氢能汽车的概念以及难以普及的原因

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，希望能够帮助到您 。

氢能汽车的概念以及难以普及的原因播报文章

序：氢燃料_指液态氢，作为汽车能源并不是以“热机 ”的燃烧模式转化动能
。普通燃油动力汽车装备的是「内燃式热机」 ，气缸内燃烧燃油产生热能（推动力）；这一模式并不适合氢能
，因其燃烧温度可以接近3000℃（摄氏度），以目前的材料学技术储备还无法找到低成本的耐高热材料 ，所以“氢能热机
”没有普及的基础
，剩下的方式则为“化学发电”——损耗很大。

01

「氢能汽车」_概念解析

化学发电·增程式电动汽车

如上所述，氢燃料不宜应用于内燃式热机 ，剩余的方式为「氢氧反应发电」 。所谓的“氢能汽车 ”的本质只是「电动汽车＋增程器」，增程器的概念是在行驶中利用某种机器发电
，在汽车行驶的耗电过程中为动力电池组充电，实现续航里程的增长
。氢能汽车的增程器是燃料电池堆 ，是利用氢氧反应产生电流的化学电源。（车辆结构特点参考下图）

知识点：增程式电动汽车早已经大量普及
，只是车型以中大型客车为主，C端个人汽车用户关注的往往是小微型载客汽车 ，所以会感觉这种车型很冷门 。不过氢能汽车确实冷门
，因为主流的增程式电动客车均为「柴电增程系统」；指利用小排量柴油动力发动机，带动发电机在行驶中即时发电并供电
。这种模式能够让内燃机始终以中低转速恒定运转 ，状态相当于车辆的小排量发动机始终“定速巡航
”
，节油效果还是相当理想的，但氢能为什么没有本认可呢？参考第二节吧。

02

转化&损耗

氢要如何获取？

氢能增程电动汽车的「燃料」无法从自然界直接获取 ，常规获取氢的方式是利用煤炭石油天然气获取
，而以这些传统能源制造氢必然会加大排放量，这与新能源汽车「减排」的初衷背道而驰 。所以氢能的获取方式只剩下了电解水 ，概念是利用电能的巨大能量打破氢氧键而获取氢，然而以任何方式刻意制造氢的能耗都会非常大
，因为氢氧结合的强度是非常高的。

矛盾点：通过电解水的方式制造氢，在利用汽车的燃料电池组实现反应产生电流 ，这一流程说白了不就是“用电制造电”吗？其本质只是以氢能作为介质
，实现在汽车上加注氢以便于在车辆上的发电器上随时发电，实现续航里程的增长
。如果「电·氢·电」转化模式的能量损耗不是很大 ，甚至消耗多少电就能产生多少电的话
，那么这种车一定能火爆全球，但事实却是有极大的损耗。

知识点：以电解水制造一公斤的氢 ，消耗的电量约在60kwh（度）上下 。而一公斤的氢在燃料电池堆上只能发电20kwh左右
，这不是巨大的浪费呢？这就是氢能汽车无法普及的核心因素，因其能量损耗实在太大；而且制氢的成本无法控制也会造成「氢价」很高 ，参考海外某些加氢站的氢价
，平均超60元（人民币）一公斤的氢，其用车成本已经相当于燃油动力汽车的“2.0T标准 ” ，C端用户有多少人能接受呢？然而这还不是最重要的原因
。

03

制造成本&产品定位

燃料电池堆的关键材料_铂（也称白金）

这种材料的价格有多高想来不用赘述，一枚小小的戒指或吊坠也要几千元。而燃料电池组即使是小功率选项也要用数十克的铂
，所以非常普通的电池堆也要三四万元一组 。重点是电动汽车还有动力电池组，电机以及电控系统 ，这些核心总成的制造成本本就不比低燃油车低
，加上电池堆的高成本，结果造成了性能非常普通的氢能电动汽车的价格也要三四十万元 ，还有意义吗？

