概況
當(dāng)前汽車行業(yè)的技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)：安全,、節(jié)能,、環(huán)保。
其中,，為提高節(jié)能和環(huán)保性能,，可以采取的技術(shù)措施總的來(lái)說包括：
1. 重點(diǎn)從整車重量和幾何尺寸入手，降低現(xiàn)有車輛的行駛阻力
2. 提高現(xiàn)有汽/柴油內(nèi)燃機(jī)的熱效率
3. 采用替代燃料（能源）
4. 采用以電動(dòng)車輛為代表的新型動(dòng)力技術(shù)
就目前的技術(shù)水平而言,，各種方案都具有一定的可行性,；但也存在一些問題，而有些目前很難解決的矛盾,，是制約該技術(shù)發(fā)展的根本因素,。
汽車的輕量化設(shè)計(jì)和低風(fēng)阻技術(shù)，也是近年來(lái)的行業(yè)研究重點(diǎn)之一,。但不得不承認(rèn),，對(duì)于大多數(shù)車輛來(lái)說，由于制造成本的限制（主要是新型高強(qiáng)度,、低密度材料）以及運(yùn)輸任務(wù)的要求,，大幅度減輕重量和幾何尺寸存在較大困難。（輪胎的新技術(shù)可以降低滾動(dòng)阻力,，但滾動(dòng)阻力對(duì)整車的行駛阻力來(lái)說往往不是主要的,。）
大幅度改進(jìn)現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的熱效率，無(wú)疑是提高燃料利用率,、降低單位行程污染物排放的極其有效的手段,。但限于熱機(jī)循環(huán)的熱力學(xué)性質(zhì)，以及內(nèi)燃機(jī)研究,、制造的水平,，想要內(nèi)燃機(jī)在整個(gè)工作區(qū)間（即不同的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩/功率）內(nèi)都有較高的熱效率，是不現(xiàn)實(shí)的,。而單純由常規(guī)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛,，隨著行駛環(huán)境和駕駛員意圖的不同,，又不得不在相當(dāng)大的工作區(qū)間工作。
替代能源技術(shù)的研究目前發(fā)展很迅速,。如各種醇類（添加）燃料,、壓縮天然氣、液化石油氣,、氫氣以及生物柴油等（比較前瞻性的還有可燃冰等）,。
常規(guī)內(nèi)燃機(jī)稍加改動(dòng)，就可以使用這些替代能源,，的確可以明顯減少對(duì)石油燃料的依賴,，而且其排放污染物也比汽油、柴油少得多,。
但目前存在的問題主要有：替代燃料車輛的動(dòng)力性比采用石油燃料要差,；替代燃料的產(chǎn)能遠(yuǎn)不及石油，有的還需要犧牲大面積的耕地,；其制造和儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)存在安全問題,；其補(bǔ)充設(shè)施（主要是各類加氣站）目前還不夠普及；氫氣和生物采油等制備成本并不低,。
電動(dòng)車輛技術(shù)
電動(dòng)車輛則是另一個(gè)節(jié)能,、減排的發(fā)展方向。此處所指的“電動(dòng)車輛”,，是一個(gè)廣義概念,，大體上包含下列分支：純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車和混合動(dòng)力汽車,。
一、純電動(dòng)汽車 顧名思義,，也就是完全由電力驅(qū)動(dòng),、而沒有其他動(dòng)力設(shè)備和能源裝置的車輛。其動(dòng)力系統(tǒng)很簡(jiǎn)單：電池組—電動(dòng)機(jī)—車輛傳動(dòng)系…
電動(dòng)機(jī)的效率遠(yuǎn)高于內(nèi)燃機(jī),，而且在工作時(shí)沒有任何化學(xué)污染物的排放,，對(duì)節(jié)能和環(huán)保都有很大的意義。而且其機(jī)械傳動(dòng)和控制系統(tǒng)也不是非常復(fù)雜,。
但純電動(dòng)車輛也存在一些問題：
（1）最主要的,，純電動(dòng)車輛電池組的能量密度偏低。無(wú)論采取何種先進(jìn)電池技術(shù),，就目前技術(shù)水平而言,，單位重量的電池所能儲(chǔ)存的電能，遠(yuǎn)低于同樣重量燃油所能釋放出來(lái)的機(jī)械功,。這就意味著,，要么犧牲動(dòng)力性和續(xù)駛歷程,、要么極大的增加車載電池的重量。而對(duì)于很多運(yùn)輸任務(wù)而言,，這兩個(gè)選擇都是難以接受的,。
（2）另外，純電動(dòng)車輛的充電場(chǎng)所和充電時(shí)間都存在問題,。
