氫燃料電池車最近很火。11月18日，豐田汽車在日本正式發(fā)布了其量產(chǎn)版氫燃料電池車mirai，并準(zhǔn)備在日本上市；而就在11月中旬，本田也發(fā)布了其最新的氫燃料電池車fcv sedan，并表示將在明年3月上市；與此同時(shí)，大眾集團(tuán)毫不示弱，在洛杉磯車展上展示了旗下包括奧迪a7 sportback h-tron quattro等在內(nèi)的三款氫燃料電池車。
車企們?nèi)绱嗣芗膭?dòng)作，正在傳遞著一個(gè)清晰的信號(hào)：氫燃料電池車已不再是一個(gè)“未來(lái)傳說(shuō)”，而是即將市場(chǎng)化的最新一代綠色環(huán)保汽車技術(shù)。作為一個(gè)讓我們稍感陌生的詞語(yǔ)，“氫燃料電池車”究竟是什么？它的工作原理是怎樣的？與其它諸如純電動(dòng)車等車型相比，它的優(yōu)勢(shì)到底在哪？本文將為您進(jìn)行一一解讀。
氫燃料電池車 究竟是一種怎樣的車？
目前，混合動(dòng)力車與純電動(dòng)車在市場(chǎng)上正在被逐漸地接受，成為繼普通內(nèi)燃機(jī)車之后，汽車在動(dòng)力形式上的一大轉(zhuǎn)變。
混合動(dòng)力車依靠燃油發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)協(xié)作的方式提供給車輛驅(qū)動(dòng)力。一般而言，混合動(dòng)力車在起步等低速情況下采用純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，在急加速等情況下采用燃油機(jī)+電動(dòng)機(jī)的雙重動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，以達(dá)到增加燃油經(jīng)濟(jì)性的效果。（如豐田普銳斯、大眾高爾夫gte、福特蒙迪歐混動(dòng)版等都屬于典型的混合動(dòng)力車）
還有一類增程式混合動(dòng)力車，也同時(shí)搭載了燃油機(jī)與電動(dòng)機(jī)。只不過(guò)，其車輛本身是靠著電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)的，通常燃油機(jī)的任務(wù)是為車載蓄電池充電，因此燃油機(jī)自身不參與車輛驅(qū)動(dòng)過(guò)程。（如寶馬i3增程版、雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)）
純電動(dòng)車則比較單純，車輛驅(qū)動(dòng)完全依靠電動(dòng)機(jī)來(lái)完成，車內(nèi)沒(méi)有裝備任何傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)，而電動(dòng)機(jī)所需的電能來(lái)自于車上搭載的蓄電池。（如特斯拉model s、日產(chǎn)聆風(fēng)、雷諾zoe等都是此類車型）
現(xiàn)在回到主題：氫燃料電池車。雖然名字很長(zhǎng)，但簡(jiǎn)單地說(shuō)，它更像是一種增程式電動(dòng)車。
也許有些人會(huì)認(rèn)為氫燃料電池車是以燃燒氫原料作為動(dòng)力的。其實(shí)不然，氫燃料電池指的是氫通過(guò)與氧的化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生電能的裝置。（單純依靠燃燒氫來(lái)驅(qū)動(dòng)的“氫內(nèi)燃機(jī)車”也曾出現(xiàn)過(guò)，比如寶馬的氫能7系）
氫燃料電池車的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于車上的電動(dòng)機(jī)，就像純電動(dòng)車一樣。所以可以理解為一輛“自帶氫燃料發(fā)電機(jī)的電動(dòng)車”。其理念與增程式車型相類似，只不過(guò)電能的來(lái)源由一臺(tái)燃油機(jī)變成了氫燃料動(dòng)力單元。
氫燃料電池車的工作原理到底是怎樣的？
目前，各個(gè)車企的氫燃料電池車在基本原理上是較為一致的，只是在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上有所區(qū)別。下面小編以豐田剛剛發(fā)布的氫燃料電池車mirai為例，來(lái)為您解析氫燃料電池車的“秘密”。
mirai的動(dòng)力系統(tǒng)被稱為tfsc（toyota fc stack），即豐田燃料電池堆棧，是以燃料電池堆棧為核心組件的一套復(fù)雜混合動(dòng)力系統(tǒng)。另外還包括燃料電池升壓器、高壓儲(chǔ)氣罐以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)等部分。燃料電池堆棧位于車身下部，是氫氣與氧氣進(jìn)行反應(yīng)的場(chǎng)所，也是氫燃料電池車的關(guān)鍵。
