燃料电池电动汽车发展现状与前景随着社会的进步和人员移动性增强，全球汽车需求量快速增长，迄今世界上的汽车保有量达到创纪录的10 亿辆以上且还在不断大幅增长，使得基于传统的内燃机Internal Combustion Engine ，ICE )汽车的轻量化与节能减排等技术进步难以降低汽车燃料的消耗和减少污染物的排放。

2020 年之前温室气体(Greenhouse Gas ，GHG) 排放在1990 年水平基础上下降20% 的任务日益艰巨。

如果再不采取有效措施，公路交通运输车辆的GHG 温室气体排放将会持续不断增长。

通过研讨纯电动汽车( Battery ElectricVehicle ，BEV ）、混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle HEV )、或燃料电池电动汽车( Fuel Cell Vehicles ，FCVs ；Fuel Cell Electric Vehicles ，FCEVs ）等多种类型的电动汽车( Electric Vehicle ，EV )技术[3-5]有望明确实现节能减排的理想途径。

自1966 年通用汽车推出了世界上第1 款燃料电池电动汽车GMC Electrovan ，尤其是本田在1999 年推出了世界上第1 台商用的燃料电池电动汽车FCX-V4 以来，世界上EV 电动汽车型号不断丰富和租赁销售量明显增长，太、北美和欧洲成长为全球EV 电动汽车重要的新车研发制造和租赁销售市场，2014 年全世界的EV 电动汽车销售量达到34.6 万辆以上，年增长率达到86% 。

燃料电池是一种高效、清洁的电化学发电装置，近年来得到国内外高度重视，成为最被看好的可用于替代汽油和柴 油等传统的 ICE 内燃机发动机技术的先进新能源汽车技术。

日本政府希望其到 2020 年的 FCVs 燃料电池汽车销量达到500 万辆，再通过 10 年的研发推广实现全面普及 FCVs 燃 料电池汽车。

美国政府在 2003 年投入 12 亿美元大力推进氢 技术和燃料电池技术，其中重要项目之一就是美国能源部Department of Energy ， DOE ）在北加州、南加州、密歇展的氢技术和基础实施验证与示范综合工程，吸引了Hyundai-Kia/Chevron 、 DaimlerChrysler/BP 、 Ford/BP 和 GM/Shell 等多家汽车制造 /能源供应商参与。

美国能源部大力推进氢经济和燃料电池技术，尤其是商业化推广应用方面取得显著进展，比如目前高容量和低容量 燃料电池制造成本分别为 55 美元 /kW 和 280 美元 /kW[6] ， 汽车燃料电池 2014 年的制造成本自 2006 年下降 50% 并自2008 年以来进一步下降 30% 以上（基于高容量电池制造） 这必将带动创造工作岗位、投资机会和可持续、安全的能源 供应。

为了在 2020 年前争取把欧盟建立成一个具有全球领 先水平的燃料电池 （Fuel Cell ，FC ）系统和氢能源 （Hydrogen Energy ，HE ） 经济的巨大市场，欧盟高度重视燃料电池技术 和氢能源技术并把之视作能源领域的战略高新技术大力推根州东南部、大西洋区中部和佛罗里达州中部等5 个区域开 f It步进。

中国政府高度重视FC 燃料电池和FCVs 燃料电池电动汽车技术，作为国家“ 863”重大科技项目予以重点研发，北京公交示范、北京奥运会和上海世博会示范运行了我国自主研发的燃料电池客车与轿车。

目前通常认为，FCVs 燃料电池电动汽车技术可显著减少GHG 温室气体排放，成为新代汽车的主要发展方向。

、电动汽车发展趋势现代电动汽车一般可分为3 类：BEV 纯电动汽车、HEV 混合动力汽车、FCVs 或FCEVs 燃料电池电动汽车。

近年来在常见的HEV 混合动力汽车基础上，又派生出一种插电式混合动力电动汽车(plug-in hybrid electric vehicle ，PHEV) 。

法国人Gustave Trouv e于1881年11月巴黎国际电气博览会上推出第1 款BEV 纯电动汽车，采用的是铅酸电池供电的的直流电动机驱动的三轮电动汽车，较低的行驶速度15km/h )和较短的续驶里程(16km) 的早期EV 电动汽车难以激发潜在的用户。

在发展至今的100 多年历史中，目前仅只有主要汽车制造商生产的几款BEV 纯电动汽车。

可是，几乎所有厂商均拟在近年发布新款BEV 纯电动汽车。

虽然早在20 世纪90 年代就有多款BEV 纯电动汽车，但是由于高昂的售价和有限的续航里程等制约因素所致均未能量产商用。

目前发布的BEV 纯电动汽车款式主要有：美国通用汽车公司Chevrolet Volt 、美国福特公司Focus Electric 、日本三菱汽车公司Mitsubishi i-MiEV 、日本尼桑公司的NissanLeaf 、德国戴姆勒集团的Smart Fortwo electric drive (orSmart ED）、美国特斯拉公司的Tesla Roadster 全球首款量产版电动敞篷跑车和中国比亚迪汽车BYD e6 等。

国内外代表性BEV 纯电动汽车性能参数见表 1 。

*1 美元=6.2065 人民币汇率计算确定BEV 纯电动汽车具有减少GHG 温室气体排放和降低燃油成本等优势而被用户接受，但其性价比一直远低于传统的ICE 内燃机汽车。

