氢能源汽车和燃料电池，一篇文章让你清楚了解整个产业链！
新能源汽车，最近我想大家并不陌生。这个称呼无论是在汽车领域还是股市都是热门话题，受很多厂家和投资者追捧。
新能源汽车说的直白一些就是不是采用常规燃料（汽油和柴油）作为动力来源的汽车，一般可以分为四大类：混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV）、燃料电池电动汽车（FCEV）和其它新能源汽车。
在这四大类新能源汽车里面，近几年比较流行的就是混合动力汽车和纯电动汽车，这些家用车都已经在路面上随处可见了。但是燃料电池汽车目前国内并没有量产的家用车，只是一些商用车在使用，而我们口中的燃料电池汽车也就是常说的氢能源汽车。
今天的这篇文章我们就来讲讲燃料电池和氢能源汽车，为何这种新能源汽车现实中还没有普及。
一、什么是燃料电池
燃料电池就是通过化学反应，将燃料或氧化剂中的化学能转化为电能的装置。我们所说的燃料电池一般就是指氢燃料电池。
氢气作为燃料电池其实历史已经很久了，在200年前，其实就有了，但是因为安全性和能量密度较低，氢气作为内燃机燃料并没有表现出优越性。但是，在如今的燃料电池技术中，氢气并不直接燃烧，而是和氧气反应转化为电能。
燃料电池主要由三部分组成：电极、电解液和外部电路。氢气首先进入燃料电池的正极，然后氢气与覆盖在正极上面的催化剂反应，释放电子形成带正电荷的氢离子，氢离子穿过电解液到达负极。然而，电子不能通过电解液，电子只能流入电路，形成电流，产生电能。在负极催化剂使氢离子与空气中的氧结合成水，水是燃料电池中唯一产生的副产品，这就是所谓的清洁能源。
燃料电池根据电解液的不同可以分为以下五种类型：
这五种类型里，汽车领域应用较多的就是质子交换膜燃料电池，它的电解液是质子交换膜，运行温度是50-100摄氏度，电极采用的催化剂是铂金。
了解了燃料电池以及它的工作原理以后，我们还需要搞清楚这个氢气究竟是如何产生的，制氢的方法有哪些？
二、常见的氢气制造方法
今天，氢可以通过多种能源和技术来生产。如今，全球每年的纯氢产量约7000万吨，其中仅有少于1万吨的氢气用于燃料电池汽车，可想而知，这部分未来有很大的发展空间巨大。
从上表中我们可以看到，当今全球氢生产原料以化石燃料为主，占全球氢产量的96%。48%的氢产自天然气，30%的氢产自烃类/原油产品，18%的氢产自煤炭，仅有4%的氢产自电解水。
中国是世界上最大的制氢国，2017年的制氢量有1900万吨，62%左右的制氢主要来自煤炭和焦炉生产，因为中国传统上非常依赖煤炭生产能源。然而，随着中国在全国范围内全面转向绿色、可再生能源，这种情况正在改变。在中长期规划中，可再生资源作为氢气制取的来源将发挥越来越重要的作用。根据中国氢联盟的数据，到2050年，大约70%的氢将由可再生能源生产。
1、煤炭生产氢气
煤炭产生氢气的方法在国内比较常用，它是通过“煤气化”的方式，由煤与高温蒸汽和氧气在加压的气化炉中反应生成合成气，并转化为气体成分。
这种氢气的制造方式操作成本低，原材料比较便宜。缺点就是在产生的过程中会伴有二氧化碳的产生，富含杂质，需要净化。
2、天然气生产氢气
天然气产生氢气的方法是目前最成熟、最普遍的方式，美国95%的氢气都是通过天然气进行生产的。
这种方法叫做天然气蒸汽重整，通过天然气与高温蒸汽反应生成合成气，即氢气和一氧化碳的混合物。一氧化碳与水发生反应产生更多的氢。
这种氢气的制造方式操作成本低，原材料比较便宜。缺点就是在产生的过程中会伴有二氧化碳和一氧化碳的产生。
3、电解水产生氢气
我们初中化学的时候都学过电解水可以产生氢气和氧气，但这个运行的前提就是要有足够的电，这个电究竟从哪里来？
这个电可以利用电网内的电力、风能/太阳能发电、光解和生物电解，其中风能和太阳能发电是未来将广泛采用的制氢方式。
根据生产方式和排放物的不同，产生的氢气命名也不同，我们一起来看看：
天然气、煤炭和新能源这是最常见的三种制氢方法，天然气制氢产生的氢气叫灰氢和蓝氢，煤炭制氢产生的氢气叫棕氢和蓝氢。由于天然气和煤炭在制氢的过程中会产生二氧化碳，二氧化碳被捕捉掉的氢气称之为蓝氢。新能源通过电解水的方式产生的氢气，这里的排放物仅有水，这种氢气是最干净、最环保的，被称之为绿氢。通过氢气的四种称呼和制氢方法，未来的制氢手段多会应用于电解水来获取。
三、氢气的运输和储存
燃料电池汽车目前还未普及很大一个难题就是氢气的运输和储存问题。燃料电池内的氢气是通过加氢站进行加注的，而加氢站的氢气是需要从制氢地运输到加氢站。
氢气运输的方式和成本与氢气的生产地点密切相关，可分为集中式式生产、半集中式生产和分散式生产。
集中式生产是指在大型的中央氢气生产厂生产，然后运输到最终加氢站，而分散式生产是指在加氢设施附近进行生产。半集中式生产是指在距离使用点很近（40-161公里）的中型制氢设备（5,000-50,000公斤/天）进行生产。这些设施不仅可以提供一定程度的规模经济，而且可以最大限度地降低氢运输成本和基础设施。
