氢燃料电池公交车技术研究及应用

摘要：氢燃料电池汽车加气快，续驶里程长，能量转换率高，氢燃料可再生，是我国新能源汽车产业一条重要的技术路线。本技术基于氢燃料电池公交车的应用进行分析，提出我国氢燃料电池发展现状，指出作为一种真正意义上的“零排放，无污染”载运工具，氢燃料电池汽车是未来新能源清洁动力汽车的必然发展方向，氢燃料电池汽车的研发与量产必将成为全球汽车工业领域的一场新革命。关键词：车辆工程；新能源；氢燃料电池；零排放；节能环保

1技术概况氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散与电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。氢气作为最轻的气体，密度仅为空气的7%，在发生泄漏时，氢气会迅速逃逸，不易发生积聚形成爆炸性气体，相对燃油和天然气具有较高的安全性。我国燃料电池汽车发展现状，一是以燃料电池与动力电池的深度混合动力为技术特色；二是以燃料电池商用车为主体；三是以Ⅲ型压缩氢瓶为车载储氢主流方式。氢燃料电池技术近年来发展迅速，作为一种真正意义上的“零排放，无污染”载运工具，氢燃料电池汽车是未来新能源清洁动力汽车的必然方向，氢燃料电池汽车研发与量产，必将成为全球汽车工业领域的一场新革命。2

技术原理氢燃料电池将氢气送到燃料电池的阳极板（负极），经过催化剂（铂）的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子（质子）穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板（正极），而电子是不能通过质子交换膜的，只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极板供应氢，给阴极板供应空气，并及时把水（蒸气）带走，就可以不断地提供电能。燃料电池发出的电，经逆变器、控制器等装置，给电动机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动，就可使车辆在路上行驶。3

技术创新点氢燃料电池车辆相比传统燃油车具有以下技术优势。（1）能量转化率高与传统汽车相比，燃料电池车能量转化效率高达60%~80%，为内燃机的2~3倍。（2）节能环保性能优越燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳，也没有硫和微粒排出。因此，氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车。（3）燃料补充时间短氢燃料电池车加注氢气的过程非常快速便捷，专用的加氢设备仅需8~10min即可充满氢原料，相对于纯电动车超长的充电等待时间而言，其优势是显而易见的。（4）可再生相对柴油、汽油，氢能源最大的优势就是可再生。除了工业副产品制氢之外，还能通过煤制氢、利用谷电电解水制氢等，全生命周期的能源效率要优于汽油、柴油。4

技术应用情况氢燃料电池车辆加氢时间短，续驶里程长，适用于公路客运和公交客运。郑州公交现有氢燃料电池车辆23台，车型为宇通牌ZK6125FCEVG5，是宇通客车研发的第三代氢燃料电池公交车，加氢时间约为8~10min，加满氢后理论续驶里程为500km，比较贴合公交的实际运营需求。车辆目前全部在727路上运营，日均运营里程195km，百公里氢耗约为8kg（不开空调和暖风），距加氢站终点站约3km，加氢频率为1.5天/次，每次加氢量约为20kg，车辆的调度和运营方式和传统车辆相同，可以1：1替代传统车辆。（1）建立智能化的车辆管理平台郑州公交大力实施科技创新，着重应用现代信息技术、通过持续投入、持续推进、持续提升，建立了先进的智能化平台，实现了氢燃料电池车辆整车运行状态数据、故障诊断数据、公交运营数据、客流数据等数据的采集与处理，对整车的工作电流电压、燃料电池电堆工况、电动机状态、制动气压的实时动态监控和故障诊断自动化、智能化平台的应用提高了运营生产组织效率和管理水平，为氢燃料电池车辆高效、安全运营保驾护航。（2）建立规范化的管理制度①联合客车生产厂家成立氢燃料电池公交车示范运营保障小组，负责车辆运营过程中的信息收集、反馈与技术支持。②结合生产实际，目前正在制定《氢燃料电池公交车辆各级维护修理工艺规范》等制度。③突出结果评价，使氢燃料电池公交车辆的用、管、修三位一体，有机结合。5

效益分析5.1节能低碳效益据统计，常规12米柴油公交车平均百公里油耗约为42L，每台车每年平均运营5.5万千米，23台12米常规柴油公交车年消耗柴油量为53.13万升。按照12米氢燃料电池汽车能1：1替代12米常规柴油公交车，23台氢燃料电池汽车年可替代柴油量为53.13万升。与同型号常规柴油公交车相比（以12米车为例），氢燃料电池公交车辆每天可减少尾气排放量176.22kg，每年可减少尾气排放量63.02吨。5.2经济效益经统计，23台氢燃料电池车辆自投入运营以来，共运营41.8万千米，耗氢量为3.66万千克，百公里氢耗量为8.7kg，按照40元/kg计算车公里费用为3.5元。5.3社会效益氢燃料电池车辆采用无