（3）如果我們深入研究其能量轉(zhuǎn)換鏈,，會(huì)發(fā)現(xiàn)，純電動(dòng)車輛最終很可能還是依賴化石燃料（或者水電,、核能,；單純的太陽(yáng)能或者風(fēng)能等完全清潔能源基本上不現(xiàn)實(shí)）。
石油或者煤炭經(jīng)過發(fā)電設(shè)備轉(zhuǎn)化成電能,、經(jīng)過輸變電,、給電動(dòng)車的電池充電、再由電池放電給電機(jī)做功,。能量轉(zhuǎn)換次數(shù)較多,，最終對(duì)化石燃料的利用率并不很高；而且所謂“零排放”只是對(duì)于車輛行駛環(huán)境而言,，發(fā)電的過程及其設(shè)備維護(hù)很可能還是存在污染,。（對(duì)于發(fā)電行業(yè)來(lái)說，雖然采用的技術(shù)在不斷地升級(jí),，如開發(fā)出了超高壓,、超臨界、超超臨界機(jī)組,，開發(fā)出了流化床燃燒和整體氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù),，但這種努力的結(jié)果是：機(jī)組規(guī)模巨大、超高壓遠(yuǎn)距離輸電,、投資上升,，到用戶的綜合能源效率仍然只有35%左右，大規(guī)模的污染仍然沒有得到根本解決,。）
（4）大容量電池組的成本較高,，維護(hù)較復(fù)雜，其制造和維護(hù)過程中很可能會(huì)產(chǎn)生大量污染物,。
二,、燃料電池車輛
目前車輛行業(yè)界的一個(gè)共識(shí)：電動(dòng)車輛、乃至所有“清潔能源汽車”的終極技術(shù)目標(biāo),，就是燃料電池,。
1.基本定義 燃料電池是將所供燃料的化學(xué)能直接變換為電能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，是通過連續(xù)供給燃料從而能連續(xù)獲得電力的發(fā)電裝置,。由于其具有發(fā)電效率高,，適應(yīng)多種燃料和環(huán)境特性好等優(yōu)點(diǎn),，近年來(lái)已在積極地進(jìn)行開發(fā)。
依據(jù)電解質(zhì)的不同,，燃料電池分為堿性燃料電池（AFC）,、磷酸型燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）,、固體氧化物燃料電池（SOFC）及質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）等,。
燃料電池不受卡諾循環(huán)限制，能量轉(zhuǎn)換效率高,，潔凈,、無(wú)污染、噪聲低,，模塊結(jié)構(gòu),、積木性強(qiáng)、比功率高,，既可以集中供電,，也適合分散供電。
2.基本結(jié)構(gòu)與工作原理
（1）燃料電池
燃料電池從本質(zhì)上說是一種電化學(xué)裝置,，其基本組成與一般電池相同,。
為實(shí)現(xiàn)較大功率的輸出，燃料電池通常由若干“單體電池”組成,。與普通電池類似,，單體燃料電池是由正負(fù)兩個(gè)電極(負(fù)極即燃料電極，正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成,。
不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部,，因此，限制了電池容量,。而燃料電池的正,、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個(gè)催化轉(zhuǎn)換元件,。因此燃料電池是名符其實(shí)的把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機(jī)器。電池工作時(shí),，燃料和氧化劑由外部供給,，進(jìn)行反應(yīng)。原則上只要反應(yīng)物不斷輸入,，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出,，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。
這里以氫-氧燃料電池為例來(lái)說明燃料電池的基本工作原理,。
氫-氧燃料電池原理圖
這個(gè)反映是電觧水的逆過程,。電極應(yīng)為：
負(fù)極： H2 + 2OH- →2H2O + 2e-
正極： 1/2O2 + H2O + 2e- →2OH-
電池反應(yīng)：H2 + 1/2O2==H2O