知识点：LFP磷酸铁锂（动力电池）带来了行业变革
，全新型的铁电池不仅有百万公里的使用寿命，同时有针刺短路不起火的高安全水平；特殊的长方形结构能实现足够高的「体积能量密度」 ，重要的是这种动力电池的成本可以非常之低——低至1kwh/300元左右是没有问题的
。那么一组只能发电的燃料电池堆的成本即使按照3万元计算
，直接换装LFP动力电池可以增长容量“100kwh
”，再加上原有50kwh左右的基础容量 ，“150标准”似乎能让B/C级电动汽车的续航达到800/1000公里区间
，普通的燃油车也是做不到这种水平的——还需要氢能电动汽车吗？

04

安全问题&能量密度

氢燃料普遍应用于航天领域，为什么普通机动车型很少选择呢？

原因无非是安全问题的影响 ，在高精尖的航天领域一切都是谨小慎微的，或者说是几乎不容许有差错。但是在公共道路上随意行驶的汽车就要“毛糙 ”的多了
，如果让这些车辆使用氢能，对于道路安全也许会是巨大的考验 。因为车辆使用的液态氢罐 ，其贮存的液态氢能量密度约为等量TNT（三硝甲基苯/**炸药）的30余倍！

核心知识点：普通的手雷装药量为50克
，车辆的液态氢罐容量约为5公斤（普通代步汽车标准）
。那么这组氢罐的能量就相当于170公斤以上的TNT，也就是3.5万颗手雷的威力！这应该是一个令人有些“肝颤”的数字 ，驾驶或乘坐这种车辆等于什么呢？要知道液态氢罐一旦在碰撞中破损泄露
，氢的迅速蒸发过程中如果遇到明火，那么燃爆就会以从上部到下部的顺序开始并瞬间结束 ，这就像能瞬间小范围耗尽氧气的“云爆弹
”一样可怕
，总之是没有逃逸机会且破坏面极大的。

总结：氢能汽车在测试验证之初，行业内就已经普遍不看好了 。原因自然是高能耗 、高成本以及高风险 ，所以氢能车在几乎所有区域都没有得到认可
。未来的汽车能源只有一种
，那就是「电」！过渡期内的研发方向涵盖并联式或串联式增程，以及氢能增程汽车 ，其原因无非是动力电池成本高而影响了续航里程；那么燃料电池堆的成本比动力电池还要高，将这种车辆作为研发方向难道不是错误的吗？自己斟酌吧。

氢燃料汽车有哪些

氢燃料汽车包括本田Clarity
、丰田Mirai未来组合、奔驰GLCFCEL 、现代NEXO
、SAIC大通FCV80等 。氢燃料汽车是指以氢气为主要能源
，为汽车发动机提供动力的原料。氢燃料电池的原理是将氢气输入燃料电池
。氢的电子被质子交换膜阻挡。

通过外部电路从负极传导到正极，变成电能驱动电机 。氢是一种可以替代石油的燃料
。其燃烧产物为水和少量氮氧化物 ，对空气污染小。

电解水和煤气化可以大量生产氢气
，不需要对汽车发动机进行大的改造，因此氢动力汽车具有广阔的应用前景 。

目前常见的供氢系统有三种 ，分别是气管定时喷射、低压缸内喷射和高压缸内喷射
。随着储氢材料的发展
，可以为氢动力汽车开辟一条新的道路。

氢燃料与氢能源清洁汽车应用现状

太平洋汽车网氢燃料汽车有本田Clarity 、丰田Mirai
、奔驰GLCF-CEL、现代NEXO 、上汽大通FCV80等 。氢燃料汽车是指以氢为主要能量为汽车电机提供动力的原料，氢燃料电池的原理是把氢输入燃料电池中 ，氢原子的电子被质子交换膜阻隔
，通过外电路从负极传导到正极，成为电能驱动电动机
。

