宜宾职业技术学院毕业论文
传统内燃机汽车
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4 燃料电池汽车发展趋势的分析
汽车业界普遍认同的一个观点是，燃料电池技术是内燃机技术最好的替代物，代表了汽车未来的发展方向。但如果将发展燃料电池汽车的几个制约因素考虑进来，则会发现燃料电池汽车目前和今后一段时问尚不具备商业化的条件。最乐观的预测，以纯氢为燃料的燃料电池汽车的商业化生产至少还需15年以上的时问，即使在一定程度上实现了商业化，也会是以一种高成本的方式。 4.1 燃料电池汽车的发展优势
作为未来汽车的发展方向，燃料电池电动汽车具有以下优势： （1）工作效率高
内燃机汽车的效率为11%左右，而已氢气为燃料的燃料电池电动汽车效率可达50%-70%左右，甲醇重整产生氢气的燃料电池汽车效率可达到30%左右。可见燃料电池汽车的效率高于内燃机汽车。
（2）节能、环保
燃料电池汽车使用的能源主要是氢气，排放的主要物质是水，对于环境问题日益突出的地球来说，燃料电池汽车是内燃机汽车的理想替代。
（3）结构简单和运行平稳
由于燃料电池汽车能量转换不涉及燃烧和热机做功，因此所需零件少，结构简单，振动和噪声小。
4.2 燃料电池汽车发展所面临的问题
燃料电池汽车虽然较传统的汽油汽车，混合动力汽车以及纯电动汽车有技术上的优势，但是却一时难以普及，原因是多方面的。
（1）燃料电池的成本过高。
燃料电池的成本过高是制约燃料电池汽车发展的最大阻碍，早期由于燃料电池采用贵重的铂金属催化剂，使得成本居高不下，虽然近几年通过世界各地
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科研人员的不懈努力，已经开发出了新型的无铂催化剂，使得电池成本有了明显的降低，但是仍然没有降到可以进行大规模普及的程度。以奔驰B级燃料电池汽车为例，奔驰B级燃料电池汽车的售价为5万美元，约33万人民币，而同时期的奔驰B级汽车的售价却只有约22万人民币（以上均指美国售价）。燃料电池型号贵了近11万人民币。另外计划于2015年上市的丰田Mark X Zio燃料电池汽车售价预计为980万日元（约80万人民币）。远高于普通汽油汽车售价。高昂的成本成为制约燃料电池汽车发展的一大难题。
（2）配套设施建设成本较大。
目前最方便的加氢站建设方案就是在传统加油站的基础上进行改造。以美国为例，如果将全美的加油站全部改造成加氢站，将至少花费15亿美元（约95亿人民币），这笔钱并不算少。
（3）氢气的制取、存储、运输较困难。
现在仍然不能以较低成本的大量制取氢气，现在主要通过煤炭与水的反应、天然气重整以及电解水等方式生产氢气。这些方法无一例外的存在成本较高的缺点。
4.3 燃料电池汽车的发展趋势
戴姆勒、福特汽车、通用汽车、本田、现代汽车、起亚汽车、雷诺日产和丰田汽车已经联合签署了关于燃料电池车的开发和市场进入等发展方向在内的基本意向书。为了燃料电池车的普及，这次联合签署的意向书的主要目的是支援氢供给技术设备的建设。这些汽车厂商已经积蓄了很多燃料电池方面的技术，而通过达成一致的发展意向，全球在零排放的燃料电池汽车的量产实用化上，又向前迈出了一大步。
（1）燃料电池功率密度不断提高
由于汽车内部空间和承载能力的局限，对车用燃料电池发动机的尺寸有严格要求，因此燃料电池制造商都在设法提高燃料电池的功率密度。加拿大巴拉德公司从1989-2001年将燃料电池堆体积功率密度提高了25倍，2003年研制的燃料电池发动机XcellsisHY80采用902堆,最大输出功率为68kW，体积为220L,质量
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为220kg，体积和质量功率密度分别为309W/L和309W/kg，已经基本达到美国能源部Freedom CAR计划中提出的2010年的目标。
（2）贵重金属用量大幅减少
燃料电池以铂为主要催化剂,但世界铂储量有限且价格高。通过技术开发,燃料电池电堆的铂用量已从1990年的约5mg/cm2下降到015mg/cm2左右,并有望继续降低。
（3）燃料电池汽车能量转换效率可望继续提高
据戴?克公司对NECAR4型燃料电池轿车的测试，燃料电池电堆的能量转换效率为62%。如果除去燃料电池发动机辅助系统的能耗(占1614%)和电机及其驱动系统的能耗(占811%),从“油箱到车轮”的效率为3717%，远高于汽油发动机汽车16%～18%和柴油机汽车20%～24%的转换效率。若考虑“从矿井到车轮”的总体效率，据丰田汽车公司的研究，天然气制氢的效率(从矿井到油箱)为58%，而将原油提炼成汽油的效率高达88%。因此,燃料电池混合动力汽车“油井到车轮“的总效率为29%，汽油机混合动力汽车普锐斯的总效率为28%。该项研究指出，燃料电池汽车的能量转换总效率将来有望提高到42%。
（4）燃料电池汽车的可靠性和耐久性明显改善
2002年5月,戴?克公司的NECAR5型燃料电池轿车试验运行横穿美国,从旧金山到华盛顿，行程5220km,平均车速112km/h，全程仅发生过1次冷却水管小故障。2004年,通用汽车公司的燃料电池汽车纵贯欧洲大陆，行程9696km。目前,美国快递公司已经开始使用通用汽车公司的燃料电池汽车开展包裹快递服务。
（5）燃料电池系统成本逐渐下降
燃料电池系统尚处于研究阶段,少量购买时,价格较高,约为3000到5000美元/kW。据2006年11月美国能源部发表的研究报告，若按大批量生产(一般指年产50万套)的燃料电池发动机计算，2002年燃料电池发动机的价格为275美/kW，2006年下降为110美元/kW。美国能源部提出的目标是2010年降到45美元/kW，2015年降到30美元/kW,与目前汽油机的价格水平相当。
（6）综合分析
燃料电池汽车凭借其独特的技术优势。在不久的将来极有可能替代传统的内燃机车辆，混合动力汽车甚至是纯电动汽车，成为我们日常生活必不可少的一部
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分。但从目前情况看，燃料电池汽车如果想要在产业化发展方面取得突破，还需要着力解决辅助设施建设和成本过高这两个方面的问题。首先，在辅助设施建设上还需要加快燃料电池汽车所需的加气站的建设。同时改善氢气的制取工艺，设法降低氢气的制取、运输、存储成本。另一方面方面。燃料电池极高的成本极大的限制了燃料电池汽车的发展与应用，能否降低燃料电池的生产成本将极大的影响燃料电池汽车及燃料电池技术的普及。但我相信在全世界各地科研人员的努力下，必将攻克燃料电池成本过高的技术难关。
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