氢燃料电池汽车技术的研究
1前言
随着能源与环境压力的影响，新能源汽车核心技
术成为汽车产业可持续发展的关键技术。目前，新能
源汽车大致包括混合动力电动汽车(HEV)、纯电动汽
车(BEV，包括太阳能汽车)、燃料电池电动汽车(FCEV)、其他新能源(如超级电容器、飞轮等高效储能器)汽车等。其中，氢燃料电池汽车具有零污染、零排
放、长续航、无振动、噪声低等优势，成为新能源汽车
领域的“终极环保车”。在国内外相关车企及科研人
员的努力下，当前国际氢能燃料电池汽车即将渡过技
术开发阶段，进入到市场导入阶段。本文针对国际上
氢燃料电池技术进行以下总结。
2氢燃料电池的概述
氢燃料电池实质是一种质子交换膜(PEM)燃料电
池，是一种清洁能量转换装置，可以将反应的化学能
直接转化为电能，可作为传统车辆内燃机的替代品。
氢燃料电池由双极板（BP）、气体扩散层（GDL）、微孔
层（MPL）、催化剂层（CL）和聚合物膜组成。
针对氢燃料电池内部质量和传热特性及由此产
生的性能的影响因素，文献[1]对组装过程中在双极板
上的机械应力展开研究，提出了一个分析模型，以全
面研究夹紧力对PEM燃料电池的质量传递、电化学性
质和整体电池输出能力的影响。结果表明，适当的夹
紧力可以有效防止气体泄漏，还可增加相邻部件之间
的接触面积，从而降低接触欧姆电阻。然而，由于变
形的产生可能阻碍气体和液态水在GDL层的运输，并
减少通道中的横截面流动面积。上述因素的组合效
应最终会导致电池性能的波动。因此，通过平衡运输
特性与燃料电池中的接触电阻来优化电池性能。通
过使用该分析模型，可以快速预测施加在燃料电池上
的最优电池设计参数和夹紧力。
此外，针对氢燃料电池的性能优化，文献[2]使用MATLAB/Simulink搭建包含质子交换膜燃料电池和开关磁阻电动机及必要接口和控制元件的整体模型。
针对三个主要目标进行单独或同时优化：(1)质子交换膜燃料电池堆叠效率;
(2)每安培扭矩比;
(3)转矩平滑因子。
采用6个控制参数，即燃料电池的温度、空气流量、气压、燃料压力及开关磁阻电机的开/闭角，基于蜻蜓算法(Dragonfly Algorithm,DA)进行优化。其中，蜻蜓算法是一种新型群体智能算法，其主要灵感源于蜻蜓的静态和动态集群行为，而这两个集群行为可以等效为优化算法中的搜索与开发。数值结果表明，基于蜻蜓算法的控制策略能够增加质子交换膜燃料电池堆的节能，降低氢消耗。
3氢燃料电池在汽车上的应用[3]
自2013年以来，通用汽车和本田一直致力于燃料电池的合作。目前，以丰田、本田和现代为代表的汽车制造商已经开始量产燃料电池汽车，以宝马、奔驰、奥迪、戴姆勒等为代表的汽车制造商也纷纷推出了相应的量产技术，其车辆布局大致如图2所示：
图2氢燃料电池汽车的大致布局[3]
针对氢燃料电池汽车的运行模式，可以简化为以下5种模式：空转/低负载、加速/减速/负载循环、启动-停车、冷冻-解冻循环、来自环境和燃料电池降解产物的污染。
针对加速/减速模式，PEMFC堆栈受需求功率的影响，即取决于环境条件（如道路情况、驾驶员的驾驶行为）。基于负载变化对电池电流、电压的影响，电压的上限取决于膜的选择（厚度/渗透能力），且燃料电池最宽的电压范围应约为0.60-0.95V。此外，多个汽车驾驶循环（如FUDS循环、US06、NEDC等）可用于确定ICE的里程数。
针对启动-停车模式，如果启动在短暂的停车期间发生，只要燃料电池的阳极中存在残留的氢气，
则
氢燃料电池汽车技术
Fuel Cell Vehicle Technologies
51
汽车文摘
燃料电池汽车加氢站设计与工程建设实践 加氢站对于燃料电池汽车的发展有着积极的推动作用。燃料电池(F uel Cell)是氢能使用最重要的技术之一，作为一种电化学反应装置，其不经过燃烧，直接将化学能转化成电能。燃料电池技术广泛应用于汽车工业领域，与传统的内燃机相比，燃料电池具有更高的能源转换效率，而且由于其反应的产物是水，不产生任何的污染物和温室气体，实现了真正的零排放。我国燃料电池汽车事业的发展基本与世界同步，在政府的能源、环保战略，发展速度仍在不断加快。 2.1 加氢站储氢量 根据对世博期间燃料电池公交车、燃料电池轿车和燃料电池观光车3类共196辆氢燃料电池汽车在世博园区内外进行示范运行。燃料电池汽车每日行驶里程和单位里程耗氢量进行估算，所有燃料电池汽车的日最大氢气需求量约600kg。考虑供氢安全系数和工程实际情况，站内设置两辆长管拖车，其储氢量约560kg，储存压力不大于20MPa。站内固定储氢瓶组储氢量约500kg，储存压力不大于45MPa。站内总储氢量约1060kg，属于三级站。 该站选择离站制氢(Off-site)的模式，采用氢气长管拖车将小于20 MPa的压缩氢气从生产单位运送进站后再通过站内压缩机将氢气增压 卸载至站内高压储氢瓶组，以不大于45MPa的压力储存。车辆加氢时，