另外,，只有燃料電池本體還不能工作，必須有一套相應(yīng)的輔助系統(tǒng),，包括反應(yīng)劑供給系統(tǒng),、排熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng),、電性能控制系統(tǒng)及安全裝置等,。
燃料電池通常由形成離子導(dǎo)電體的電解質(zhì)板和其兩側(cè)配置的燃料極（陽(yáng)極）和空氣極（陰極）、及兩側(cè)氣體流路構(gòu)成,，氣體流路的作用是使燃料氣體和空氣（氧化劑氣體）能在流路中通過,。
在實(shí)用的燃料電池中因工作的電解質(zhì)不同，經(jīng)過電解質(zhì)與反應(yīng)相關(guān)的離子種類也不同,。PAFC和PEMFC反應(yīng)中與氫離子（H+）相關(guān),，發(fā)生的反應(yīng)為：
燃料極：H2 =2H+ + 2e- （1）
空氣極：2H+ + 1/2O2 +2e-= H2O （2）
全體：H2+1/2O2 = H2O （3）
氫氧燃料電池組成和反應(yīng)循環(huán)圖
在燃料極中，供給的燃料氣體中的H2 分解成H+ 和e- ,，H+ 移動(dòng)到電解質(zhì)中與空氣極側(cè)供給的O2發(fā)生反應(yīng),。e- 經(jīng)由外部的負(fù)荷回路，再反回到空氣極側(cè)，參與空氣極側(cè)的反應(yīng)。一系例的反應(yīng)促成了e- 不間斷地經(jīng)由外部回路,，因而就構(gòu)成了發(fā)電,。并且從上式中的反應(yīng)式（3）可以看出，由H2 和O2 生成的H2O ,，除此以外沒有其他的反應(yīng)，H2 所具有的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成了電能。但實(shí)際上,，參與電化學(xué)反應(yīng)的電極存在一定的電阻，電流通過時(shí)會(huì)引起了部分熱能產(chǎn)生,，由此減少了轉(zhuǎn)換成電能的比例,。
表1 燃料電池的分類
（2）燃料電池電動(dòng)車的系統(tǒng)組成
組成燃料電池電動(dòng)車的動(dòng)力系統(tǒng)有三個(gè)關(guān)鍵零組件，即
①重組器（reformer）：將甲醇,、汽油等液體燃料重組為富氫氣（hydrogen-rich）氣體燃料,，提供予燃料電池反應(yīng)。
②燃料電池（fuel cell stack）：燃料電池是燃料電池電動(dòng)車的動(dòng)力源,，其提供氫氣與空氣中的氧氣反應(yīng)并產(chǎn)生電流與電壓,，同時(shí)產(chǎn)生廢熱（水）等副產(chǎn)物。
③電力轉(zhuǎn)換器（inverter／converter）：將燃料電池產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換為直流電或交流電,，或具備升壓或降壓以調(diào)整電力輸出,。
3.技術(shù)特色及發(fā)展現(xiàn)狀
燃料電池被稱為是繼水力、火力,、核能之后第四代發(fā)電裝置和替代內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力裝置,。國(guó)際能源界預(yù)測(cè),，燃料電池是21世紀(jì)最有吸引力的發(fā)電方法之一。
根據(jù)工作溫度的不同,，把堿性燃料電池（AFC,，工作溫度為100℃）、固體高分子型質(zhì)子膜燃料電池（PEMFC,，也稱為質(zhì)子膜燃料電池,，工作溫度為100℃以內(nèi)）和磷酸型燃料電池（PAFC，工作溫度為200℃）稱為低溫燃料電池,；把熔融碳酸鹽型燃料電池（MCFC,，工作溫度為650℃）和固體氧化型燃料電池（SOFC，工作溫度為1000℃）稱為高溫燃料電池,，并且高溫燃料電池又被稱為面向高質(zhì)量排氣而進(jìn)行聯(lián)合開發(fā)的燃料電池,。
燃料電池最大的優(yōu)點(diǎn)在于能量轉(zhuǎn)換次數(shù)少，燃料利用率高,。
傳統(tǒng)的火力發(fā)電站的燃燒能量大約有近70%要消耗在鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)這些龐大的設(shè)備上,，燃燒時(shí)還會(huì)排放大量的有害物質(zhì)。而使用燃料電池發(fā)電,，是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能,，不需要進(jìn)行燃燒，沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部件,，理論上能量轉(zhuǎn)換率為100%,，裝置無(wú)論大小實(shí)際發(fā)電效率可達(dá)40%～60%，可以實(shí)現(xiàn)直接進(jìn)入企業(yè),、飯店,、賓館、家庭實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)用,，沒有輸電輸熱損失,，綜合能源效率可達(dá)80%，裝置為集木式結(jié)構(gòu),，容量可小到只為手機(jī)供電,、大到和目前的火力發(fā)電廠相比，非常靈活,。
