2024年，氫燃料電池汽車行業(yè)步入快車道，車型及底盤的申報(bào)數(shù)量再創(chuàng)新高。工信部官網(wǎng)最新發(fā)布的第388批《道路機(jī)動(dòng)車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》新產(chǎn)品公示名單中，共計(jì)收錄39款氫燃料電池車型或底盤，彰顯了行業(yè)的蓬勃發(fā)展態(tài)勢(shì)。

中汽協(xié)數(shù)據(jù)顯示，今年前三季度，氫燃料電池汽車銷量約4133輛，同比實(shí)現(xiàn)44%的顯著增長(zhǎng)。氫燃料電池汽車在交通領(lǐng)域應(yīng)用對(duì)于我國(guó)節(jié)能減排工作將起到重要作用。那么什么才是氫燃料電池汽車呢？它與燃油車和電動(dòng)汽車又存在什么差異呢？

一 氫燃料電池汽車的定義

氫燃料電池汽車（簡(jiǎn)稱HFCV）可以說(shuō)是一種利用氫氣作為能源的新型環(huán)保汽車。它使用與電動(dòng)汽車相同的電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)車輪，但它不是由一個(gè)大而重的動(dòng)力電池供電，而是由一個(gè)燃料電池堆供電，在這個(gè)燃料電池堆中，純氫（H2）穿過(guò)一層膜，與空氣中的氧氣（O2）結(jié)合，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)車輪的電力和水蒸氣。排放產(chǎn)物無(wú)污染，并且可再生，是目前公認(rèn)的最清潔的新能源汽車之一。與傳統(tǒng)燃油汽車相比，氫燃料電池汽車具有零排放、高效率和長(zhǎng)續(xù)航里程等優(yōu)點(diǎn)。

二 氫燃料電池汽車工作原理

氫燃料電池汽車的核心部件是燃料電池堆，它由多個(gè)單體燃料電池組成。每個(gè)單體燃料電池包含陽(yáng)極、陰極和電解質(zhì)膜。在工作過(guò)程中，氫氣在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放出電子和質(zhì)子。

（一）基本的化學(xué)反應(yīng)原理

從反應(yīng)本質(zhì)看：氫燃料電池車的工作原理是基于氫氣和氧氣的化學(xué)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電能，其基本反應(yīng)為2H2+O2→2H2O，這一反應(yīng)是電解水的逆反應(yīng)，氫氣和氧氣分別供給陽(yáng)極和陰極。氫氣通過(guò)陽(yáng)極向外擴(kuò)散，與電解液反應(yīng)后，釋放出電子，通過(guò)外載到達(dá)陰極。

陽(yáng)極反應(yīng)：2H2+2O2→2H2O+4e?，氫分子在陽(yáng)極處發(fā)生反應(yīng)，在催化劑（如鉑）的作用下，氫原子中的一個(gè)電子被分離出來(lái)，失去電子的氫離子（質(zhì)子）穿過(guò)質(zhì)子交換膜，到達(dá)燃料電池陰極板（正極），而電子只能經(jīng)外部電路到達(dá)陰極板，從而在外電路中產(chǎn)生電流。

陰極反應(yīng)：O2+4e?→2O2-，電子到達(dá)陰極板后，與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水。由于供應(yīng)給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，所以只要不斷地給陽(yáng)極板供應(yīng)氫，給陰極板供應(yīng)空氣，并及時(shí)把水（蒸氣）帶走，就可以不斷地提供電能。

(二)在車輛中的能量轉(zhuǎn)換與驅(qū)動(dòng)原理

發(fā)電過(guò)程:

氫氣被送到燃料電池的陽(yáng)極板（負(fù)極），經(jīng)過(guò)催化劑（鉑）的作用，氫原子中的電子被分離，氫離子穿過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極板（正極），電子經(jīng)外部電路到達(dá)陰極，這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生電流。例如在一些質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）中，這種反應(yīng)高效地進(jìn)行，PEMFC具有功率密度大、重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)，是車用燃料電池較理想的技術(shù)方案。

燃料電池發(fā)出的電，經(jīng)逆變器、控制器等裝置，給電動(dòng)機(jī)供電。這些裝置對(duì)電能進(jìn)行處理，使其能夠滿足電動(dòng)機(jī)的需求，例如將直流電轉(zhuǎn)換為適合電動(dòng)機(jī)使用的電能形式。

車輛驅(qū)動(dòng)：

電動(dòng)機(jī)接收來(lái)自燃料電池經(jīng)處理后的電能，將其轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。電動(dòng)機(jī)在氫燃料電動(dòng)車中相當(dāng)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)在燃油車中的角色，它具有更高的效率和更低的維護(hù)成本。與傳統(tǒng)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)不同，這個(gè)過(guò)程中沒有像COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物排放，也幾乎沒有噪音產(chǎn)生。