从储氢瓶组中输出氢气，通过加氢机充装到燃料电池汽车的车载储氢瓶中。加氢站是对高压氢气的储存、输配、加注等技术的综合应用，世博加氢站系统主要包括：氢气源(站外供氢)、氢气压缩系统(氢气压缩机)、氢气储存系统(高压储氢瓶组)、氢气加注系统(加氢机). 此外还有高压氢气管线、阀门组件和安全、控制系统等[6]，加氢站的工艺流程由图所示。氢气长管拖车将小于20MPa的压缩氢气从氢气生产单位运送进加氢站，氢气经卸气柱卸载后通过氢气压缩机增压至4 3.8MPa储存到站内固定储氢瓶组中，氢气长管拖车也可作为站内的一级储氢装置，当对车辆加氢时，通过多级取气的模式从储氢瓶组中输出氢气，通过加氢机充装到燃料电池汽车的车载储氢瓶中。 2.4 加氢站总平面布局 加氢站是甲类火灾危险眭设施，必须在设计上保证其安全可靠。在加氢站进行站址选择和站内建、构筑物及设备平面布局设计时，必须符合上海市城市规划和站区防火安全的要求，参照上海市地方规范《燃料电池汽车加氢站技术规程》，确保加氢站与站外重要公共建筑物、明火或散发火花地点、民用建筑和厂房、库房、储罐、铁道、铁路、架空通信线、架空电力线路等保持足够的防火距离满足表1的要求。 在进行加氢站内部平面布局设计时，应当考虑站内氢气压缩机间、储氢装置、加氢机、站房、变配电间等建构筑物的安全距离满足表2的
国际氢能燃料电池技术及汽车发展研讨会
INTERNATIONAL HYDROGEN FUEL-CELL TECHNOLOGY AND VEHICLE DEVELOPMENT FORUM
中国氢燃料电池技术
Overview of China’s Fuel cells Technologies
郑方能 (ZHENG FangNeng)
中国科学技术部
Ministry of Science and Technology of China
2010-9-21 上海(Shanghai)
1
内容Outline：
? 氢能国家战略
National strategy of hydrogen energy
? 制氢与储氢
Hydrogen production & storage
? 汽车能源及动力转型
Automotive energy & power transformation
? 燃料电池 Fuel cells
2
国家战略National strategy
Economy growth
Developing Low-carbon economy
Energy demand
Environmental protection
Save energy
Renewable energy
Fossil fuel
Nucleari power
3
氢能是我国未来能源发展战略的重要方向
Hydrogen energy – important R&D direction in Chinese energy strategy
《国家中长期科学和技术发展规划纲要》（2006-2020） National Program for Long- and Medium-Term Scientific and Technological Development (2006-2020) 前沿技术－先进能源技术：氢作为可从多种途径获取的理想能 源载体，将为能源的清洁利用带来新的变革；具有清洁、灵活 特征的燃料电池动力和分布式供能系统，将为终端能源利用提 供新的重要形式 Cutting-edge technology – Advanced energy technology: Hydrogen, as ideal energy carrier, will revolutionarily bring about clean energy utilization. The green, smart fuel cell power and distributed energy-supply systems will provide new important way for terminal energy use.