此外,，燃料電池還具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）部分負(fù)荷時(shí)也能保持高的效率；
（2）通過與燃料供給裝置的組合,，可適用較大范圍的不同燃料；
（3）輸出功率可按“積木式”靈活調(diào)節(jié),；
（4）電池本體的負(fù)荷響應(yīng)性好,；
（5）NOX及SOX等的排出量少,，有利環(huán)保。
近20多年來(lái),，燃料電池經(jīng)歷了堿性,、磷酸、熔融碳酸鹽和固體氧化物等幾種類型的發(fā)展階段,，燃料電池的研究和應(yīng)用正以極快的速度在發(fā)展,。AFC已在宇航領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，PEMFC已廣泛作為交通動(dòng)力和小型電源裝置來(lái)應(yīng)用,，PAFC作為中型電源應(yīng)用進(jìn)入了商業(yè)化階段,，MCFC也已完成工業(yè)試驗(yàn)階段，起步較晚的作為發(fā)電最有應(yīng)用前景的SOFC已有幾十千瓦的裝置完成了數(shù)千小時(shí)的工作考核,，相信隨著研究的深入還會(huì)有新的燃料電池出現(xiàn),。
美、日等國(guó)已相繼建立了一些磷酸燃料電池電廠,、熔融碳酸鹽燃料電池電廠,、質(zhì)子交換膜燃料電池電廠作為示范。日本已開發(fā)了數(shù)種燃料電池發(fā)電裝置供公共電力部門使用,，其中磷酸燃料電池（PAFC）已達(dá)到"電站"階段,。已建成兆瓦級(jí)燃料電池示范電站進(jìn)行試驗(yàn)，已就其效率,、可運(yùn)行性和壽命進(jìn)行了評(píng)估,，期望應(yīng)用于城市能源中心或熱電聯(lián)供系統(tǒng)。日本同時(shí)建造的小型燃料電池發(fā)電裝置,，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)院,、飯店、賓館等,。
在車輛工程領(lǐng)域,，目前比較普遍的方案是氫動(dòng)力質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）
在燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)方面突破大功率氫燃料電池組制備的關(guān)鍵技術(shù)，轎車用凈輸出30KW,、客車用凈輸出60KW和100KW的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī),，已在同濟(jì)大學(xué)和清華大學(xué)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試基地通過嚴(yán)格的測(cè)試并裝車運(yùn)行，燃料電池轎車已累計(jì)運(yùn)行4000多km,，燃料電池客車?yán)塾?jì)運(yùn)行超過8000km,。
由于氫氣里沒有腐蝕性的雜質(zhì)，也沒有碳阻塞燃燒室,，燃料電池車很少需要維修,。
此外，氫燃料車比汽油車安全。即使在失火的情況下也便于逃生,。汽油車發(fā)生事故或遇火,，油箱會(huì)爆炸，油產(chǎn)生的熱和毒氣都會(huì)致命,。而氫燃料車在猛烈的撞擊下,，甚至儲(chǔ)氫罐破裂都不會(huì)引起大火，在逃生時(shí)不會(huì)被大火燒傷,。即使氫采用壓縮儲(chǔ)存,，也僅易燃。若撞擊后氫燃料外溢沒有著火,，它會(huì)蒸發(fā)到空氣中,，不產(chǎn)生污染。即使失火也不會(huì)爆炸,，因?yàn)闅錃庵挥信c氧氣或空氣在密閉的空間里混合才會(huì)爆炸,。
氫燃料電池車的尾氣排放物是水，對(duì)環(huán)境的污染為零,。
4.需要解決的問題
對(duì)于純?nèi)剂想姵剀嚮蚧跉淠茉吹钠渌愋蛙?，怎樣合理控制制氫成本和建立社?huì)網(wǎng)絡(luò)化的儲(chǔ)氫站是一個(gè)重要工程；在行駛的汽車?yán)镌鯓颖４鏆淙剂弦彩且粋€(gè)重要課題,。
儲(chǔ)氫技術(shù)基本上有三種,，一是在超低溫-253°將氫呈液態(tài)保存，二是用高壓（約5000磅/平方英寸）壓縮氣態(tài)氫,，提高能量密度,，三是用金屬氫化合物在普通常溫下儲(chǔ)存氫；具體來(lái)說,，燃料電池電動(dòng)車普及化道路上尚需攻克的課題主要有：
