【論文摘要】環(huán)境污染、全球變暖、能源短缺的壓力，使傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車在進(jìn)入二十一世紀(jì)時面臨前所未有的挑戰(zhàn)，汽車制造商都努力嘗試使用新能源來提高汽車的經(jīng)濟(jì)環(huán)保特性。各國政府及各大汽車制造商都紛紛投入巨資進(jìn)行質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)電動汽車的研究與開發(fā)。燃料電池汽車技術(shù)與傳統(tǒng)汽車、純電動汽車技術(shù)相比，具有下面的優(yōu)勢。
【關(guān)鍵詞】氫能源,燃料電池城市客車

0、項目背景

環(huán)境污染、全球變暖、能源短缺的壓力，使傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車在進(jìn)入二十一世紀(jì)時面臨前所未有的挑戰(zhàn)，汽車制造商都努力嘗試使用新能源來提高汽車的經(jīng)濟(jì)環(huán)保特性。各國政府及各大汽車制造商都紛紛投入巨資進(jìn)行質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)電動汽車的研究與開發(fā)。燃料電池汽車技術(shù)與傳統(tǒng)汽車、純電動汽車技術(shù)相比，具有下面的優(yōu)勢。

(1)效率高

燃料電池的工作過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程，不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)換效率較高，1999年戴姆勒一克萊斯勒推出的燃料電池概念車NECAR4從油箱到車輪的能量效率為37.7％，而高效汽油機(jī)和柴油機(jī)汽車整車效率分別為16－18％和22－24％

(2)續(xù)駛里程長

采用燃料電池系統(tǒng)作為能量源，克服了純電動汽車?yán)m(xù)駛里程短的缺點(diǎn)，其長途行駛能力及動力性已經(jīng)接近于傳統(tǒng)汽車。

(3)綠色環(huán)保

燃料電池沒有燃燒過程，以純氫作燃料，生成物只有水，屬于零排放。采用其它富氫有機(jī)化合物用車載重整器制氫作為燃料電池的燃料，生產(chǎn)物除水之外還可能有少量的CO2，接近零排放。

(4)過載能力強(qiáng)

燃料電池除了在較寬的工作范圍內(nèi)具有較高的工作效率外，其短時過載能力可達(dá)額定功率的200％或更大。

(5)低噪音

燃料電池屬于靜態(tài)能量轉(zhuǎn)換裝置，除了空氣壓縮機(jī)和冷卻系統(tǒng)以外無其它運(yùn)動部件，因此與內(nèi)燃機(jī)汽車相比，運(yùn)行過程中噪音和振動都較小。

(6)設(shè)計方便靈活

燃料電池汽車可以按照X－By－Wire的思路進(jìn)行汽車設(shè)計，改變傳統(tǒng)的汽車設(shè)計概念，可以在空間和重量等問題上進(jìn)行靈活的配置。

在燃料電池汽車國際大開發(fā)的背景下，根據(jù)中國汽車工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略需要，中國國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)的“十五”計劃把燃料電池城市客車列為電動汽車重大專項中的一個重要子課題。燃料電池城市客車項目從2002年初啟動，清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗室為研究工作的主要承擔(dān)單位，第一輛原型車已經(jīng)在2002年底通過國家驗收。

1、整車氫源與動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇

設(shè)計863燃料電池城市客車首先要選擇適合于中國的經(jīng)濟(jì)條件和道路條件的氫源方案與動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

1.1氫源方案比較車上供氫系統(tǒng)可分為車載制氫和車載純氫兩大類。

1.1.l車載制氫

車載制氫需要內(nèi)部高溫的燃料處理器，通過重整或部分氧化等方式由燃料中獲得氫。用于車載制氫的燃料可以是醇類(甲醇、乙醇、二甲醚等)、烴類(柴油、汽油、LPG、甲烷等)。其它物質(zhì)如氨、金屬或金屬氫化物等也可以作為制氫原料。

從技術(shù)上看，醇類燃料制氫的溫度較低，制氫反應(yīng)容易實(shí)現(xiàn)。其中甲醇通常被認(rèn)為是最為合適的車載制氫燃料。DaimlerChrysler公司的Necars，于2002年6月4日完成了橫穿美國東西部的壯舉，行程3000余英里，充分證明甲醇車載重整制氫燃料電池汽車的技術(shù)可行性。

烴類比醇類制氫難度大，主要表現(xiàn)在重整的溫度高和硫的脫除。烴類燃料中，天然氣由于是氣態(tài)燃料，車載儲運(yùn)比較困難，并且車載重整最難，工作溫度最高，一般不作為燃料電池車載氫源的燃料。

其它制氫方法中，氨因為作為制氫原料成本高、有較大的腐蝕性，而且氨完全裂解溫度高，因此不適宜選為車載制氫燃料。而金屬或金屬氫化物水解制氫，由于其高能耗和高成本、以及原料制備過程中的高排放，只能用于特殊的場合，而不適合于大規(guī)模的汽車行業(yè)。

車載制氫避免了固定的氫制取、運(yùn)輸和加注等基礎(chǔ)設(shè)施及車載儲氫系統(tǒng)的技術(shù)問題和投資。不過，在目前中國進(jìn)行