4
（二零一二年十二月） 2020-2025年中国氢燃料电池汽车行业新市场开拓策略研究报告 可落地执行的实战解决方案 让每个人都能成为 战略专家 管理专家 行业专家 ……
报告目录 第一章企业新市场开拓策略概述 (6) 第一节研究报告简介 (6) 第二节研究原则与方法 (7) 一、研究原则 (7) 二、研究方法 (7) 第三节研究企业新市场开拓策略的重要性及意义 (9) 一、重要性 (9) 二、研究意义 (9) 第二章市场调研：2018-2019年中国氢燃料电池汽车行业市场深度调研 (11) 第一节氢燃料电池汽车行业概述与定义 (11) 一、行业概述 (11) 二、燃料电池汽车定义 (12) 第二节燃料电池汽车的发展现状和趋势 (13) 一、国际发展现状 (13) 二、国内发展现状 (15) 三、国内外政策比较 (16) （一）欧洲：促进“交通与氢能”融合，持续稳定支持产业发展 (17) （二）美国：大力投资发展 (17) （三）日本：领航燃料电池发展，政策多举并进 (17) （四）中国：政府大力支持产业发展，地方政府为氢能发展保驾护航 (18) 第三节2018-2019年我国氢燃料电池汽车行业国内外专利情况分析 (19) 一、国家层面 (19) （1）专利数量：日本遥遥领先，中国位居第三 (19) （2）技术优势：日本全面领先，专利强国各关键技术发展均衡 (20) （3）国际布局：日本重视国际市场，中国以本国市场为主 (21) （4）国内专利国家布局：国内机构数量领先，国外专利整体质量较高 (22) 二、竞争机构层面 (22) （1）国际专利申请人：汽车产业相关公司占比较大，产业技术趋于垄断 (22) （2）中国专利申请人：本土机构具备相当实力，中国专利申请人布局较分散 (23) 第四节燃料电池汽车产业链分析 (24) 一、燃料电池配套产业链结构 (25) 二、燃料电池核心技术产业链 (26) （一）燃料电池发动机 (27) （二）质子交换膜 (27) （三）反应催化剂 (28) （四）电解质 (28) （五）双极板 (28) 三、燃料电池配套产业链结构 (29) 四、制氢 (30) （1）常用的制氢技术路线 (30) （2）主流制氢源自于传统能源的化学重整 (31)
氢燃料电池汽车项目 实施方案 规划设计/投资分析/产业运营
摘要 至2025年，基本建立完整的氢燃料电池汽车产业体系，力争全省整车产量突破1万辆，建设加氢站50座以上，基本形成布局合理的加氢网络，产业整体技术水平与国际同步，成为我国氢燃料电池汽车发展的重要创新策源地。 氢燃料电池汽车（FCV，Fuel Cell Vehicles）具有清洁零排放、续驶里程长、加注时间短的特点，发展氢燃料电池汽车是顺应全球新能源技术变革、占领产业制高点的重要突破口，是应对国家能源安全、环境保护等战略的重要立足点，是推进我省制造业高质量发展走在前列的重要支撑点。。 氢燃料电池汽车（FCV，Fuel Cell Vehicles）具有清洁零排放、续驶里程长、加注时间短的特点，发展氢燃料电池汽车是顺应全球新能源技术变革、占领产业制高点的重要突破口，是应对国家能源安全、环境保护等战略的重要立足点，是推进我省制造业高质量发展走在前列的重要支撑点。。 该氢燃料电池汽车项目计划总投资11932.99万元，其中：固定资产投资9650.94万元，占项目总投资的80.88%；流动资金2282.05万元，占项目总投资的19.12%。
达产年营业收入18790.00万元，总成本费用14284.41万元，税 金及附加233.69万元，利润总额4505.59万元，利税总额5360.74万元，税后净利润3379.19万元，达产年纳税总额1981.55万元；达产 年投资利润率37.76%，投资利税率44.92%，投资回报率28.32%，全部投资回收期5.03年，提供就业职位309个。 充分依托项目承办单位现有的资源或社会公共设施，以降低投资，加快项目建设进度，采取切实可行的措施节约用水。贯彻主体工程与 环境保护、劳动安全和工业卫生、消防工程“同时设计、同时建设、 同时投产”的总体规划与建设要求。