氢能汽车是以氢为主要能量作为移动的汽车。一般的内燃机 ，通常注入柴油或汽油
，氢汽车则改为使用气体氢 。燃料电池和电动机会取代一般的引擎，即氢燃料电池
。它的原理是把氢输入燃料电池中 ，氢原子的电子被质子交换膜阻隔，通过外电路从负极传导到正极
，成为电能驱动电动机；质子却可以通过质子交换膜与氧化合为纯净的水雾排出。这样有效减少了其他燃油的汽车造成的空气污染问题，高速车辆、巴士
、潜水艇和火箭已经在不同形式使用氢为燃料了 。另一方面能源从来都是个问题 ，近年来
，国际上以氢为燃料的燃料电池发动机技术取得重大突破，而燃料电池汽车已成为推动氢经济的发动机。

氢是可以取代石油的燃料 ，其燃烧产物是水和少量氮氧化合物
，对空气污染很少
。氢气可以从电解水、煤的气化中大量制取，而且不需要对汽车发动机进行大的改装 ，因此氢能汽车具有广阔的应用前景。推广氢能汽车需要解决三个技术问题：大量制取廉价氢气的方法
，传统的电解方法价格昂贵，且耗费其他资源 ，无法推广；解决氢气的安全储运问题；解决汽车所需的高性能 、廉价的氢供给系统 。目前常见的氢供给系统有三种
，气管定时喷射式
、低压缸内喷射式和高压缸内喷射式
。随着储氢材料的研究进展，可以为氢能汽车开辟全新的途径。（图/文/摄：太平洋汽车网陈妙玲）

氢作为二次能源来源广泛 ，也算得上是“地球村”最为丰富的资源 。它不仅可以来源于化石能源的工业副产品，还可以通过太阳能、风能 、潮汐能等不稳定供电的可再生能源电解水制氢
，还可以从煤气
、天然气、细菌分解得到，可以回忆一下 ，我们在中学化学就有实验室测试过将氢气电解
，点燃冒着蓝色火焰的场景，其实它更重要的是“可再生 ”和“重复利用
”
。

目前氢的制备主要有水 、生物
、石化燃料制氢。氢能源的转化效率比石油高出10倍之多 ，目前
，汽车领域氢能源的使用主要是通过燃料电池和氢气发动机 。可再生能源制氢是可预见性燃料发展的最高点，所以现在的车企都要造氢能源车 ，氢能源具备以下几个特点：

一是自然界存在最普遍的元素
，氢氦锂铍硼碳氮氧氟氖，念一遍 ，氢排第一
，量子小但是数量多
。除空气中含有氢气外，他的主要化合物的形态存储于水中 ，而水是地球上最广泛的物质。据科学家推算，如把海水中的氢全部提取
，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍 。

二是除核燃料外，氢的发热值是所有化石原料、化工原料和生物燃料中最高的 ，为142.35千焦/公斤
，是汽油发热值的3倍
。

三是燃烧性能好，点燃快 ，体积分数占3%-97%范围内均可燃烧。

四是无毒
，与其他燃料相比，燃烧最清洁 ，除生成水和氮化氢外
，没有内燃机烧汽油还烧出一氧化碳 、二氧化碳
、烃类化合物、粉尘颗粒物等等对环境有害物质，少量氮化氢经过处理 ，又变成氮气和氢气
，生成的水继续循环使用 。

五是利用形式多，既可以通过燃烧产生热能 ，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池
，或转换成固态氢用做结构材料。

氢作为发动机燃料目前仍存在一些问题，由于氢的燃烧速度快 ，易产生早燃
，进气管回火
。氢的能量密度低，无论采用低温液化 、高压压缩 ，还是其他金属吸附的方法
，燃料及附加设备的质量和体积都比较大。另外就是氢的制造成本目前比较高，太阳能制氢的成本是汽油的100倍 ，如果有先进的制氢设备面世
，利用太阳能的高效廉价，燃料电池技术进步 ，储氢技术的突破
，我们将会有大量的氢作为能源的动力机械，不仅限于汽车 。

氢能源在汽车行业中的应用 ，包括了发动机、制氢技术
、储运方式三个重要环节
。

采用氢能源的车用发动机主要有两种：氢燃料发动机和燃料电池发动机。氢燃料发动机分为纯氢燃料发动机和掺氢燃料发动机 。纯氢燃料发动机是通过对现有汽油机进行适当改装后直接燃用氢气，氢气可以在排气管内与空气预混
，也可以直接喷入气缸行成混合气体燃烧
。掺氢发动机多多都是将氢作为汽油机的部分代用燃料，掺氢燃烧可以大大改善汽油机的性能和排放污染。目前国六OBD排放在线监测系统中 ，速锐得已经服务多家掺氢项目
，降低重型柴油车的排放污染，提升燃烧效率 。

