1.2 國内燃料電池重卡發展

爲了(le)大(dà)力發展氫能，國務院和(hé)國家發改委通(tōng)過鼓勵科研創新、财政補貼、示範運行等方式支持氫能發展。在《“十三五”國家戰略性新興産業發展規劃》中明(míng)确提到，實現氫燃料電池汽車批量生産和(hé)規模示範應用(yòng)。

截止目前，從工信部《新能源汽車推薦目錄》的(de)燃料電池重卡有5款，分(fēn)别是中國一汽集團、東風汽車集團、江鈴重型汽車、成都大(dà)運汽車、南(nán)通(tōng)臯開汽車；另外國内還(hái)有一部分(fēn)企業已成功研發氫燃料重卡，比如陝汽、中國重汽、飛(fēi)馳汽車、徐工等企業。其相應的(de)産品均采用(yòng)氫燃料和(hé)動力電池的(de)組合。

2 氫燃料電池重卡特點

2.1 氫燃料電池重卡優點

2.1.1 無污染、零排放

燃料電池是通(tōng)過電化(huà)學反應而不是燃燒獲取能量，反應産物(wù)隻有水(shuǐ)，無有害氧化(huà)物(wù)産生。

2.1.2 噪音(yīn)低、振動小

傳統重卡通(tōng)過發動機内部燃料燃燒，把産生的(de)熱(rè)能轉變爲機械能，該過程會産生振動以及很大(dà)噪音(yīn)。而氫燃料電池重卡是在電堆内部發生電化(huà)學反應，直接輸出電能，驅動電機，過程運行平穩，不發生振動，噪音(yīn)低，隻有55dB。

2.1.3 發電效率高(gāo)

燃料電池發電效率高(gāo)達50%以上，這(zhè)是由于燃料電池發生反應後直接産生電能，不需要經過熱(rè)能或者機械能轉換，減少了(le)能量損失。

2.1.4 加注速率快(kuài)

目前氫燃料采用(yòng)高(gāo)壓加注，且行業上已克服加注溫升問題，保證了(le)氫燃料電池重卡加注速率。

2.2 氫燃料電池技術不足

2.2.1 燃料電池系統成本高(gāo)

對(duì)于氫燃料電池重卡來(lái)說，燃料電池系統成本占比相對(duì)較高(gāo)，至少比傳統發動機高(gāo)4～5倍，極大(dà)限制了(le)商業化(huà)發展，而電堆成本在整個(gè)燃料電池系統中占比高(gāo)達60%，主要是由于反應所用(yòng)的(de)鉑催化(huà)劑昂貴，若随著(zhe)技術發展，減少鉑的(de)含量或者采用(yòng)其他(tā)催化(huà)劑代替鉑，将極大(dà)地降低整車成本。

2.2.2 續航裏程較短

氫燃料電池重卡目前采用(yòng)的(de)是35MPa供氫系統，因整車布置原因，供氫系統均布置于駕駛室後方，續駛裏程僅達300～500km，無法滿足長(cháng)續駛裏程需求，後續可(kě)通(tōng)過液氫或固态儲氫方式進行改進。

3 氫燃料電池車基本構成與工作原理(lǐ)

燃料電池按照(zhào)動力源的(de)配置可(kě)分(fēn)爲純燃料電池驅動、燃料電池與輔助蓄電池聯合驅動、燃料電池與超級電容聯合驅動及燃料電池與輔助電池和(hé)超級電容聯合驅動的(de)形式。行業上采用(yòng)較多(duō)的(de)是燃料電池與輔助蓄電池聯合驅動，本文主要對(duì)該方式進行詳細介紹。

燃料電池車上沒有傳統的(de)柴油發動機、變速器、油箱等部件，主要由燃料電池堆、動力蓄電池、高(gāo)壓儲氫罐、DC/DC轉換器、驅動電動機和(hé)動力控制單元等組成，其中燃料電池堆爲核心組件。電堆中氫與氧反應産生電能，經DC／DC變換器的(de)阻抗匹配與電壓轉換後，與動力蓄電池并聯，共同向驅動電機輸出電能。驅動電機将電能轉化(huà)爲機械能對(duì)車輛進行驅動，其工作原理(lǐ)示意圖如圖1所示。汽車行駛時(shí)主要采用(yòng)燃料電池系統提供電力，動力蓄電池主要起調峰、增容、回收能量的(de)作用(yòng)。當汽車處于加速、上坡狀态時(shí)，動力蓄電池作爲輔助電源提供電力；當汽車處于下(xià)坡、減速狀态時(shí)，動力蓄電池回收燃料電池的(de)富餘電能。

圖1 氫燃料電池車工作原理(lǐ)示意圖

4 燃料電池堆工作原理(lǐ)

電堆主要由雙極闆和(hé)膜電極兩部分(fēn)組成，而膜電極是由質子交換膜、催化(huà)劑和(hé)氣體擴散層組成。當氫氣通(tōng)過雙極闆後達到陽極，在催化(huà)劑作用(yòng)下(xià)，氫分(fēn)子分(fēn)解成氫質子和(hé)電子。質子通(tōng)過交換膜，繼續前進到達陰極，而陰極的(de)氧分(fēn)子通(tōng)過外部電路得(de)到電子生成了(le)氧離子，在催化(huà)劑作用(yòng)下(xià)，氫質子和(hé)氧離子發生化(huà)學反應生成水(shuǐ)，同時(shí)釋放一定熱(rè)量，電堆工作原理(lǐ)如圖2所示。

圖2 燃料電池電堆工作原理(lǐ)圖

5 動力蓄電池技術

目前汽車上使用(yòng)的(de)動力電池主要有锂離子電池、鉛酸電池、鎳氫電池、超級電容器等。其中锂離子和(hé)超級電容器是最有發展潛力的(de)動力電池技術路線。锂離子電池适應溫度能力差，價格貴，不适宜管理(lǐ)，但質量能量密度較大(dà)，多(duō)用(yòng)于乘用(yòng)車或者混合動力車上。而超級電容器能量密度比較低，不适宜于長(cháng)途行駛，但功率密度大(dà)、充電時(shí)間短，多(duō)應用(yòng)于重型牽引車上，如運輸線路固定的(de)危險品專用(yòng)車、路況良好短距離的(de)港口牽引車。

6 儲氫技術

燃料電池儲氫系統的(de)功能是爲燃料電堆提供穩定的(de)氫氣，進而提供源源不斷的(de)動力。按照(zhào)儲氫方式的(de)不同，可(kě)分(fēn)爲高(gāo)壓氣态儲氫、低溫液态儲氫、金屬氫化(huà)物(wù)儲氫及有機液體儲氫等。衡量儲氫技術的(de)指标爲質量儲氫密度和(hé)體積儲氫密度。

目前行業上主要采用(yòng)高(gāo)壓氣态儲氫方式将氣态氫儲存在氣瓶中，最大(dà)質量儲氫密度爲5.7%，體積儲氫密度爲40.4g/L。該技術以35MPa儲氫技術爲主，技術較爲成熟，已廣泛應用(yòng)于氫燃料電池汽車，而70MPa儲氫技術處于研發階段。

7 結語

氫燃料電池重卡的(de)優點已經得(de)到行業認可(kě)，縱觀整個(gè)氫能産業鏈，雖然我國氫燃料電池重卡技術起步晚，但國内已初步形成一定的(de)産業鏈，其相關氫能零部件正在逐漸實現國産化(huà)，同時(shí)各種儲氫技術正在不斷發展，相信不久的(de)将來(lái)，“零排放”氫燃料電池重卡必将在新能源汽車領域占有一席之地。