- 氢燃料电池新能源汽车原理
- 氢能源汽车加什么燃料？
- 氢燃料电池新能源汽车原理解析
- “只烧水不费电”，丰田Mirai氢能源车2022国内上市
- 你知道氢燃料汽车是如何制造的吗？原理及制造过程你知道多少呢？
- 什么是氢能汽车？
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***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/**）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。
氢燃料电池新能源汽车原理
当前，“电动化”大潮下，电动车逐渐替代传统燃油车的趋势已越来越明显。不过，如果你跟周边朋友闲聊时，你会发现其实有很多人还是对电动车抱着一个“你买我推荐，但你让我买我不会买”的心态。原因主要有几个：1.里程焦虑，即便目前续航里程可达500km的电动车，依旧让许多用户不自觉的会焦虑，不太敢跑长途；2.充电焦虑，虽然充电桩的数量和密度在不断增加，厂家也在加快充电速度，但终究没有燃油车那般稳妥；3.技术焦虑，新闻频发的自燃，也让用户担心起电动车的质量和安全。
然而，在不久的将来，我们能选择的还是会像现在一样，只是燃油车or电动车吗？那倒也不一定。
新能源汽车另一组军队已暗中磨刀/悄然布局，它就是氢燃料电池车（PCEV）。
先给大家普及一下氢燃料电池汽车的工作原理，它是以氢气作为能源的汽车，与目前的增程式混动车类似，利用氢气与氧气发生的化学反应来产生电力，并将电力储存在锂离子电池中，最后通过电动机来输出动力。氢燃料电池汽车对用户而言最大的优势在于：“充气”几分钟，续航几百公里...那目前有哪些让我们看到希望的氢燃料电池汽车呢？
丰田Mirai
说起氢燃料电池车先驱，那就是“混动一哥”丰田了。早于1992年，丰田就已经开始研究PCEV技术，在2014年推出了世界首款量产氢能源车?MIRAI。在日本售价723.6万日元（折合人民币47.3万元）。根据销量数据显示，截止今年9月份，第一代在Mirai全球售出11154辆。
目前，有消息称第二代Mirai已开始路测，最早12月进入量产。新一代车型NEDC标准里程将超过800km。实现这个续航，你只需要充氢3-5分钟即可完成。
外观方面，新车用了丰田最新的家族式设计，比如大嘴进气格栅、溜背的车身造型。它基于后驱平台打造，车长达到43mm，轴距达到2918mm，差不多是亚洲龙的尺寸。内饰则借鉴了雷克萨斯的设计理念，两块大屏用了贯穿式设计，科技氛围十足。
全新Mirai目前所知资料不多，先看看现款车型吧。目前在售的车型最大输出功率为113kW，峰值扭矩为335Nm，到时候推出功率更大的动力版本并不是没可能。还有一个更有意思的是，它还设有排水功能，据说从Mirai排放出来的水还可以直接喝，这是带了一只“骆驼”出门的感觉呀！未来如若引进国内，你是否会买呢？
宝马i?Hydrogen?NEXT
i?Hydrogen?NEXT也是宝马首款氢燃料电池车，它是基于宝马X5打造，并加入了运动套件，所以外观看起来非常动感。值得一提的是，新车搭载了与丰田合作开发的氢燃料电池系统。其燃料电动系统最大功率125kW，驱动系统综合最大功率275kW，并搭载两个700bar储氢罐，可容纳6kg的氢，充满氢同样只需要3-4分钟。
根据规划，宝马2022年将i?Hydrogen?NEXT作为氢燃料汽车的试点车型进行小规模量产，最早在2025年将量产车型推向市场。
现代NEXO
在韩国，现代也开发了一款氢燃料电池车--NEXO，它的售价折合人民币约为21万，2020年至今销量已超1万台。