由于氢气在中国仍属于危险化学品类别，目前中国还没有分散式制氢。
氢气的运输可以以氢气的物理状态来决定，气态氢、液态氢和固态氢三种，不同的国家采用不同状态的氢进行运输。
1、压缩的气态氢一般是通过卡车或长管拖车或者管道输送
2、液态氢通常由卡车或其他运输方式运输，如铁路或驳船。液体氢在长途运输中经常使用，因为它比气态氢运输方式更具经济性
3、固态氢主要是在特定的容器中输送，但目前各地区仍处于不同的发展阶段，需要更多的技术改进才能形成大规模采用。
目前，通过长管拖车运输液态或气态氢和通过管道运输气态氢是三种主要的运输氢气的方法。在美国和日本氢气一般是以液态的方式运输，在中国氢气一般是以气态的方式运输。
四、燃料电池汽车
我们先来看看燃料电池汽车和其它汽车的主要区别，其实主要在于动力系统。其它的零件基本都比较相似，没有什么不同的。
燃料电动车和纯电动车都是由电动机来进行驱动，传统汽车是由内燃机来进行驱动。燃料电池车和纯电动汽车的主要区别在于电的来源。与燃料电池车不同的是纯电动汽车的全部能量来自其电池组，电池组在充电站进行外部充电。
燃料电池车由四大基本模块组成：动力系统、底盘、汽车电子和车身。动力系统是通过燃料电池系统和电动机为汽车提供动力。这种能量来源于氢气，氢气被存储在氢气罐中。燃料电池堆将这些能量转化成电能，并由电池作为辅助一同驱动电动机。
上图就是燃料电池车的运行原理。
在国内燃料电池车主要是商用车和卡车，乘用车基本还未上市。国内的燃料电池车制造厂商主要有福田欧辉客车、宇通客车、青年汽车、中通客车、上汽大通、飞驰客车、东风客车、中国重汽等。
上面讲解的都是氢燃料电池车的理论部分，接下来我们来看看实际的燃料电池车跟传统的车辆有何不同？
我们先来看看广汽氢燃料电池汽车动力系统平台，在上图上我们可以看到车辆的前部（传统车辆发动机和变速箱的位置）布置有驱动电机和燃料电池系统，驱动电机主要是用来驱动车辆行驶，燃料电池系统是将氢气转化为电能的装置。在车辆的中部布置这动力电池系统，这块动力电池可不小，甚至可以赶上纯电动汽车的动力电池大小，它可以直接驱动电机或者和动力电池堆一起驱动电机。车辆的后部布置了两个储氢罐，用来储存氢气的。
通过这种布局，你可以看到车辆的后部空间基本被储氢罐所占据，后备箱的空间会非常有限，这个有点像跑气的出租车，它把加气罐放在后备箱内部。
这个系统动力图可能会更形象一些，储氢系统会给燃料电池堆提供氢气，燃料电池堆产生电能，电能通过升压系统为动力电池进行充电，最后由动力电池驱动电机让车辆行驶。氢燃料电池车最终的排放物仅有水，这是典型的清洁能源。
这就是广汽氢能源汽车的前部，下部是驱动电机，驱动电机的上部是燃料电池堆，外部还有一些附件，比如空气滤清器、去离子罐、高压水泵、节温器、空压机、水分分离器、供氢系统等。
驱动电机和燃料电池堆采用上下布局，前部这套装置的高度可不低，这要比传统发动机的高度高一些，未来氢能源汽车会不会比普通的汽车的底盘都要高一些呢？这套系统似乎更适合SUV车辆。
中部和后部我们一起来看看，中部就跟纯电动车布置的动力电池位置一致，后部可以看到有两个黑色的储氢罐，两个储氢罐的布置采用一高一低的布置，低的储氢罐是因为靠近后排座椅位置，高的储氢罐是在后部底盘悬架和支架的上面，高出的一部分必然会导致后备箱的空间变小。
我们接下来再来看看上汽的氢能源汽车：
上汽的氢能源布局跟广汽的完全不同，上汽的氢能源汽车前部是燃料电池系统，系统额定功率83.5KW，电堆峰值功率130KW。中部是储氢系统，有三个储氢罐，储氢量可达6.4KG。后部是三合一电驱系统，峰值功率150KW。
上汽的氢能源汽车布局跟广汽有很大的区别，它采用燃料电池和驱动电机分开布置，这样可以更好的给后部提供储存空间，中部的氢气罐布置是必会比动力电池的高度要高很多，车内的乘坐空间是否会受到影响，这一点要看它是把整个底盘高度提升还是牺牲室内空间，实车出来我们便会知道。从上图中你可以看到，它的动力电池没有布置在中间位置，可能跟燃料电池布置在头部，但尺寸肯定不如广汽的动力电池，两家的设计侧重性并不相同。
这是上汽氢能源汽车的前部电池的位置，它的固定是采用前后固定的方式，它的前部是一个大块的面板，如果前部一旦发生碰撞，那前部损伤的的几率会非常严重，这要看它前部如何进行加固，或者整体位置是否靠后一些，预留出一定的变形空间。
中部三个储氢罐非常显眼，高度问题还是非常值得关注，会不会导致室内空间变小的问题。
我想看完今天的文章，你应该对氢能能源汽车有了一定的了解，目前国内的氢能源家用车有成品，但均为量产。配套的设施也都还未齐全，国内目前的加氢站并不多，在你的城市可否配有加氢站，想要氢能源汽车量产化，那必然要解决氢气的运输/储存和加氢的问题。