10.16638/https://www.doczj.com/doc/cb15305886.html,ki.1671-7988.2019.16.012 我国氢燃料电池汽车的发展现状及产业化探究 杨自斌 （信阳职业技术学院汽车与机电工程学院，河南信阳464000） 摘要：随着我国经济的高速发展，汽车的生产量和销售量也在快速增加，随之而来的则是石油资源的日益紧缺和环境问题的日益突出，使得汽车新技术将开发新的能源作为主要的发现方向。在这一背景下，氢燃料电池汽车也应运而生，并且得到了广泛地关注。然而由于受到多种因素的制约，导致氢燃料电池汽车的发展依然存在着诸多问题亟待解决。基于此，文章从新能源背景下出发，对我国氢燃料电池汽车的发展前景以及产业化趋势进行了深入的探究，为其进一步的发展提出了具备实效性的建议。 关键词：氢燃料电池汽车；发展现状；产业化 中图分类号：U461.8 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2019)16-31-03 Development status and industrialization of hydrogen fuel cell automobile in china Yang Zibin ( Xinyang V ocational and Technical College, Automotive and Mechanical and Electrical Engineering College, Hennan Xinyang 464000 ) Abstract:With the rapid development of China's economy, the production and sales of automobiles are also increasing rapidly, which is followed by the increasing shortage of petroleum resources and the increasingly prominent environmental problems, which makes the development of new automotive technologies take the development of new energy as the main direction of discovery. In this context, hydrogen fuel cell vehicles have also emerged and received wide attention. However, due to the constraints of various factors, the development of hydrogen fuel cell vehicles still has many problems to be solved. Based on this, this paper makes an in-depth study on the development prospect and industrialization trend of hydro -gen fuel cell vehicles in China from the background of new energy, and puts forward some effective suggestions for their further development. Keywords: hydrogen fuel cell vehicle; status of development; industrialization CLC NO.: U461.8 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2019)16-31-03 引言 随着我国综合国力的提升，人民生活水平的提高，我国汽车的生产量和保有量快速增加，这对于能源的巨大需求和大气污染的治理是一项艰巨的挑战，氢燃料电池汽车以其环保、无污染等特征再次出现在人们的视野，并得到了广泛地关注。现如今很多国家已经开始进入到产业化的发展阶段，加强对氢燃料电池汽车的发展前景和产业化研究具备很强的现实意义及价值。 1 氢燃料电池汽车的基础设施及技术标准 1.1 氢燃料能源的基础设施 作为氢燃料电池汽车运行的重要保障，加氢站等基础设 作者简介：杨自斌，助教，硕士研究生，就职于信阳职业技术学院 汽车与机电工程学院，研究方向：汽车检测与维修技术。 31
南京氢燃料电池汽车项目 实施方案 规划设计/投资分析/产业运营