機(jī)械能經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)橋等帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使車輛在路上行駛。

(三)氫燃料電池車中的其他相關(guān)原理

儲(chǔ)氫系統(tǒng)原理：

氫燃料汽車需要有儲(chǔ)氫系統(tǒng)來(lái)存儲(chǔ)氫氣，目前大多數(shù)氫燃料電動(dòng)車采用高壓儲(chǔ)氫罐來(lái)存儲(chǔ)氫氣。這些儲(chǔ)氫罐通常能夠承受高達(dá)700巴的壓力，確保在有限的體積內(nèi)存儲(chǔ)足夠的氫氣，以滿足車輛的行駛需求。當(dāng)使用高壓儲(chǔ)氣瓶?jī)?chǔ)存氫氣時(shí)，要用低溫保溫裝置來(lái)保持低溫，因?yàn)檫@是一套復(fù)雜的系統(tǒng)。

動(dòng)力控制原理：

動(dòng)力控制單元是整個(gè)系統(tǒng)的“大腦”，它監(jiān)控和調(diào)節(jié)燃料電池、儲(chǔ)氫系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)以及其他輔助系統(tǒng)的工作狀態(tài)。例如動(dòng)力控制系統(tǒng)包含DC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/AC轉(zhuǎn)換器、DCL和空調(diào)控制器及空調(diào)壓縮機(jī)變頻器，以及電機(jī)冷卻系統(tǒng)控制器等部件，這些部件相互協(xié)作確保車輛在各種工況下都能保持最佳性能。

三 氫燃料電池車的優(yōu)勢(shì)

（一）能源與環(huán)保相關(guān)優(yōu)勢(shì)

降低對(duì)石油依賴：隨著全球石油資源的逐漸減少，尋找石油的替代能源變得至關(guān)重要。氫燃料電池車以氫氣為能源，氫氣來(lái)源廣泛，不依賴于石油，這有助于減少對(duì)傳統(tǒng)石油能源的依賴，提高能源的多樣性和供應(yīng)安全性。

近零排放：在氫燃料電池車的工作過(guò)程中，氫氣和氧氣在燃料電池里發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生電能和水。其排放物主要為水蒸汽，幾乎不會(huì)排放如傳統(tǒng)燃油車的有害氣體（如一氧化碳、氮氧化物等），對(duì)環(huán)境十分友好，在應(yīng)對(duì)氣候變化和改善空氣質(zhì)量方面具有很大潛力。

（二）技術(shù)與成本相關(guān)優(yōu)勢(shì)

發(fā)電效率高：氫燃料電池具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，能夠?qū)錃獾幕瘜W(xué)能高效地轉(zhuǎn)化為電能，從而為車輛提供動(dòng)力。這一特性有助于提升汽車的行駛里程，相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，在能量利用效率上有明顯優(yōu)勢(shì)。

成本降低潛力大：雖然目前氫燃料電池車的成本相對(duì)較高，但隨著技術(shù)的發(fā)展，如果能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)，其成本有望大幅降低。例如，近年的技術(shù)突破使得貴金屬（如鉑等）的使用明顯下降，并且貴金屬回收技術(shù)也趨于成熟，這有助于降低氫燃料電池的制造成本，進(jìn)而降低整車成本。

（三）使用體驗(yàn)相關(guān)優(yōu)勢(shì)

加氫時(shí)間短：相較于純電動(dòng)汽車充電時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)（一般需要幾個(gè)小時(shí)才能充滿電）的情況，氫燃料電池汽車加氫補(bǔ)給的時(shí)間很短，基本與燃油車加汽油的時(shí)間幾乎相同。這大大提高了車輛的使用便利性，減少了等待時(shí)間，對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)更易于接受。

續(xù)航里程提升成本低：對(duì)于純電動(dòng)汽車而言，要提高續(xù)航里程通常需要多增加鋰電池或者提高電池能量密度，這兩種方式都會(huì)帶來(lái)較高的成本。但氫燃料電池汽車增加續(xù)航里程只需增大儲(chǔ)氫罐即可，相對(duì)來(lái)說(shuō)成本較低。

適應(yīng)多種環(huán)境：在高海拔、高溫、高寒等多種環(huán)境下，氫燃料電池的性能更加穩(wěn)定。例如已經(jīng)投入使用的氫燃料電池公交車，在零下30的環(huán)境下能夠無(wú)輔熱快速啟動(dòng)，續(xù)航里程可達(dá)300公里，這顯示出氫燃料電池車在復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性優(yōu)勢(shì)。

改善車內(nèi)空氣質(zhì)量：由于燃料電池非常敏感，氫能源車需要設(shè)置物理吸附、化學(xué)吸附等多道過(guò)濾裝置來(lái)保證進(jìn)入燃料電池的空氣是干凈的。這使得氫能源車的前置空氣處理裝置不僅能夠吸附顆粒物，還會(huì)過(guò)濾掉空氣中的有害氣體，一定程度上可改善車內(nèi)空氣質(zhì)量，為乘客提供更健康舒適的乘車環(huán)境。

