與普通工業(yè)上的內(nèi)燃機(jī)，還是有許多不同的技術(shù)要求。

所以說，發(fā)動(dòng)機(jī)專門是指汽車上的。

目前動(dòng)力電池的電，源于外面電網(wǎng)。電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)能源，源于車載動(dòng)力電池。但是動(dòng)力電池，專業(yè)層面還沒有人叫他是動(dòng)力電池發(fā)動(dòng)機(jī)。

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)是什么意思？筆者理解：

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

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，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(dòng)力電池原理，有許多相似的地方。

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)是通過一個(gè)類似“電池”原理的裝置，將氫氣“化”成電的一個(gè)系統(tǒng)。

三、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)組成

氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)既不是動(dòng)力蓄電池，也不是傳統(tǒng)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)。燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)是一種將氫氣和氧氣通過電化學(xué)反應(yīng)，直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。

圖（1）國(guó)產(chǎn)的氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)

要開發(fā)燃料電池汽車，必須了解燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)。

（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(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

（2）工作特點(diǎn)：

①系統(tǒng)輸入是氫氣和氧氣，輸出是僅為電、熱和水，能量轉(zhuǎn)化率高；

②沒有燃燒，沒有機(jī)械損耗，運(yùn)行平穩(wěn)，噪音比較低。

（3）核心技術(shù)：

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(zhì)子交換膜和碳布/碳紙構(gòu)成了膜電極。電堆是氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)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(jīng)過減壓閥使得氫氣壓力降低，通過電磁閥控制氫氣進(jìn)入電堆，氫氣回流泵再將電堆反應(yīng)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(guān)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(jī)/吹風(fēng)機(jī)、空氣增濕器、水泵和水溫傳感器。

四、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)格及指標(biāo)

目前國(guó)內(nèi)能提供燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的有：中科院大連化工所的新源動(dòng)力、北京億華通、上海弗爾賽的三家企業(yè)，他們?nèi)姨峁┑漠a(chǎn)品有：30kW驅(qū)動(dòng)模塊、60kW驅(qū)動(dòng)模塊以及120kW驅(qū)動(dòng)模塊。

國(guó)內(nèi)其他企業(yè)基本上是代理國(guó)外的產(chǎn)品，比如巴拉德的產(chǎn)品。

國(guó)內(nèi)與國(guó)外燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)指標(biāo)差異：

國(guó)內(nèi)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)電堆功率密度基本上大概在2kW/L左右，國(guó)際先進(jìn)水平已經(jīng)達(dá)到了3kW/L左右；

催化劑效率：國(guó)內(nèi)每千瓦的鉑用量大概0.3克，國(guó)際的先進(jìn)水平已經(jīng)達(dá)到了0.06克以下；

膜電極耐久性：國(guó)內(nèi)動(dòng)態(tài)工況實(shí)測(cè)壽命大概在3000小時(shí)，國(guó)外已經(jīng)達(dá)到了9000小時(shí)；

空氣壓縮機(jī)：國(guó)內(nèi)現(xiàn)在采取低壓壓縮機(jī)，國(guó)外主要采取高壓空氣壓縮機(jī)，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(shù)路線是中國(guó)特色

“電電混合”是基本含義是，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)的電與車載電池的電“混合”起來給電機(jī)做功，驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)。從純電動(dòng)到具有部分電力和部分燃料電池驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)上看，可以分成2類：

①以動(dòng)力電池的電能為主的電動(dòng)汽車，燃料電池的電能用來補(bǔ)足驅(qū)動(dòng)。

②以燃料電池電能為主的電動(dòng)汽車，動(dòng)力電池用來補(bǔ)足它的驅(qū)動(dòng)。

為什么不發(fā)展全燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的氫汽車呢？

①燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)功率，目前還不能滿足電動(dòng)汽車的要求。國(guó)內(nèi)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)電堆功率密度大概在2kW/L左右，國(guó)際先進(jìn)水平也是在3kW/L左右。也就說，目前國(guó)內(nèi)外動(dòng)力電池不能滿足電動(dòng)汽車的要求，同樣，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的能力也不能滿足汽車的要求。

②燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)全新的產(chǎn)品，還有許多技術(shù)要求，要依靠產(chǎn)業(yè)化來完善，同時(shí)目前其單位成本還比較高；

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

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

六、“電電混合”氫能汽車技術(shù)的應(yīng)用

目前電動(dòng)汽車的主要不足：持續(xù)里程較短，充電時(shí)間較長(zhǎng)。

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

“電電混合”氫能汽車技術(shù)的應(yīng)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(yuǎn)程公交汽車是電電混合”氫能汽車技術(shù)應(yīng)用主戰(zhàn)場(chǎng)；

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

七、“電電混合”氫能汽車技術(shù)應(yīng)用的注意事項(xiàng)

對(duì)汽車工程而言，系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)是越簡(jiǎn)越好。

電電混合是不僅兩套系統(tǒng)的組合，對(duì)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(jìn)行制氫、提純氫氣工藝加工；

②不要在車上對(duì)氫氣進(jìn)行壓縮加工工藝；

③“電電混合”氫能技術(shù)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(jīng)是相當(dāng)困難了，不要人為把工廠里的氫氣加工工藝予以簡(jiǎn)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。