（1）氫氣燃料的供給
如前所述,，燃料電池電動(dòng)車以燃料的氫氣與空氣的氧氣反應(yīng)，以其產(chǎn)生的電力推動(dòng)馬達(dá)而得以行駛,。相較于傳統(tǒng)電動(dòng)車,，燃料電池電動(dòng)車的燃料電池可視為小型發(fā)電廠，且燃料電池電動(dòng)車可以改善傳統(tǒng)電池過重,、電能容量及長(zhǎng)時(shí)間充電的缺點(diǎn),，燃料電池發(fā)電可視為水電解的逆反應(yīng)，發(fā)電過程中只有水份的排放,，是清凈的動(dòng)力能源,。而這些都依賴于氫能源的充足供給。
以國(guó)外的情形為例：日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省原來(lái)預(yù)估2010年底,，燃料電池電動(dòng)車可以達(dá)到5萬(wàn)臺(tái),，2020年達(dá)到500萬(wàn)臺(tái)的目標(biāo),，目前看來(lái)似乎有些過熱，各個(gè)車廠開始以較務(wù)實(shí)的態(tài)度對(duì)應(yīng)這件事情,。Toyota預(yù)定2003年燃料電池電動(dòng)車商品化,，且希望將價(jià)格訂在日幣1000萬(wàn)元以下才具產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。但短期內(nèi),，燃料電池價(jià)格不易降至數(shù)百萬(wàn)日元內(nèi)。同期從事研發(fā)工作的Honda,、Daimler Chrysler,、Ford等車廠都認(rèn)為燃料電池電動(dòng)車發(fā)展的難題是─氫氣燃料的供給。特別是氫氣供應(yīng)站與氫氣燃料的環(huán)境整備 （infrastructure）,。燃料電池電動(dòng)車可以純氫氣為燃料,，抑或以碳?xì)湎等剂先缂状肌⑻烊粴?、汽油等?jīng)由重組取得富氫氣燃料,，其熱值等性質(zhì)雖各有所長(zhǎng)，以儲(chǔ)存性與管理而言,，甲醇與高品質(zhì)的汽油經(jīng)由重組似乎較具優(yōu)勢(shì),。
（2）燃料重組
燃料重組，最大的問題在于重組過程中造成的高溫現(xiàn)象,，甲醇重組時(shí)溫度約300℃,，汽油重組時(shí)的溫度則高達(dá)800℃（碳與氫分子鍵結(jié)強(qiáng)，不易打斷）,，已經(jīng)在道路行駛測(cè)試（fleet test）的甲醇重組方式燃料電池電動(dòng)車,，因?yàn)楦邷囟枰渲么笮屠鋮s風(fēng)扇，產(chǎn)生令人不快的噪音問題,，雖然靜肅性 （如：馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)等）仍較傳統(tǒng)電動(dòng)汽車優(yōu)越,，但燃料重組時(shí)大型冷卻風(fēng)扇噪音問題亦不得不重視。而且大型冷卻風(fēng)扇亦會(huì)造成能量消耗,，燃料重組方式燃料電池電動(dòng)車因兼顧能源效率與噪音問題,，事實(shí)上、較Toyota 的Prius 的復(fù)合動(dòng)力能源效率相異不大,，看不出燃料電池電動(dòng)車的顯著優(yōu)勢(shì),。更何況燃料重組時(shí)并非百分之百的零污染，仍有一定量的CO2甚至NOx和SOx排出,。以甲醇重組并完成日本道路行駛測(cè)試的Mazda認(rèn)為“唯有以純氫氣作為燃料的燃料電池電動(dòng)車才具有挑戰(zhàn)性,！”甲醇與汽油重組衍生的各種問題，特別是高溫,，是燃料電池電動(dòng)車普及化的一大障礙,。另外,，高效率的重組器開發(fā)亦刻不容緩。
（3）純氫氣燃料儲(chǔ)存方式
純氫氣燃料,，似乎是燃料電池電動(dòng)車未來(lái)可能普及化的燃料供應(yīng)方式,，然而氫氣的儲(chǔ)存卻是另一問題點(diǎn)。目前即使是氣密性最佳的燃料容器,，充氣后長(zhǎng)時(shí)間放置很可能即漏失完畢,！
氫氣燃料儲(chǔ)存方式有高壓儲(chǔ)氫（compressed hydrogen gas），可能引發(fā)安全上的顧慮,，理論上較高的壓力儲(chǔ)氫量越多,，但高壓儲(chǔ)氫材料容器的價(jià)格昂貴，尤其是燃料電池電動(dòng)車,，這種移動(dòng)式載具必須考慮碰撞的安全性,；低溫儲(chǔ)氫，要儲(chǔ)存氫氣燃料于 -273℃環(huán)境,，其所需低溫儲(chǔ)存處理的能量消耗亦不容忽視,，且應(yīng)考慮前述漏失問題；較安全且可行的方案是儲(chǔ)氫合金（metal hydride,，儲(chǔ)存效率仍有極大的改善空間,。