摘要 目前中国的乘用车与国外相比还比较差一定距离，在大功率的燃料电池技术上，也有一定距离，可以说短期内，中国不具备推广应用氢燃料电池乘用车的能力，示范期还比较长。 氢燃料电池汽车（FCV，Fuel Cell Vehicles）具有清洁零排放、续驶里程长、加注时间短的特点，发展氢燃料电池汽车是顺应全球新能源技术变革、占领产业制高点的重要突破口，是应对国家能源安全、环境保护等战略的重要立足点，是推进我省制造业高质量发展走在前列的重要支撑点。。 氢燃料电池汽车（FCV，Fuel Cell Vehicles）具有清洁零排放、续驶里程长、加注时间短的特点，发展氢燃料电池汽车是顺应全球新能源技术变革、占领产业制高点的重要突破口，是应对国家能源安全、环境保护等战略的重要立足点，是推进我省制造业高质量发展走在前列的重要支撑点。。 该氢燃料电池汽车项目计划总投资20956.28万元，其中：固定资产投资15097.81万元，占项目总投资的72.04%；流动资金5858.47万元，占项目总投资的27.96%。 达产年营业收入46676.00万元，总成本费用36561.19万元，税金及附加386.86万元，利润总额10114.81万元，利税总额11896.82
万元，税后净利润7586.11万元，达产年纳税总额4310.71万元；达 产年投资利润率48.27%，投资利税率56.77%，投资回报率36.20%，全部投资回收期4.26年，提供就业职位832个。 消防、卫生及安全设施的设置必须贯彻国家关于环境保护、劳动 安全的法规和要求，符合相关行业的相关标准。项目承办单位所选择 的产品方案和技术方案应是优化的方案，以最大程度减少建设投资， 提高项目经济效益和抗风险能力。项目承办单位和项目审查管理部门，要科学论证项目的技术可靠性、项目的经济性，实事求是地做出科学 合理的研究结论。
我国氢燃料电池汽车核心技术取得突 破作者： 来源：《新能源汽车报》2019年第46期 本报讯;科技部日前发布的“对十三届全国人大二次会议第1502号建议的答复”提出，在燃料电池汽车核心技术及关键部件方面，我国已取得初步突破，并将在未来一个时期加强产业化和推广应用。 科技部表示，“十三五”期间，科技部牵头组织实施国家重点研發计划“新能源汽车”和“可再生能源与氢能技术”两个重点专项，氢能和燃料电池技术持续得到重点部署，从基础科学到共性关键技术、系统集成、示范应用全链条一体化，强化产学研结合和企业强强联合，超前研发下一代技术。 “新能源汽车”重点专项2016—2018年度连续部署三批项目，先后启动了“燃料电池基础材料与过程机理研究”“燃料电池堆过程建模仿真、状态观测及寿命评价方法研究”等基础前沿项目，“高性能低成本燃料电池电堆及关键材料的关键技术研究与工程化开发”“高比功率燃料电池发动机关键技术研究与平台开发”“高性能长寿命燃料电池发动机系统的开发研制”“车用快速动态响应燃料电池发动机研发”“全功率燃料电池乘用车动力系统平台及整车开发”“增程式燃料电池轿车动力系统平台及整车集成技术”“燃料电池公交车电-电深度混合动力系统平台及整车开发”“高环境适应性的公路客车燃料电池动力系统和整车集成技术”等重大共性关键技术项目以及“中德燃料电池汽车国际科技合作”“典型区域多种燃料电池汽车示范运行研究”等示范与应用项目，累计投入国拨经费超过6.5亿元，包括乘用车、商用车等应用领域。 据悉，这三批项目对面向产业化的和面向未来前瞻性的关键核心技术，均进行了针对性研发部署，其中重大共性关键技术项目主要由整车企业牵头，将极大带动燃料电池系统技术和产业快速发展。 1/ 1
(最新最全的)国内氢能生产、储运、加注、燃料电池电堆、燃料电池汽车相关标准
（最新最全的）国内氢能生产、储运、加注、燃料电池电堆、燃料电池汽车相关标准一、氢能生产、储运、加注相关标准 序号标准号/计 划号 标准名称备注 1 GB/T 19 773-2005 变压吸附提纯氢系统技术要 求 已发布 2 GB/T 19 774-2005 水电解制氢系统技术要求 已发布
3 GB/T 24 499-2009 氢气、氢能与氢能系统术语已发布 4 GB/T 26 915-2011 太阳能光催化分解水制氢体 系的能量转化效率与量子产 率计算 已发布 5 GB/T 26 916-2011 小型氢能综合能源系统性能 评价方法 已发布 6 GB/T 29 411-2012 水电解氢氧发生器技术要求已发布 7 GB/T 29 412-2012 变压吸附提纯氢用吸附器 已发布
8 GB/T 29 729-2013 氢系统安全的基本要求 已发布 9 GB/T 30 718-2014 压缩氢气车辆加注连接装置 已发布 10 GB/T 30 719-2014 液氢车辆燃料加注系统接口 已发布 11 GB/T 31138-2014 汽车用压缩氢气加气机 已发布
