1.2 國内燃料電池重卡發展

爲了(le)大(dà)力發展氫能(néng)，國務院和(hé)國家發改委通過鼓勵科研創新、财政補貼、示範運行等方式支持氫能(néng)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(dào)，實現(xiàn)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(cóng)工(gōng)信部《新能(néng)源汽車推薦目錄》的燃料電池重卡有5款，分别是中國一汽集團、東風(fēng)汽車集團、江鈴重型汽車、成都大(dà)運汽車、南通臯開(kāi)汽車；另外(wài)國内還有一部分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(gōng)等企業。其相應的産品均采用(yòng)氫燃料和(hé)動力電池的組合。

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(fàng)

燃料電池是通過電化學反應而不是燃燒獲取能(néng)量，反應産物隻有水(shuǐ)，無有害氧化物産生。

2.1.2 噪音(yīn)低(dī)、振動小(xiǎo)

傳統重卡通過發動機内部燃料燃燒，把産生的熱能(néng)轉變爲機械能(néng)，該過程會(huì)産生振動以及很(hěn)大(dà)噪音(yīn)。而氫燃料電池重卡是在電堆内部發生電化學反應，直接輸出電能(néng)，驅動電機，過程運行平穩，不發生振動，噪音(yīn)低(dī)，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(shàng)，這(zhè)是由于燃料電池發生反應後直接産生電能(néng)，不需要經過熱能(néng)或者機械能(néng)轉換，減少了(le)能(néng)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(shàng)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)商業化發展，而電堆成本在整個燃料電池系統中占比高(gāo)達60%，主要是由于反應所用(yòng)的鉑催化劑昂貴，若随着技術發展，減少鉑的含量或者采用(yòng)其他(tā)催化劑代替鉑，将極大(dà)地降低(dī)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，無法滿足長續駛裏程需求，後續可通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(gōng)作(zuò)原理(lǐ)

燃料電池按照動力源的配置可分爲純燃料電池驅動、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形式。行業上(shàng)采用(yòng)較多的是燃料電池與輔助蓄電池聯合驅動，本文(wén)主要對(duì)該方式進行詳細介紹。

燃料電池車上(shàng)沒有傳統的柴油發動機、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(néng)，經DC／DC變換器的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(néng)。驅動電機将電能(néng)轉化爲機械能(néng)對(duì)車輛進行驅動，其工(gōng)作(zuò)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(néng)量的作(zuò)用(yòng)。當汽車處于加速、上(shàng)坡狀态時(shí)，動力蓄電池作(zuò)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富餘電能(néng)。

圖1 氫燃料電池車工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)示意圖

4 燃料電池堆工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)

電堆主要由雙極闆和(hé)膜電極兩部分組成，而膜電極是由質子交換膜、催化劑和(hé)氣體擴散層組成。當氫氣通過雙極闆後達到(dào)陽極，在催化劑作(zuò)用(yòng)下(xià)，氫分子分解成氫質子和(hé)電子。質子通過交換膜，繼續前進到(dào)達陰極，而陰極的氧分子通過外(wài)部電路得到(dào)電子生成了(le)氧離子，在催化劑作(zuò)用(yòng)下(xià)，氫質子和(hé)氧離子發生化學反應生成水(shuǐ)，同時(shí)釋放(fàng)一定熱量，電堆工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)如圖2所示。

圖2 燃料電池電堆工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)圖

5 動力蓄電池技術

目前汽車上(shàng)使用(yòng)的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動力電池技術路線。锂離子電池适應溫度能(néng)力差，價格貴，不适宜管理(lǐ)，但(dàn)質量能(néng)量密度較大(dà)，多用(yòng)于乘用(yòng)車或者混合動力車上(shàng)。而超級電容器能(néng)量密度比較低(dī)，不适宜于長途行駛，但(dàn)功率密度大(dà)、充電時(shí)間短，多應用(yòng)于重型牽引車上(shàng)，如運輸線路固定的危險品專用(yòng)車、路況良好(hǎo)短距離的港口牽引車。

6 儲氫技術

燃料電池儲氫系統的功能(néng)是爲燃料電堆提供穩定的氫氣，進而提供源源不斷的動力。按照儲氫方式的不同，可分爲高(gāo)壓氣态儲氫、低(dī)溫液态儲氫、金(jīn)屬氫化物儲氫及有機液體儲氫等。衡量儲氫技術的指标爲質量儲氫密度和(hé)體積儲氫密度。

目前行業上(shàng)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

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