NEXO定位为紧凑型SUV，外观内饰看上去都与传统燃油车比较相似，没有很科技感。注重说下它的机械系统，NEXO使用了最大功率163Ps，峰值扭矩为395N·m的永磁同步电机，配合三个储氢罐，拥有超过800km的续航里程，实现充满氢为5分钟，堪比给汽车加油了。更厉害的是，NEXO整套氢燃料电池系统经过多项严苛测试，可以满足16万公里/10年的耐久性。
可能很多人会好奇氢燃料电池车的养车成本，去年有媒体在韩国试驾过NEXO。在当地，70Mpa.加氢机（乘用车）的售价是75/kg，6kg的储氢量，所以约每公里不到0.6元，还是省钱的。根据，2021年起，现代将会以进口方式向中国市场引进NEXO?氢燃料电池车，可以期待一下。
上汽MAXUS?EUNIQ?7
当然，国内研发也并没有落下。今年，上汽集团氢战略发布会上就亮相了MAXUS?EUNIQ?7，它是全球首款氢燃料电池MPV车型，其用130kW燃料电池与70Mpa储氢系统，综合NEDC续航里程605km，能在5分钟内完成加氢，可实现零下30度的车辆冷启动。另外，它所配备的电池组除了能增加车辆续航里程，还能对外放电用于给一些家用电器补能。
与众多7座MPV一样，EUNIQ?7的第二排拥有两张独立座椅，除了配有固定扶手，还有伸缩脚托、大面积天窗增加乘坐舒适性。
写在最后
相信很多人看完会问我：氢从何而来？
除了工业副产品产生的氢以外，利用太阳能、风能、污水污泥都能制作氢气，甚至一头牛的牛粪就能够满足一台丰田MIRAI所需要的氢气。所以，氢燃料电池车确实是足够环保的，对节能减排有一个很好的作用，另外在续航、能耗、补给效率中，相比纯电动车也是更有优势的。
不过目前来看，氢燃料电池车距离全面普及还有很长一段路要走，但相信未来也是一个大趋势。
最后问题来了，你会选择燃油车、电动车，还是氢燃料电池车呢？留言探讨下吧！
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。
氢能源汽车加什么燃料？
氢燃料电池新能源汽车原理
什么是氢燃料电池
燃料电池是一种能量转化装置，它将燃料的电化学能转化成电能。它类似于电池一样也是电化学发电装置，因此被称为燃料电池。对应的用氢气作为燃料的燃料电池就是氢燃料电池。它可以理解为水电解成氢气和氧气的逆反应。因此反应过程既清洁，又高效。因为它不受传统发动机用卡诺循环42%左右的热效率限制，氢燃料电池的效率可轻松达到60%以上。
氢燃料电池并不像火箭那样通过氢气和氧气燃烧的剧烈反应产生动能，而是通过催化装置将氢气中的吉布斯自由能释放出来。打个比方，石墨和钻石都是碳的存在形势。但是形成钻石需要高温和高压。因此这种形态转化就代表不同的吉布斯自由能。
氢燃料电池工作原理
氢燃料电池工作原理是氢气通过燃料电池的正极当中的催化剂（铂）分解成电子和氢离子（质子）。其中质子通过质子交换膜（Proton Exchange Membrane）到达负极和氧气反应变成水和热量。对应的电子则从正极通过外电路流向负极产生电能。
什么是氢燃料电池的技术关键
对于氢燃料电池的商用来说，最大的挑战之一就是成本控制。燃料电池汽车目前的成本是普通汽车的5倍左右。其核心部件被称为质子交换膜。它能够将氢气中的电子分离成为质子，进而从正极交换至负极和氧气进行反应产生水和热。相应的，质子交换膜的核心就是催化剂铂。而铂是一种贵金属，也就是通常婚戒的材料铂金。为了推动大规模商用，一方面必须减少催化剂的用量，另一方面是寻求低成本的替代材料。
氢燃料电池汽车的系统组成
谈到氢燃料电池汽车，目前主流用的是质子交换膜燃料电池（PEMFC）技术。其系统组成通常为燃料电池堆、氢气储罐、动力电池、燃料电池直流升压转换器、动力控制单元和动力电机组成。目前领先的燃料电池堆的功率密度可达3.1kW/L，最大输出功率可达114kW。由于每个燃料电池单体输出电压只有0.6~0.7V，因此需要配合直流升压转换器和动力电池使用。从而让电压可以适配650V高压，驱动动力电机。同时类似动力电池需要电池管理系统BMS，燃料电池也需要精密的监控管理系统FCMS，通过放电状态快速调整反应相关参数。为了储存氢气，一般用70MPa高压液氢储罐。