（4）純氫氣燃料的制備
依照日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省預(yù)估2020年達(dá)到500萬(wàn)臺(tái)的燃料電池電動(dòng)車目標(biāo)，相當(dāng)于一年需要37億5000mm3的氫氣,，這樣的消耗量單靠天然氣提煉氫氣是不可能符合需求,，況且在精制氫氣時(shí)亦會(huì)衍生一定數(shù)量的CO2排放，與降低CO2排放訴求的燃料電池電動(dòng)車互為矛盾,，其實(shí)只是CO2排放只是改變?yōu)槿剂想姵仉妱?dòng)車以外發(fā)生的場(chǎng)所罷了,。
為了不增加制造純氫氣燃料時(shí)所帶來(lái)的環(huán)境污染，以太陽(yáng)能發(fā)電的電力對(duì)水產(chǎn)生電解制造純氫氣似乎可行,。實(shí)際上,，Honda 在美國(guó)加州的研發(fā)中心即利用太陽(yáng)能發(fā)電制造純氫氣，并由供應(yīng)站供給氫氣進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn),，每輛車單以太陽(yáng)能發(fā)電制造純氫氣即可獲得一年約7600L,，相當(dāng)于每天20.8L氫氣，以目前供給氫氣1.0L行駛1.8km的實(shí)驗(yàn)車為例,，每天可行駛37.4km,，一年可累積里程13,680km，基本上可以滿足普通行駛要求,。不過,、配置在每臺(tái)燃料電池電動(dòng)車上的太陽(yáng)電池面積是車輛平面投影面積的4倍，太陽(yáng)電池的能源利用效率與如何小型化又是另一個(gè)課題,！
（5）燃料電池價(jià)格
目前燃料電池因需要使用一定量的貴重金屬（主要是鉑）,，燃料電池廠預(yù)計(jì)短期內(nèi)不易降至量產(chǎn)化價(jià)格,。除了膜組合體中貴重金屬如何降低使用量之外，開發(fā)耐高溫（200℃）與耐不純物的質(zhì)子交換膜等都是當(dāng)前重要的課題,。
現(xiàn)階段燃料電池電動(dòng)車普及化最大的課題是,，氫氣的儲(chǔ)存方式與供給體制。如何增加氫氣儲(chǔ)存效率(開發(fā)高效率儲(chǔ)氫合金材料)與氫氣供應(yīng)站的普及化都是燃料電池電動(dòng)車技術(shù)能否普及化的因素,。而欲促進(jìn)燃料電池電動(dòng)車普及化,，現(xiàn)階段與未來(lái)應(yīng)朝下列幾個(gè)方向發(fā)展：
1、增加重組過程中富氫氣的比例
2,、改善反應(yīng)氣體供應(yīng)方式
3,、改善氫氣的使用效率
4、改善燃料系統(tǒng)對(duì)硫成分的抗性
5,、縮短啟動(dòng)時(shí)間
6、動(dòng)力系統(tǒng)的熱管理
7,、動(dòng)力系統(tǒng)的最佳化設(shè)計(jì)
8,、減少燃料電堆的容積與重量
三、混合動(dòng)力汽車（HEV）
1.定義 目前,，關(guān)于“混合動(dòng)力”的定義比較多,，一般比較通行的是：一輛汽車，同時(shí)擁有兩種,、或兩種以上的動(dòng)力裝置（也有的用“能源裝置”術(shù)語(yǔ),，但不夠嚴(yán)謹(jǐn)），其中有一種必須是電能動(dòng)力,。
而一般來(lái)說,，除了電力之外的動(dòng)力，另一種都是車用內(nèi)燃機(jī),。所以“混合動(dòng)力”又常被稱作“油電混合”,。
2.基本工作原理
與純電動(dòng)車和燃料電池車（以及單純太陽(yáng)能汽車等）方案相比，可以說混合動(dòng)力采用的是一種不那么激進(jìn)的“中庸之道”,。
其全部能源歸根結(jié)底還是來(lái)自車載燃油,，燃油還是通過傳統(tǒng)熱力學(xué)過程由熱機(jī)轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。
也就是說,，混合動(dòng)力整車的能源利用率不會(huì)高于車載內(nèi)燃機(jī)的最佳熱效率,。
其節(jié)能減排的基本出發(fā)點(diǎn)是：優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū)間。
（可以類比無(wú)級(jí)變速器,。無(wú)級(jí)變速器可以在某功率下尋求燃油消耗率最小的工作點(diǎn),，而混合動(dòng)力可以將發(fā)動(dòng)機(jī)控制在整個(gè)萬(wàn)有特性圖中的最經(jīng)濟(jì)點(diǎn)。）
例如,，發(fā)動(dòng)機(jī)的最經(jīng)濟(jì)工作點(diǎn)是：n=2000rpm,，Pe=40Kw,。
