氢燃料电池车的工作原理简介

近年来，随着国内外氢能产业的不断发展，氢燃料电池车作为氢能产业链下游集成应用中最为重要的一环，受到了广泛的重视。国内关于氢能的各项产业，基本都与氢燃料电池车相关，为燃料电池车服务。

在国家政策上，对于氢燃料电池车的不退坡补贴会持续到2020年；同时，各地方政府也配合出台了关于燃料电池车的购置及运营补贴政策。可以预见，在未来较长一段时间内，氢燃料电池车及其相关产业都将会是氢能产业的主要发展方向。

氢燃料电池车区别于普通汽车的地方，主要在其动力系统上。普通汽车以汽油等燃料在内燃机中燃烧做的功为动力；而氢燃料电池车是以氢燃料电池产生的电能为电动机供电，以电动机做的功作为动力的。

如上图所示，氢燃料电池车的动力系统主要由以下几部分构成：

（1）燃料口：氢气燃料的加注口，直接连在氢气储罐上。

（2）蓄电池：减速时帮助制动，并将部分机械能转化为电能储存起来；加速时释放储存的电能帮助加速。

（3）高压氢气储罐：内部充满高压氢气作为汽车的燃料。其内部压力一般为35MPa，少部分车辆可达到70MPa。

（4）安全装置：当汽车发生碰撞或者氢气泄露时，切断燃料电池的氢气供给。

（5）PEMFC（质子交换膜燃料电池）电堆：氢燃料电池车最核心部件，为电动发动机供电，保证汽车平稳行驶。

（6）发动机（电动）：汽车的直接动力源。

（7）驾驶系统：连接驾驶室，控制车辆运行状态。

其中，PEMFC电堆作为车辆的核心部件，其单电池的原理图如下：

图中，左侧为电池阳极（负极），氢气作为燃料进入此极；右侧为电池阴极（正极），空气中的氧气作为氧化剂进入此极。

电池在正常工作时，在阳极侧，氢气在金属铂的催化以及电路的作用下失去电子，变成氢离子（H+，质子），并通过只对氢离子有选择性的PEM到达阴极侧，而电子只能通过外电路到达阴极，从而产生可利用的电流。在阴极侧，空气中的氧气在金属铂的催化以及电路的作用下得到电子，变成氧负离子（O2-）。随后，从阳极侧进入阴极侧的氢离子与氧负离子结合生成水，从阴极流出。

氢燃料电池车在经由燃料口充氢后，方可正常启动运行。当司机打开控制系统，将汽车发动后，燃料电池堆开始工作，消耗氢气，产生电能，带动电动发动机工作，汽车开始行驶。

相比于普通汽车，氢燃料电池车的排放物只有纯净的水而没有其他污染物，且只需要少量氢气（2.5公斤）即可续航400公里左右，燃料的成本要大大低于汽油、柴油等内燃机燃料。

而相比于纯电动汽车，氢燃料电池车以PEMFC电池堆替代锂电池，作为电动发动机的能量来源，使得汽车拥有了更远的续航里程；同时，充能（充气）时间从电动车的1-2小时变为了氢燃料电池车的3-5分钟，大大节约了时间。