氢燃料电池新能源汽车原理解析
氢能源汽车加氢气燃料。氢气不仅是重要的工业原料和还原剂，也是燃料电池的必要燃料。随着燃料电池的推广和普及，燃料电池汽车进入成熟市场，氢的消耗量也会以惊人的速度增加。目前工业制氢主要是用化石燃料制取氢气，从化工副产物中提取氢气，用用来自生物的甲醇甲烷制取氢气，利用太阳能、风能等自然能量进行水的电解。
氢燃料汽车原理：
众所周知，氢分子通过燃烧与氧分子结合产生热能和水。氢燃料电池通过液态氢与空气中的氧结合而发电，根据此原理而制成的氢燃料电池可以发电用来推动汽车，提供家庭或工业用电或作为手机电池。一原理说起来很简单，但具体分析的话就会发现，其实提炼氢燃料的过程非常复杂，而且能耗也非常高。
氢内燃车和氢燃料电池车不同。氢内燃车是传统汽油内燃机车的带小量改动的版本。氢内燃直接燃烧氢，不使用其他燃料或产生水蒸气排出。这些车的问题是氢燃料很快耗尽。载满氢气的油缸只能行驶数英里，很快便没能量。
“只烧水不费电”，丰田Mirai氢能源车2022国内上市
燃料电池是一类能量转化装置，能够把燃料的电化学能转化为电能，因为其和电池显示，是电化学发电装置，所以称作燃料电池。用氢气为燃料的燃料电池即为氢燃料电池。氢燃料电池能够理解为水电解成氢气以及氧气的反应。氢燃料电池的反应过程既清洁，又高效。氢燃料电池不受传统汽车发动机用卡诺循环42%上下的热效率限制，效率能够达到超过六成。
氢燃料电池不像火箭，通过氢气以及氧气燃烧的剧烈反应产生动能，通过催化装置把氢气中的吉布斯自由能释放。吉布斯自由能是涉及熵以及孚等理论的电化学能。氢燃料电池的工作原理是，氢气通过电池的正极里面的催化剂（铂）分解成氢离子（也就是质子）以及电子。其中氢离子通过质子交换膜，到达负极以及氧气反应变成水以及热量，对应的电子从正极通过外电路流向负极产生电能。
氢燃料电池汽车，现在主要用的是质子交换膜燃料电池技术。氢燃料电池汽车的系统组成通常涵盖燃料电池堆以及氢气储罐，还有汽车动力电池和燃料电池直流升压转换器，动力控制单元、动力电机。现在技术领先的燃料电池堆的功率密度在3.0kW/L，所以需要配合直流升压转换器以及汽车动力电池使用。进而让电压能够适配650伏的高压，驱动汽车动力电机。与此同时，和汽车动力电池需要电池管理系统BMS相似，燃料电池也需要精密的监控管理系统FCMS，通过放电状态快速调整反应有关的参数数值。为存储氢气，通常用70Mpa高压液氢储罐
你知道氢燃料汽车是如何制造的吗？原理及制造过程你知道多少呢？
作为新能源的领军品牌，丰田从早期的混动普锐斯，到现在全线阵容的纯电动化战略，一直都在不断的突破创新。对于丰田来说，他们的新能源之路不单单只是纯电、混动，近期丰田又开始把目标转移到了氢能源车型上。
氢能源是目前国际上比较主流的新能源形式，也就是通常说的氢燃料电池。通过氢气和空气中的氧气在反应堆中反应发电，反应生成物只有对环境无害的水。所以，氢能也被认为是更加理想的替代能源，如果能够真的实现普及的化，它的环保效益要比电动更加明显。
其实丰田早在1992年就开始致力于氢燃料电池的研究，但由于技术难点难以攻克和氢能源基础设施建设迟滞等问题。2014年，第一代?Mirai才在日本正式上市。六年后，Mirai也迎来了第二代车型，该车已在此前的广州车展与中国得消费者见面了，据扉旅汽车小编了解该车将于2022年有望在国内上市。
外观方面，丰田第二代Mirai没有延续初代车型的造型设计，它基于丰田模块化TNGA-L平台打造而来的，除了在外观上得到了显著改善，还将电池堆从机舱下方移动到前舱，为后座乘客提供了更大的腿部空间。
外观造型更加有轿跑的风格。前脸部分大面积的梯形格栅搭配钢琴漆的饰条，整体还是非常具有运动感和辨识度。而在两侧的大灯上，则是用了分体式的设计，为该车增添了几分个性。