12 GB/T 31139-2014 移动式加氢设施安全技术规 范 已发布 13 GB 32311-20水电解制氢系统能效限定值 及能效等级 已发布
15 14 GB/T 33291-2016 氢化物可逆吸放氢压力-组成等温线（P-C-T ）测试方法 已发布 15 GB/T 33292-2016 燃料电池备用电源用金属氢 化物储氢系统 已发布 16 T/CECA-G 0015-201质子交换膜燃料电池汽车用燃料 氢气 团体标准
汽车氢燃料电池相关技术研究 摘要：随着时代的发展，技术创新革命更为深入，对于汽车产业来说，氢燃料 电池无疑开启了汽车新的发展时代。在能源紧张与绿色环保的时代背景下，汽车 氢燃料电池的研究具有现实必要性。本文在探讨汽车氢燃料电池研发战略意义的 基础上，对其关键技术进行了分析，并针对其未来发展提出了相应的策略指导， 以期更好地推动汽车氢燃料电池的开发与使用，实现新时期汽车产业的迅猛发展。 关键词：氢燃料电池；关键技术 前言：社会的发展，交通运输产业变革也更为深入，特别是汽车工业，基于 人类出行的便利需要，每年汽车产量大幅增加，而后续也引发了能源和环境方面 的思考担忧。新能源汽车的开发提上议程，开发无污染，低噪音，节能减排的新 能源汽车成为汽车产业发展的主导方向。基于此，汽车氢燃料电池的研发也更为 深入。氢燃料电池的开发与汽车产业应用研究也具有现实必要性。而氢燃料电池 汽车的开发与推广需要做好关键技术的分析。 1 氢燃料电池的概述 氢燃料电池实质是一种质子交换膜（PEM）燃料电池，是一种清洁能量转换 装置，可以将反应的化学能直接转化为电能，可作为传统车辆内燃机的替代品。 氢燃料电池由双极板（BP）、气体扩散层（GDL）、微孔层（MPL）、催化剂层（CL）和聚合物膜组成。 针对氢燃料电池内部质量和传热特性及由此产生的性能的影响因素，对组装 过程中在双极板上的机械应力展开研究，提出了一个分析模型，以全面研究夹紧 力对PEM燃料电池的质量传递、电化学性质和整体电池输出能力的影响。结果表明，适当的夹紧力可以有效防止气体泄漏，还可增加相邻部件之间的接触面积， 从而降低接触欧姆电阻。然而，由于变形的产生可能阻碍气体和液态水在GDL层 的运输，并减少通道中的横截面流动面积。上述因素的组合效应最终会导致电池 性能的波动。因此，通过平衡运输特性与燃料电池中的接触电阻来优化电池性能。通过使用该分析模型，可以快速预测施加在燃料电池上的最优电池设计参数和夹 紧力。 此外，针对氢燃料电池的性能优化，使用MATLAB/Simulink搭建包含质子交 换膜燃料电池和开关磁阻电动机及必要接口和控制元件的整体模型。 针对三个主要目标进行单独或同时优化：（1）质子交换膜燃料电池堆叠效率；（2）每安培扭矩比；（3）转矩平滑因子。 采用6个控制参数，即燃料电池的温度、空气流量、气压、燃料压力及开关 磁阻电机的开/闭角，基于蜻蜓算法进行优化。其中，蜻蜓算法是一种新型群体智能算法，其主要灵感源于蜻蜓的静态和动态集群行为，而这两个集群行为可以等 效为优化算法中的搜索与开发。数值结果表明，基于蜻蜓算法的控制策略能够增 加质子交换膜燃料电池堆的节能，降低氢消耗。 2氢燃料电池汽车的关键技术 燃料电池混合动力汽车是汽车、电子、化工、材料等高新技术集成的产物。 研制和开发的关键技术主要有燃料电池混合动力汽车总体设计、动力系统参数匹配、电动机及其控制技术、整车通讯网络技术、整车控制系统设计技术等。 2.1 整车总体设计 由于燃料电池混合动力汽车采用了新的动力系统和电回馈制动系统，因此如 果按照原有传统内燃机汽车的设计方法，则不可避免地产生不合理的地方，这就
氢燃料电池汽车技术的研究 1前言 随着能源与环境压力的影响，新能源汽车核心技 术成为汽车产业可持续发展的关键技术。目前，新能 源汽车大致包括混合动力电动汽车(HEV)、纯电动汽 车(BEV，包括太阳能汽车)、燃料电池电动汽车(FCEV)、其他新能源(如超级电容器、飞轮等高效储能器)汽车等。其中，氢燃料电池汽车具有零污染、零排 放、长续航、无振动、噪声低等优势，成为新能源汽车 领域的“终极环保车”。在国内外相关车企及科研人 员的努力下，当前国际氢能燃料电池汽车即将渡过技 术开发阶段，进入到市场导入阶段。本文针对国际上 氢燃料电池技术进行以下总结。 2氢燃料电池的概述 氢燃料电池实质是一种质子交换膜(PEM)燃料电 池，是一种清洁能量转换装置，可以将反应的化学能 直接转化为电能，可作为传统车辆内燃机的替代品。 氢燃料电池由双极板（BP）、气体扩散层（GDL）、微孔 层（MPL）、催化剂层（CL）和聚合物膜组成。 