第1章 燃料電池汽車及其能量轉(zhuǎn)換

1.1 燃料電池汽車

1.1.1 車輛電動(dòng)化路徑

能源的可持續(xù)使用和高效利用是推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α．?dāng)今，化石燃料的使用占據(jù)世界能源的70%左右，大規(guī)模使用化石能源直接導(dǎo)致不可再生的資源消耗，同時(shí)也會(huì)造成氣候變化、環(huán)境污染，這一點(diǎn)在中國(guó)尤為突出。在交通領(lǐng)域，目前主導(dǎo)的車用動(dòng)力系統(tǒng)仍依賴于誕生于一個(gè)多世紀(jì)以前的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)。雖然經(jīng)過百年的發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)的效率在持續(xù)提高，并已經(jīng)逐步減少了各類污染物的排放，但是在碳中和的背景下，交通能源和動(dòng)力全鏈條實(shí)現(xiàn)低排放乃至零排放仍是最為艱巨的挑戰(zhàn)。

在汽車發(fā)展的歷史進(jìn)程中，電動(dòng)汽車曾經(jīng)曇花一現(xiàn)。化石能源的短缺和燃油汽車無法最終解決氣候變化、環(huán)境污染的問題，使得汽車工業(yè)重新將目光投回到電動(dòng)汽車上。中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)部（簡(jiǎn)稱科技部）在2000年啟動(dòng)的“863”電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)中提出了“三縱三橫”的技術(shù)框架，如圖1-1所示。“三縱”是三種動(dòng)力系統(tǒng)的技術(shù)路線，包括混合動(dòng)力、純電動(dòng)和燃料電池三種類型；三橫是共性關(guān)鍵技術(shù)，包括電池及其管理系統(tǒng)、電機(jī)及其控制系統(tǒng)、多能源動(dòng)力總成控制系統(tǒng)，業(yè)界簡(jiǎn)稱為電池、電機(jī)和電控。

圖1-1 電動(dòng)汽車“三縱三橫”技術(shù)框架

在這張三縱三橫的圖表中，三種動(dòng)力系統(tǒng)使用不同的能源，混合動(dòng)力汽車仍然使用汽油/柴油，純電動(dòng)汽車使用的是電能，燃料電池汽車使用的是氫能。（氫）燃料電池作為一種高效、清潔的能量轉(zhuǎn)換裝置，可以直接將燃料和氧化劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，且其反應(yīng)產(chǎn)物僅為水，具有高效率和零排放方面的優(yōu)良基因，因而受到了人們的廣泛關(guān)注。燃料電池已經(jīng)初步體現(xiàn)出了其在下一代交通工具動(dòng)力系統(tǒng)、便攜式電源和固定式發(fā)電應(yīng)用中具有取代諸多傳統(tǒng)能源應(yīng)用的巨大潛力。