车身尺寸方面，新车比上一代车型有所增加，车身长宽高分别为45×1885×1470mm，轴距达到2920mm。相比上一代丰田Mirai，车身加长85mm、轴距加长140mm，这个数据整体已经超越了凯美瑞，达到了亚洲龙的尺寸。
在车内为了避免新能源车型的空间问题，新车还基于新平台下对乘坐空间作出了优化。新车的储气箱以T形布置，最长的纵向和中央位置位于车辆地板下方，两个较小的气箱横向设置在后排座椅和行李箱下方，两者共可容纳5.6千克氢气，相比现在的4.6千克有所提升。
第二代丰田Mirai的氢能工作原理是通过电解水制氢，再把氢气加入车内发生化学反应驱动电机为车提供动力。所以在丰田Mirai上取消掉了传统的内燃机和大面积的油箱部件，只剩下了动力电池和电机，动力控制单元以及燃料电池堆栈器，还有储氢罐等主要核心部件。
全车主要核心部件燃料电池堆栈器，在加氢站加入5公斤的氢气到车辆的储氢罐，仅需只需3分钟过程，然后，吸入氧气与氢气在燃料电池堆栈器内进行化学反应燃烧，提供为车辆提供动能。
第二代的丰田Mirai，在续航里程的表现上更为突出，比起上一代的最大里程500公里，根据原厂数据，新一代的Mirai将拥有650公里的最大里程，增量30%相当惊人，这样的里程表现，甚至超出特斯拉?Model?S等电动车的最大里程，也有着更好的表现。
和纯电车款相比，氢燃料车在近几年确实较为销声匿迹，而丰田通过新款的Mirai，为大家固化的“充电”思想启发了灵感。另外氢燃料车最大的优势，就是和燃油车拥有相似的燃料补给方式，并且补给迅速，相信未来的新能源车领域丰田能够给出大家一个满意的答卷。
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。
什么是氢能汽车？
我们都知道火箭用的燃料一般是指氢和氧，如果把液态氢氧混合，然后再点火，结果一定会非常壮观。那么你觉得这种爆炸性的组合能用在一般的汽车上吗？氢是宇宙中最丰富的元素，陆地上、海洋里、空气中都有氢元素，无论我们走到哪里都能接触到氢，虽然氢大量的存在，但是想要抓住却非常的困难。
第一、工厂是从甲烷中抽取的氢气，为了获取氢气，他们铺设了好几百公里的管线。通往俄罗斯的天然气天甲烷在经过漫长旅程之后会被进行加热，在850摄氏度的水蒸汽与甲烷相互作用下，产生氢气、一氧化碳与二氧化碳，然后用分子过滤器过滤掉二氧化碳后留下99.99%的纯氢气，接着再以零下250摄氏度将氢冷却并运往氢能源汽车工厂，这里是德国的通用汽车实验室，科学家正在研发氢燃料电池，这些看起来或许不齐，但是你绝对想不到这块橡胶垫会成为未来的新能源火箭燃烧氢和氧会产生强劲的爆破热情，这很适合冲入太空，但是不适合开出去。
第二、燃料电池并不会燃烧氢气，而是利用氢气来产生电力，将氢气和氧气分别从电池的两端注入，氢气被分解为带电的离子状态，氢离子想要靠近氧气，但是燃料电池不会轻易让他们靠近，反而迫使氢离子经过电极板才能碰到另一端的，他们会在燃料电池里移动而形成电流。这个过程唯一的副产品就是水，实现了真正的零污染排放。由于每个燃料电池只能产生0.7伏特的电力，所以科学家把几百张燃料电池叠在一起，这样就能产生足够的电力来带动两吨重的汽车，并且行驶时速可以达到160公里。他们在这项技术上投资已经超过了10亿欧元，而且还在一直砸钱。
第三、工厂给汽车装好氢燃料电之后，就要把装满氢气的燃料箱装到车上，为了避免砌体外漏而发生爆炸。燃料箱是用坚固的碳纤维复合材料做成的，安装好燃料箱后，这辆氢能源汽车就可以上路了。目前的汽油价格水涨船高，或许等氢能源汽车真正普及之后才会有所改善。
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。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。
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