當(dāng)車輛負(fù)荷較輕時(shí)，比如,，僅需要20Kw的功率,。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)仍工作在最經(jīng)濟(jì)點(diǎn),，輸出40Kw功率,；多余的20Kw由電系統(tǒng)回收，儲(chǔ)存在電池中,。（或者發(fā)動(dòng)機(jī)完全關(guān)閉,，單純由電系工作。）
轉(zhuǎn)速和車速的協(xié)調(diào)由傳動(dòng)系的傳動(dòng)比實(shí)現(xiàn),，所以很多HEV配置無(wú)級(jí)變速器,。
當(dāng)車輛負(fù)荷較大時(shí)，比如,，需要60Kw的功率,。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)仍工作在最經(jīng)濟(jì)點(diǎn),，輸出40Kw功率,；不足的20Kw由電系統(tǒng)提供，電池對(duì)外放電,。（或者發(fā)動(dòng)機(jī)完全關(guān)閉,，單純由電系工作。）
混合動(dòng)力技術(shù)能夠提高燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性的具體原因,，可參閱《汽車?yán)碚摗返诙?第五節(jié),。
就目前技術(shù)水平而言，與常規(guī)動(dòng)力車輛相比,，混合動(dòng)力車輛的油耗可以降低一半左右,，排放污染物水平減少的幅度更大。
3.技術(shù)類型
混合動(dòng)力車輛,，根據(jù)“油”與“電”的不同組合方式,，有串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)之分,。較常見的是前兩者,。
（1）所謂“串聯(lián)”，就是發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)-車輛傳動(dòng)裝置…成線形串成一列,。在發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)之間是蓄電池端口,，由控制器控制。能量基本流程：
①發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最經(jīng)濟(jì)點(diǎn),，燃油的化學(xué)能由內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)化成機(jī)械能（或者關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī),，完全由電池提供能源）,；
②帶動(dòng)發(fā)電機(jī)全部轉(zhuǎn)化成電能；
③如果發(fā)電量不足,，則由電池補(bǔ)充,；如果發(fā)電量超過需求，則將多余的部分儲(chǔ)存在電池中,；
④電能經(jīng)過電池的調(diào)節(jié)后傳遞給電動(dòng)機(jī),，再次轉(zhuǎn)化成機(jī)械能；
⑤機(jī)械能帶動(dòng)車輛傳動(dòng)系統(tǒng),，提供驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力…
由于所有能量都要經(jīng)過發(fā)電-電動(dòng)的反復(fù)轉(zhuǎn)換,，效率較差；而且由于串行布置,，所有動(dòng)力總成都要滿足車輛最大功率的需求,，體積和質(zhì)量都難以控制。
但串聯(lián)式方案由于發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間沒有直接的聯(lián)接,，發(fā)動(dòng)機(jī)工作不受行駛環(huán)境和駕駛員意圖的影響,，容易控制在理想工作點(diǎn)，整套控制系統(tǒng)也較簡(jiǎn)單（相對(duì)并聯(lián)和混聯(lián)）,。
目前，如果選用效率較高的發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī),，串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的效能還是可以接受的,。
（2）所謂“并聯(lián)”，指的是“油”和“電”都可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)汽車行駛,。它的核心電系是一個(gè)在控制器控制下的電機(jī),，可以適時(shí)的充當(dāng)電動(dòng)機(jī)或者發(fā)電機(jī)。