四 氫燃料電池車的缺點(diǎn)

（一）成本方面

制造成本高：氫燃料電池車的制造成本較高，其中一個(gè)重要原因是在氫燃料電池發(fā)電過(guò)程中會(huì)用到稀缺的金屬鉑作為催化劑，這種金屬價(jià)格昂貴，且大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，由于沒有規(guī)?；蟪杀緶p少的效應(yīng)，需求越多反而越貴，這就導(dǎo)致制造成本居高不下。

使用成本高：制造驅(qū)動(dòng)氫燃料電池車的氫氣燃料要消耗比普通電動(dòng)汽車更多的能源，并且污染也可能是個(gè)較為嚴(yán)重的問(wèn)題，這使得其使用成本較高。

（二）技術(shù)相關(guān)

啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)且系統(tǒng)抗震能力待提高：氫燃料電池車存在啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，并且系統(tǒng)的抗震能力還需要進(jìn)一步提高。

獲取純氫燃料存在技術(shù)難點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)且無(wú)污染地獲取純氫燃料還存在技術(shù)難點(diǎn)。目前獲取氫氣的方法存在一些問(wèn)題，例如電解水制取氫氣不太經(jīng)濟(jì)，能量損失極大；甲烷轉(zhuǎn)化氫氣方面，蒸汽需要加熱到較高溫度且會(huì)產(chǎn)生少量二氧化碳，并且甲烷基礎(chǔ)設(shè)施的泄露情況可能比想象的更糟糕。

技術(shù)門檻高：氫燃料電池技術(shù)門檻高，許多國(guó)家在這一領(lǐng)域需要大量的投入才可能有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。例如我國(guó)在氫燃料電池技術(shù)方面，一直還沒有什么實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，還需要大力投入才會(huì)有收獲。

（三）燃料相關(guān)

氫氣來(lái)源有限：地球空氣中含有的氫氣并不多，雖然可以通過(guò)電解水獲得氫氣，但這一方法耗費(fèi)電能，在現(xiàn)今并不是一個(gè)很經(jīng)濟(jì)的方式，不過(guò)如果產(chǎn)業(yè)規(guī)?；杀净蛟S會(huì)下降，但目前來(lái)說(shuō)氫氣來(lái)源仍然是一個(gè)問(wèn)題。

氫氣安全性受質(zhì)疑：雖然種種研究表明氫氣的安全系數(shù)比汽油高，但很多人認(rèn)為氫氣瓶就像一個(gè)氫彈，氫氣的安全性還是會(huì)被大眾質(zhì)疑，這對(duì)氫燃料的推廣造成一定阻礙。

（四）配套設(shè)施方面

燃料供應(yīng)輔助設(shè)備復(fù)雜：在以甲醇或者汽油為燃料的氫燃料電池車（FCEV）中，經(jīng)重整器出來(lái)的“粗氫氣”含有使催化劑“中毒”失效的少量有害氣體，必須采用相應(yīng)的凈化裝置進(jìn)行處理，這增加了結(jié)構(gòu)和工藝的復(fù)雜性，并使系統(tǒng)變得笨重。

加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施缺乏：加氫站等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施建設(shè)幾乎為零，目前全球范圍內(nèi)投入使用的加氫站僅有100多家，且大部分是用于實(shí)驗(yàn)用途的。早期基礎(chǔ)設(shè)施推廣阻力大，反過(guò)來(lái)造成燃料電池汽車銷量難以擴(kuò)大，這是氫燃料電池車發(fā)展的一個(gè)很大的硬傷。

五 氫燃料電池車出貨量情況

終端上牌數(shù)據(jù)顯示，2023年全年氫燃料電池汽車?yán)塾?jì)實(shí)銷7760輛，同比2022年的5009輛增長(zhǎng)55%，刷新了有史以來(lái)的年度銷量記錄。

數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)

2023年出貨的燃料電池汽車整車企業(yè)約43家。Top10車企總銷量5423輛，占總銷量的70.9%，Top5車企占比46.4%。前五名依次為宇通氫車銷量1122輛，市占率為14.7%；佛山飛馳775輛，占比10.1%；北汽福田650輛，占比8.5%；一汽集團(tuán)519輛，占比6.8%；東風(fēng)汽車489輛，占比6.4%。

六 氫燃料電池車企業(yè)

