第1章 燃料电池汽车及其能量转换

1.1 燃料电池汽车

1.1.1 车辆电动化路径

能源的可持续使用和高效利用是推动社会发展的重要动力。当今，化石燃料的使用占据世界能源的70%左右，大规模使用化石能源直接导致不可再生的资源消耗，同时也会造成气候变化、环境污染，这一点在中国尤为突出。在交通领域，目前主导的车用动力系统仍依赖于诞生于一个多世纪以前的内燃机技术。虽然经过百年的发展，内燃机的效率在持续提高，并已经逐步减少了各类污染物的排放，但是在碳中和的背景下，交通能源和动力全链条实现低排放乃至零排放仍是最为艰巨的挑战。

在汽车发展的历史进程中，电动汽车曾经昙花一现。化石能源的短缺和燃油汽车无法最终解决气候变化、环境污染的问题，使得汽车工业重新将目光投回到电动汽车上。中华人民共和国科学技术部（简称科技部）在2000年启动的“863”电动汽车重大专项中提出了“三纵三横”的技术框架，如图1-1所示。“三纵”是三种动力系统的技术路线，包括混合动力、纯电动和燃料电池三种类型；三横是共性关键技术，包括电池及其管理系统、电机及其控制系统、多能源动力总成控制系统，业界简称为电池、电机和电控。

图1-1 电动汽车“三纵三横”技术框架

在这张三纵三横的图表中，三种动力系统使用不同的能源，混合动力汽车仍然使用汽油/柴油，纯电动汽车使用的是电能，燃料电池汽车使用的是氢能。（氢）燃料电池作为一种高效、清洁的能量转换装置，可以直接将燃料和氧化剂的化学能转化为电能，且其反应产物仅为水，具有高效率和零排放方面的优良基因，因而受到了人们的广泛关注。燃料电池已经初步体现出了其在下一代交通工具动力系统、便携式电源和固定式发电应用中具有取代诸多传统能源应用的巨大潜力。