①發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最經(jīng)濟(jì)點(diǎn),，燃油的化學(xué)能由內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)化成機(jī)械能（或者關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī),，完全由電池提供能源）；
②如果該功率不足,，則電池放電,，電機(jī)對(duì)外輸出機(jī)械功，在動(dòng)力合成裝置的協(xié)調(diào)下該機(jī)械功與來(lái)自內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械功匯合,，共同驅(qū)動(dòng)車輛,；如果發(fā)動(dòng)機(jī)功率過剩，那么動(dòng)力合成裝置將一部分功率分配給電機(jī),，電機(jī)發(fā)電,，將剩余的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)；
③從動(dòng)力合成裝置輸出的機(jī)械功驅(qū)動(dòng)車輛…
很顯然,，并聯(lián)式方案更復(fù)雜,，而且發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪存在機(jī)械連接,，對(duì)控制器的要求更高。
但其最大的優(yōu)點(diǎn)是效率高,。驅(qū)動(dòng)輪輸出功率中的很大一部分直接來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī),，而不需要發(fā)電-電動(dòng)的轉(zhuǎn)換。另外,，由于內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)的功率是相加后共同滿足行駛需求,，它們各自的額定功率都可以遠(yuǎn)小于整車的功率需求，可以做到小型化,、輕量化,，這對(duì)于許多小型車輛而言是必須的。
（3）還有一種“混聯(lián)”,。從理論上說,，其綜合性能最佳；但系統(tǒng)組成非常龐大,，傳動(dòng)布置非常困難,，對(duì)控制系統(tǒng)的要求也非常高。在此不多介紹,。
4.特點(diǎn)總結(jié)
總之,，混合動(dòng)力技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括：
（1） 所采用的動(dòng)力總成都是對(duì)已有技術(shù)的繼承，需要完全重新研制的設(shè)備不多,。
（2） 由于所有能源從本質(zhì)上還是來(lái)自車載燃油,，能夠比較準(zhǔn)確的定量評(píng)價(jià)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性的貢獻(xiàn)。
（3） 是目前唯一可以回收制動(dòng)能量（部分）的技術(shù),。
（4） 對(duì)蓄電池技術(shù)要求相對(duì)不高,。
（5） 利用普通加油站。
而存在的問題主要有：
（1） 沒有完全擺脫對(duì)化石燃料的依賴,。這是最致命的缺陷,，所以一般認(rèn)為混合動(dòng)力技術(shù)只是燃料電池車輛普及之前的一個(gè)過渡。
（2） 在所有電動(dòng)車輛技術(shù)中,，其控制系統(tǒng)最為復(fù)雜,。對(duì)控制器軟硬件水平以及車上信號(hào)通信的要求非常高。（因此,，實(shí)際混合動(dòng)力車輛的效能與仿真計(jì)算相比,，存在一定差異。）
（3） 由于各動(dòng)力裝置的工作狀況切換比較頻繁,，其壽命存在問題,。而且大量的瞬態(tài)工作過程對(duì)油耗和排放都帶來(lái)一定負(fù)面影響。
（4） 專門用于混合動(dòng)力車輛的高效率、低排放內(nèi)燃機(jī)的研發(fā)還需加快進(jìn)度,。
（5） 研發(fā)和制造成本較高,。
這是所有電動(dòng)車輛（乃至所有新型節(jié)能車輛）的共性。如果沒有政策性傾斜,，單憑其技術(shù)優(yōu)勢(shì)和消費(fèi)者對(duì)環(huán)境問題的自覺認(rèn)知,，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不佳。因?yàn)槠涑跏假?gòu)車費(fèi)用和日程養(yǎng)護(hù),、維修費(fèi)用的增加,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過節(jié)能所帶來(lái)的收益。