针对氢燃料电池内部质量和传热特性及由此产 生的性能的影响因素，文献[1]对组装过程中在双极板 上的机械应力展开研究，提出了一个分析模型，以全 面研究夹紧力对PEM燃料电池的质量传递、电化学性 质和整体电池输出能力的影响。结果表明，适当的夹 紧力可以有效防止气体泄漏，还可增加相邻部件之间 的接触面积，从而降低接触欧姆电阻。然而，由于变 形的产生可能阻碍气体和液态水在GDL层的运输，并 减少通道中的横截面流动面积。上述因素的组合效 应最终会导致电池性能的波动。因此，通过平衡运输 特性与燃料电池中的接触电阻来优化电池性能。通 过使用该分析模型，可以快速预测施加在燃料电池上 的最优电池设计参数和夹紧力。 此外，针对氢燃料电池的性能优化，文献[2]使用MATLAB/Simulink搭建包含质子交换膜燃料电池和开关磁阻电动机及必要接口和控制元件的整体模型。 针对三个主要目标进行单独或同时优化：(1)质子交换膜燃料电池堆叠效率; (2)每安培扭矩比; (3)转矩平滑因子。 采用6个控制参数，即燃料电池的温度、空气流量、气压、燃料压力及开关磁阻电机的开/闭角，基于蜻蜓算法(Dragonfly Algorithm,DA)进行优化。其中，蜻蜓算法是一种新型群体智能算法，其主要灵感源于蜻蜓的静态和动态集群行为，而这两个集群行为可以等效为优化算法中的搜索与开发。数值结果表明，基于蜻蜓算法的控制策略能够增加质子交换膜燃料电池堆的节能，降低氢消耗。 3氢燃料电池在汽车上的应用[3] 自2013年以来，通用汽车和本田一直致力于燃料电池的合作。目前，以丰田、本田和现代为代表的汽车制造商已经开始量产燃料电池汽车，以宝马、奔驰、奥迪、戴姆勒等为代表的汽车制造商也纷纷推出了相应的量产技术，其车辆布局大致如图2所示： 图2氢燃料电池汽车的大致布局[3] 针对氢燃料电池汽车的运行模式，可以简化为以下5种模式：空转/低负载、加速/减速/负载循环、启动-停车、冷冻-解冻循环、来自环境和燃料电池降解产物的污染。 针对加速/减速模式，PEMFC堆栈受需求功率的影响，即取决于环境条件（如道路情况、驾驶员的驾驶行为）。基于负载变化对电池电流、电压的影响，电压的上限取决于膜的选择（厚度/渗透能力），且燃料电池最宽的电压范围应约为0.60-0.95V。此外，多个汽车驾驶循环（如FUDS循环、US06、NEDC等）可用于确定ICE的里程数。 针对启动-停车模式，如果启动在短暂的停车期间发生，只要燃料电池的阳极中存在残留的氢气， 则 氢燃料电池汽车技术 Fuel Cell Vehicle Technologies 51 汽车文摘
新能源汽车—燃料电池工作原理 虽然燃料电池名字里面有“燃料”字样，同时氢气也能够跟氧气在一起剧烈燃烧，但在燃料电池却不是利用燃烧来获取能量，而是利用氢气跟氧气化学反应过程中的电荷转移来形成电流的，这一过程关键的技术就是利用特殊的“电解质薄膜”将氢气拆分，整个过程可以理解成蚊子无法穿过纱窗，但是更小的灰尘却可以……电解质薄膜也是燃料电池领域最难被攻克的技术壁垒。 丰田Mirai燃料电池堆栈结构图及主要参数 因为氢分子体积小，可以透过薄膜的微小孔洞游离到对面去，但是在穿越孔洞的过程中，电子被从分子上剥离，只留下带正电的氢质子通过，氢质子被吸引到薄膜另一侧的电极与氧分子结合。电解质薄膜两侧的电极板将氢气拆分成氢离子（正电）和电子、将氧气拆分成氧离子（负电）和电子，电子在电极板之间形成电流，两个氢离子和一个氧离子结合成为纯水，是反应的废物。所以本质来讲，整个运行过程就是发电过程。因此Mirai是纯电动车，燃料电池堆栈代替的就是厚重且充电效率低下的锂离子电池组。
丰田2008年燃料电池技术
丰田Mirai的燃料电池创新 丰田Mirai搭载的燃料电池堆栈是由370片薄片燃料电池组成的，因此被称为“堆栈”，一共可以输出114千瓦的发电功率。丰田的燃料电池堆栈经历了十几年的技术优化，形成了自己的特色结构，比如3D立体微流道技术，通过更好地排出副产物水，让更多空气流入，有效改善了发电效率。所以整个堆栈的发电效率
达到了世界先进水平，达到了3.1千瓦/升，比2008年丰田的技术整整提升了2.2倍。 Mirai燃料电池堆栈技术迭代 由于燃料电池堆栈中每片电池发电的电压大约在0.6V-0.8V之间，整体也不会超过300V电压，所以为了更好驱动电动机，还需要安装一个升压器，将电压提升到650V。 燃料电池迭代 700个大气压下储存氢气 了解氢气物理特性的人都清楚，氢气跟汽油不同，常温下氢气是气体，密度非常低并且非常难液化，常温下更是无法液化，所以氢气要安全储藏和运输并不容易。所以氢气无法像汽油那样直接注入普通油箱里。丰田设计了一大一小两个储氢罐，通过高压的方式尽可能多充入一些氢气。以目前的主流储存技术，丰田选用了700Mpa也就是700个大气压的高压储气罐，类似我们常见的“煤气罐”，只不过罐体更厚重。两个储氢罐一共的容量是122.4升，采用700个大气压储存，也