  宇通客車：  

宇通作為國(guó)內(nèi)最早一批開展氫燃料客車研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)，針對(duì)氫燃料的技術(shù)特性，精準(zhǔn)切入應(yīng)用場(chǎng)景，目前已推出包括客車、公交、環(huán)衛(wèi)、重卡、輕卡等車型在內(nèi)的全系氫燃料商用車產(chǎn)品。通過(guò)落地項(xiàng)目，成功驗(yàn)證“城市公交、客運(yùn)團(tuán)體、市政環(huán)衛(wèi)、冷鏈物流、渣土攪拌、重型牽引”的氫燃料應(yīng)用場(chǎng)景。

  飛馳科技  ：

公司重點(diǎn)深耕燃料電池汽車領(lǐng)域，始終致力于推廣和普及燃料電池汽車，研究燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)、電驅(qū)動(dòng)動(dòng)力總成和面向多能源系統(tǒng)的域控制器，突破氫能高效安全利用、高環(huán)境適應(yīng)性等關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)高性能燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)共性技術(shù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多車型推廣應(yīng)用；整合優(yōu)質(zhì)資源，與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)上下游企業(yè)合作共建氫能產(chǎn)業(yè)生態(tài)和閉環(huán)商業(yè)應(yīng)用，共同構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的綠色出行解決方案；積極探索燃料電池汽車應(yīng)用場(chǎng)景，發(fā)掘具備高增長(zhǎng)潛力燃料汽車細(xì)分市場(chǎng)。

  福田汽車 ：

早在2003年，福田汽車就投入新能源領(lǐng)域研發(fā)，2006年已搶先布局氫能源領(lǐng)域，完成國(guó)內(nèi)首個(gè)燃料電池客車及卡車公告，獲得多項(xiàng)國(guó)內(nèi)乃至全球第一。經(jīng)過(guò)二十年潛心研發(fā)，福田汽車目前已成熟掌握氫能源商用車技術(shù)，產(chǎn)品覆蓋客車、物流、冷鏈、環(huán)衛(wèi)、自卸、牽引等全系列車型，并在全國(guó)多地投用。

  一汽解放 ：

一汽解放早在2021年9月就發(fā)布了——15333新能源戰(zhàn)略，即藍(lán)途行動(dòng)，圍繞純電、混動(dòng)、氫能三條技術(shù)路線，加快向綠色低碳轉(zhuǎn)型升級(jí)，尤其圍繞氫能源汽車領(lǐng)域，在氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)、氫內(nèi)燃機(jī)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)等關(guān)鍵核心技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了重大突破。解放氫能源車的發(fā)布，開啟了公司ALL in新能源戰(zhàn)略的又一篇章。接下來(lái)，公司將不斷拓展氫能應(yīng)用場(chǎng)景，完善氫能生態(tài)布局，在氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?、市場(chǎng)化和多能互補(bǔ)方面持續(xù)發(fā)力，助力氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

  東風(fēng)汽車 ：

作為中國(guó)汽車工業(yè)的領(lǐng)軍者，東風(fēng)汽車始終堅(jiān)持以技術(shù)創(chuàng)新為核心驅(qū)動(dòng)力，不斷探索可持續(xù)發(fā)展的新路徑。在2024東風(fēng)汽車品牌秋季發(fā)布會(huì)暨第九屆科技創(chuàng)新周上，東風(fēng)汽車驚艷亮相了了一系列新能源與智能化創(chuàng)新技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物展品更是令人目不暇接。其中，東風(fēng)輕型車為我們帶來(lái)了一款智慧氫能輕卡，主打城市內(nèi)的冷鏈配送工況。智慧氫能輕卡是東風(fēng)股份首款基于氫燃料平臺(tái)打造的4.5T輕卡。顧名思義，氫燃料平臺(tái)僅兼容氫燃料這一種驅(qū)動(dòng)形式，專一度更高，并針對(duì)氫燃料車型工況進(jìn)行了優(yōu)化。

  上汽集團(tuán)  ：

早在2017年，上汽大通就推出上汽大通MAXUS FCV80——這是中國(guó)首款商業(yè)化運(yùn)營(yíng)燃料電池寬體輕客、國(guó)內(nèi)第一款運(yùn)用全新準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)的燃料電池輕客車型，也是國(guó)際首款燃料電池輕客車型。這意味著，上汽大通率先完成氫能源汽車商業(yè)化，實(shí)現(xiàn)了全國(guó)首批氫能源汽車規(guī)模化運(yùn)營(yíng)。目前該車型總運(yùn)營(yíng)里程超過(guò)550萬(wàn)公里。

  廈門金龍 ：

廈門金龍已實(shí)現(xiàn)氫燃料關(guān)鍵核心技術(shù)持續(xù)突破，氫能源商用車產(chǎn)品布局不斷完善，并構(gòu)建了氫能源商用車的大規(guī)模商業(yè)交付能力，將有力保障“神木模式”下大規(guī)模氫能源商用車訂單的如期高質(zhì)量交付。

素材來(lái)源：汽車工坊、電動(dòng)之家等