即使随着高性能锂离子电池的研发和性价比不断提升，预计未来5〜10年内市场上可能会出现最高车速》100km/h续驶里程》250km的高性能纯电动汽车，从现在开始的未来10 年，BEV 纯电动汽车占全美汽车销量仍将不到1% 。

早期的混合动力电动汽车的制造是为了辅助那时功率偏小的ICE 内燃机汽车，或是为了增进EV 电动汽车的续驶内燃机汽车相竞争。

随着燃料油的消耗不可持续和节能减排任务日益迫切，HEV 混合动力汽车成为各大汽车制造商研发的重点之一和目前制造销售最多的EV 电动汽车。

混合动力电动汽车是指至少采用2 种不同类型的动力源的电动汽车，目前通常指综合运用ICE 内燃机和电池电动机（有时还采用里程，即使是这样仍难以与汽油发动机已获重大改进的ICE 个以上电池电动机）的电动汽车。

日本丰田公司的“先驱者”Prius ）混合动力汽车和本田公司的Insight 与Civic 混合动力电动轿车是最具代表性的成果，前者早在1997 年率先向日本、美国和欧洲等各国市场推出并获得较大成功。

和传动汽车相比，HEV 混合动力汽车在大大降低排放水平条件下，燃油效率可显著提高2〜3倍。

近年来派生出的常用PHEV可进一步减少燃油的使用并显著增加单纯依靠电池驱动的行驶时间，受到各国政府、汽车企业和研究机构的普遍关注。

PHEV 特别适合于工作日正常上、下班和行驶里程在50 90km 之间的车主使用，随着技术进步和性价比不断提高，PHEV 有望在未来10 年内的北美、亚太和欧洲地区等全球主要电动汽车市场得到大面积推广使用。

FCVs 燃料电池电动汽车是BEV 纯电动汽车和HEV 混合动力汽车多年研究和开发推广的结果，目前更多地还停留在概念车测试和集成汽车系统展示上。

英国科学家格罗孚William Robert Grove ）早在1839 年就提出了氢和氧反应发电的原理，常被称为燃料电池之父。

直到50 年后才由Charles Langer 和 Ludwig Mond 创造了“燃料电池”术语，并 世纪 60 年代，美国 UTC 公司研发出了液氢和液氧发电的燃 料电池，首先用于航天和军事用途。

根据燃料电池电解质的 类型，燃料电池主要分为质子交换膜燃料电池、碱性燃料电 池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料 电池和直接甲醇燃料电池等 6 种类型。

近 20 年来，由于多 次石油危机和大气污染日趋严重，降低汽车燃料油的消耗和减少污染物的排放成为日益迫切的艰巨要求，以质子交换模质子交换膜型燃料电池 (proton-exchange-membrane fuelcells ，PEMFC ） 工作原理示意图。

FCVs 燃料电池电动汽车 具有安静、高效和零污染（或低污染）排放的特点，同时续 驶里程完全可以和 ICE 内燃机汽车相媲美，从能源的利用和 环境保护方面来看，燃料电池汽车是一种理想的车辆，具有 结束 ICE 内燃机汽车百年统治地位的潜力。

图 1 质子交换膜型燃料电池的工作原理示意图 推出了 FVCs 燃料电池电动汽车，迄今为止，为了开展测试 和展示目的大部分公司已经推出极少量 FVCs 燃料电池电动 汽车。

通用汽车早在 1966 年推出了世界上第 1 款燃料电池电动汽车 GMC Electrovan ，为 2 人座厢式货车，测试输出功 率为32kW ，峰值输出功率为 160kW ，最高时速为 113km/h ， 续航距离为 193km ，因成本高昂和当时氢基础设施匮乏未持 续开发。

本田早在 1999 年推出了世界上第 1 台商用的燃料 电池电动汽车 FCX-V4 ，并于 2002 年 12 月在日本和美国商 用生产；随后于 2007 年 11 月推出新一代燃料电池车 FCXClarity （ 见图 2a ） ，该车采用 “V Flow FC Stack 燃”料电池堆作了第一个实用的燃料电池。

20式为代表的燃料电池技术，受到世界各国普遍重视。

图1为 二、燃料电池电动汽车市场现状 许多大型汽车制造商都核心技术实现了超级的清洁性。

本田早在2008 年夏天本田将每辆价值上百万美元的少量FCX Clarity 燃料电池车向美国加州、日本和欧洲市场低价租赁，随后推出了2009 款本田FCX Clarity 燃料电池车，该车依然存在燃料电池电动汽车制造和使用成本高昂的问题。

丰田汽车与美国SRNL 萨凡纳河国家实验室以及NREL 可再生能源国家实验室共同实施了燃料电池车“Highlander FCHV-adv”的公路实验，2009年在美国南加州一天的上路测试实验结果表明，其FCVs 燃料电池电动汽车的平均续航距离达到693km 。

2014 年底，田首款燃料电池量产车“未来（Mirai）（见|2b）在日本上市，为4 人座轿车,长宽高分别为4 870mm 、1 810mm 、1535mm ,轴距为2 780mm。

与传统汽车相比，“未来Mirai）更加节能环保。

该车一次加注氢燃料仅需3min, 配备了2 个70MPa 的高压燃料堆，输出功率为100kW ，零到百公里加速时间为10s 左右，续航里程达到480km 。

据了解，该车售价日本国内为700 万日元（约合人民币40 万元或6.86 万美元）。

日本政府会对每辆汽车补贴202 万日元。