中国氢燃料电池汽车产业链分析 前言：通过梳理中国燃料电池汽车产业链相关企业情况、配套能力，总结出中国燃料电池汽车产业链特点，并结合与国外典型产品产业配套情况的比较，归纳出中国燃料电池汽车产业链以及产业环境的优势及薄弱点，指出中国燃料电池汽车产业链发展的难点和重点。 1 研究背景 产业链完整度是衡量产业竞争力的重要指标。近年来，战略性、支柱性产业的产业链完整度持续引发重要关注。新能源汽车是中国汽车产业由大变强的重要技术路径，其产业链完整度在一定程度上决定了汽车强国战略的成败。燃料电池汽车作为新能源汽车的重要部分，2018 年以来中国整车生产和推广应用规模快速扩大，其中 2019 年国内共生产燃料电池商用车超过 3 000 辆，生产和应用规模跃居全球第一。与此同时，国内燃料电池汽车相关产业也加速布局，在规模化推广之前，有必要对燃料电池汽车产业链进行梳理与分析，认清产业链优势及薄弱点，瞄准产业布局着力点，从而提升产业的国家竞争力。 1.1 中国燃料电池汽车产业链总体情况 燃料电池汽车产业链主要包含上游（燃料电池动力系统及关键部件）和下游（整车生产）两大部分。与传统汽车产业链相比，燃料电池汽车产业链主要新增了燃料电池系统和车载供氢系统，其中燃料电池系统是核心结构。主要部件构成如图 1 所示。
燃料电池汽车产业链内，已经集聚了数量较多的国内生产企业。国内燃料电池汽车关键部件及整车主要生产企业如表 1 所示。 2 中国燃料燃料电池汽车产业链特点 2.1 下游整车产业，大品类齐全，实际量产以商用车为主 商用车是目前中国燃料电池汽车的主要应用领域，产品种类主要包括大中型客车、轻型客车、轻型货车（物流车）。主要参与企业包括宇通、中通、北汽福田、佛山飞驰、上海申沃、南京金龙、上汽大通、东风、奥新新能源等。另外，中国重汽已推出一款氢燃料电池港口牵引重卡。 乘用车方面国内较早涉足的仅有上汽（荣威 950），近期发布燃料电池汽车乘用车样车的企业包括武汉格罗夫和爱驰汽车（甲醇燃料电池汽车），长城、广汽、奇瑞、吉利（甲醇燃料电池）等车企规划 3～5 年内推出其燃料电池车型。但截至目前，燃料电池乘用车总体上均处于研发验证阶段。 在产品路径上，当前中国以商用车产品为主，而日本和韩国以乘用车为主，究其产品路径差异的原因，主要在以下方面。 一是产业层面，在乘用车领域中国纯电动和插电式汽车发展迅速，性价比不断提升，已经赢得了一定的市场空间，在商用车领域，纯电动和插电式技术路径在续驶里程、便利性等方面弊端突出，给燃料电池汽车发展提供了一定的空间。
氢燃料电池项目申报材料 投资分析/实施方案
氢燃料电池项目申报材料 氢燃料电池汽车的发展共经历三个阶段，第一阶段为1990-2005年，这一阶段由美国能源局制订氢能和燃料电池研发和示范项目作为领跑，其余发达国家跟进；但这一阶段未攻克技术难关，故研制出的燃料电池不适用于汽车的工况，故这一阶段未实现产业化；随之第二阶段，世界着手解决燃料电池工况适应性的问题，第二阶段企业攻克了功率以及低温存储于启动的难题，故满足了车用要求；第三阶段则开始于2012年，这一阶段，氢燃料电池比功率进一步提升，这一技术的提升也进一步让氢燃料电池实现了商业化，氢燃料电池汽车也进一步得以商业化。 该氢燃料电池项目计划总投资7080.59万元，其中：固定资产投资5978.88万元，占项目总投资的84.44%；流动资金1101.71万元，占项目总投资的15.56%。 达产年营业收入9444.00万元，总成本费用7268.04万元，税金及附加133.42万元，利润总额2175.96万元，利税总额2609.51万元，税后净利润1631.97万元，达产年纳税总额977.54万元；达产年投资利润率30.73%，投资利税率36.85%，投资回报率23.05%，全部投资回收期5.84年，提供就业职位125个。
严格遵守国家产业发展政策和地方产业发展规划的原则。项目一定要遵循国家有关相关产业政策，深入进行市场调查，紧密跟踪项目产品市场走势，确保项目具有良好的经济效益和发展前景。项目建设必须依法遵循国家的各项政策、法规和法令，必须完全符合国家产业发展政策、相关行业投资方向及发展规划的具体要求。 ......