【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(shí)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(xiàng)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(shí)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(shí)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(jì)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(jì)，改變傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)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(jì)劃(863計(jì)劃)的“十五”計(jì)劃把燃料電池城市客車列為電動汽車重大專項(xiàng)中的一個(gè)重要子課題。燃料電池城市客車項(xiàng)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(yàn)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(yàn)收。

1、整車氫源與動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇

設(shè)計(jì)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?yàn)樽鳛橹茪湓铣杀靖摺⒂休^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