燃料电池是一种等温进行 ，直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、无污染转化为电能的发电装置
。氢气与氧气生成水
，电子通过外电路做功并构成电的回路，依靠电能驱动汽车 ，生成的水不稀释电解质
，而是通过电极随反应尾气排出，只要能保证燃料和氧化剂的供给 ，燃料电池就可以连续不断产生电能。

制氢技术和储运方式就不展开了
，都是大课题，和我们本身业务相关性不强 ，不展开理解 。氢燃料汽车目前使用的内燃机是在传统内燃机的基础上加以修改后可以直接用氢为燃料进行燃烧，产生动力
。燃烧的产物只有水和NOx
，不会产生颗粒 、积炭等，从而大大减少了发动机的磨损和减轻润滑油被污染的程度 ，是目前发动机最清洁的燃料。但其效率低
，大约只有38%左右，且由于氢燃料热值高 ，火焰传播速度快和点火范围宽等特点
，氢燃料发动机容易出现早燃
、回火、敲缸 、发动机热负荷高等情况 。燃氢汽车不会污染环境，是一种友好的绿色交通工具。

近年来随着燃料电池制造技术的提高 ，成本的降低
，同时也迫于保护环境的压力，车企大佬们布局了氢燃料电池在汽车上的应用研究
。车用的氢燃料电池主要是质子交换膜燃料电池 ，其利用氢和氧发生电化学反应而不是通过燃烧产生电
，生成水，整个过程清洁无污染且高效 ，易操作，是未来交通工具的主要动力。随着各国各公司对燃料电池的巨额投入和关键技术的不断突破
，燃料电池汽车必将取代内燃机汽车，从目前电动汽车来看 ，电动汽车也将长期存在 。

为什么这么说呢？

氢作为汽车能源发展的制约因素还有如下三点：

一是高成本
。氢能的获得
、制取过程中要耗费大量能源
，如不可再生资源、电能 、核能等；作为气体燃料，它的储存
、运输成本也是非常高昂；目前国内加氢站的基础设施还不多 ，全国加起来也就几十个
，这些基础设施的建设需要很大的投入。

二是安全性 。氢气密度小、容易着火和气化，因此在氢气的制取 、储存和运输过程中都可能面临泄露和爆炸的危险
。而现在的技术条件也无法保证氢气在不同状态下的性能。

三是制氢有污染 。它本身是转换能源 ，目前有两种方式获得氢气
，一是电解水，二是天然气重整
。方法一世界绝大部分地区最廉价的电力是靠烧煤获得 ，如果采用电力能源来来电解水
，会增大二氧化碳的排放；方法二天然气和水蒸气反应除了生成氢气外，也会生成二氧化碳。所以 ，使用氢能源车本身不排放二氧化碳，但是制氢过程释放的二氧化碳可能比传统汽油发动机释放的更多 。

为了缓解石油资源紧缺带来的压力
，各国政府和相应的机构在氢能源利用方面都制定了积极的政策和投资计划，世界能源巨头也积极参与了氢能的研究和利用
。

速锐得科技在氢能源领域 ，于2017年就开始针对丰田氢能源汽车Mirai进行整车控制策略的研究
，这个车全球比较罕见，看上去像是改装型的氢能源车 ，大体价格在300多万零部件通用化程度很高
，尺寸比奥迪A6还要大一点，主要是气罐占了不少的空间 ，第一代续航说有500多公里
，实际在450多公里左右，由于加氢站点少 ，加氢比较麻烦
，有加氢5分钟，路上2小时的说法。但是丰田氢能源汽车Mirai是具备规模化
、商业化、技术相对成熟的车型 ，在氢燃料电池车的方面奠定了坚实的基础和行业先驱地位 。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

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