在燃料電池堆棧里，將進(jìn)行氫與氧相結(jié)合的反應(yīng)，其過(guò)程中存在電荷轉(zhuǎn)移，從而產(chǎn)生電流。與此同時(shí)，氫與氧化學(xué)反應(yīng)后正好生成一氧化二氫，即水。
燃料電池堆棧作為一個(gè)化學(xué)反應(yīng)池，其最為關(guān)鍵的技術(shù)核心在于“質(zhì)子交換薄膜”。
在這層薄膜的兩側(cè)緊貼著催化劑層，將氫氣分解為帶電離子狀態(tài)。隨后攜帶電子的氫通過(guò)這道薄膜，留下身上的電子，變成正價(jià)氫質(zhì)子，并通過(guò)薄膜到達(dá)另一端。緊接著，氫質(zhì)子與氧在薄膜的另一端結(jié)合，同時(shí)所丟失的電子被“還給”它，產(chǎn)生水。水成為了該反應(yīng)過(guò)程中的唯一“廢料”。
隨著氧化反應(yīng)的進(jìn)行，電子不斷發(fā)生轉(zhuǎn)移，就形成了驅(qū)動(dòng)汽車所需的電流。如果說(shuō)，氫燃料電池車的技術(shù)突破是在發(fā)明一種汽車，倒不如說(shuō)是在發(fā)明一種全新的“發(fā)電機(jī)”，然后整合進(jìn)一部車子里。
在燃料電池堆棧中，排布了諸多薄膜，可以產(chǎn)生大量的電子轉(zhuǎn)移，形成供車輛行駛所需的電流。一般情況下，這些電流所產(chǎn)生的整體電壓為300v左右，不足以帶動(dòng)一臺(tái)車用大功率電機(jī)。因此，像mirai這樣的氫燃料電池車還裝備了升壓變壓器，將電壓升至600v以上，從而順利推動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
除了電能產(chǎn)生的燃料電池堆棧外，氫燃料電池車的動(dòng)力系統(tǒng)中還包括儲(chǔ)氫罐，用來(lái)存儲(chǔ)產(chǎn)生電能需要的氫原料。由于氫氣在一般氣壓下的密度較低，且為氣體狀態(tài)，想要得到足夠的氫氣來(lái)供應(yīng)燃料電池堆棧，就需要進(jìn)行壓縮，因此儲(chǔ)氫罐的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度也十分重要。豐田mirai擁有三個(gè)儲(chǔ)氫罐，奧迪a7 sportback h-tron quattro則有四個(gè)。
當(dāng)然，氫燃料電池車也搭載有一套蓄電池，平時(shí)將氫燃料堆棧所產(chǎn)生的多余電能儲(chǔ)存起來(lái)，在制動(dòng)時(shí)，回收的電能也可儲(chǔ)存在里面。
氫燃料電池車優(yōu)勢(shì)何在？
1零排放
前面已經(jīng)提到，氫燃料電池堆棧在產(chǎn)生電能的過(guò)程中只產(chǎn)生水，因此它最為耀眼的優(yōu)勢(shì)便是真正地實(shí)現(xiàn)了“零排放”目標(biāo)。這聽(tīng)起來(lái)似乎不可思議，但事實(shí)的確如此。
2 消除“里程憂慮”
一般情況下，氫燃料電池車每行駛100公里需要大約需要一公斤氫氣。而像豐田mirai、奧迪a7 sportback h-tron quattro這樣的車型可儲(chǔ)存約5公斤左右的壓縮氫氣。理論上，在加滿氫的狀態(tài)下續(xù)航里程達(dá)到500公里不成問(wèn)題。
3 燃料補(bǔ)充時(shí)間與燃油車相當(dāng)
氫燃料電池車加注氫氣的過(guò)程非常快速便捷，專用的加氫設(shè)備可在幾分鐘之內(nèi)加滿氫原料。相對(duì)于純電動(dòng)車較長(zhǎng)的充電等待時(shí)間，優(yōu)勢(shì)極其明顯。
4 性能叫板燃油車
奧迪a7 sportback h-tron quattro作為一款氫燃料電池車，前后軸各配備了一臺(tái)最大輸出功率85kw，最大扭矩270nm的電動(dòng)機(jī)，總功率達(dá)170kw，更提供了高達(dá)540nm的扭矩。該車0-100km加速7.9秒，最高時(shí)速180km/h，可與汽油車媲美。
結(jié)語(yǔ)：
作為剛剛進(jìn)入實(shí)用化階段的氫燃料電池技術(shù)而言，依舊存在著一些缺點(diǎn)。比如在價(jià)格上，豐田mirai的建議售價(jià)為723.6萬(wàn)日元，約合38萬(wàn)元人民幣，依舊高于普通汽車。而目前加氫站等支持設(shè)施也比較稀少，在補(bǔ)充燃料的便利性上還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能和燃油車相比。
然而，隨著技術(shù)的進(jìn)步、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的跟進(jìn)以及新產(chǎn)品的逐步上市，兼顧了環(huán)保、性能和實(shí)用性的氫燃料電池車或?qū)⒊蔀?a target="_blank">新能源汽車的終極解決方案，從而徹底取代傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車。我們可以試著想象一下，一個(gè)不再提及“氣缸”、“排量”、“尾氣”的世界，將會(huì)是什么樣子？
