2024年，氫燃料電池汽車行業步入快車道，車型及底盤的申報數量再創新高。工信部官網最新發布的第388批《道路機動車輛生產企業及產品公告》新產品公示名單中，共計收錄39款氫燃料電池車型或底盤，彰顯了行業的蓬勃發展態勢。

中汽協數據顯示，今年前三季度，氫燃料電池汽車銷量約4133輛，同比實現44%的顯著增長。氫燃料電池汽車在交通領域應用對于我國節能減排工作將起到重要作用。那么什么才是氫燃料電池汽車呢？它與燃油車和電動汽車又存在什么差異呢？

一 氫燃料電池汽車的定義

氫燃料電池汽車（簡稱HFCV）可以說是一種利用氫氣作為能源的新型環保汽車。它使用與電動汽車相同的電動機來驅動車輪，但它不是由一個大而重的動力電池供電，而是由一個燃料電池堆供電，在這個燃料電池堆中，純氫（H2）穿過一層膜，與空氣中的氧氣（O2）結合，產生轉動車輪的電力和水蒸氣。排放產物無污染，并且可再生，是目前公認的最清潔的新能源汽車之一。與傳統燃油汽車相比，氫燃料電池汽車具有零排放、高效率和長續航里程等優點。

二 氫燃料電池汽車工作原理

氫燃料電池汽車的核心部件是燃料電池堆，它由多個單體燃料電池組成。每個單體燃料電池包含陽極、陰極和電解質膜。在工作過程中，氫氣在陽極發生氧化反應，釋放出電子和質子。

（一）基本的化學反應原理

從反應本質看：氫燃料電池車的工作原理是基于氫氣和氧氣的化學反應來產生電能，其基本反應為2H2+O2→2H2O，這一反應是電解水的逆反應，氫氣和氧氣分別供給陽極和陰極。氫氣通過陽極向外擴散，與電解液反應后，釋放出電子，通過外載到達陰極。

陽極反應：2H2+2O2→2H2O+4e?，氫分子在陽極處發生反應，在催化劑（如鉑）的作用下，氫原子中的一個電子被分離出來，失去電子的氫離子（質子）穿過質子交換膜，到達燃料電池陰極板（正極），而電子只能經外部電路到達陰極板，從而在外電路中產生電流。

陰極反應：O2+4e?→2O2-，電子到達陰極板后，與氧原子和氫離子重新結合為水。由于供應給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，所以只要不斷地給陽極板供應氫，給陰極板供應空氣，并及時把水（蒸氣）帶走，就可以不斷地提供電能。

(二)在車輛中的能量轉換與驅動原理

發電過程:

氫氣被送到燃料電池的陽極板（負極），經過催化劑（鉑）的作用，氫原子中的電子被分離，氫離子穿過質子交換膜到達陰極板（正極），電子經外部電路到達陰極，這個過程產生電流。例如在一些質子交換膜燃料電池（PEMFC）中，這種反應高效地進行，PEMFC具有功率密度大、重量輕、體積小等優點，是車用燃料電池較理想的技術方案。

燃料電池發出的電，經逆變器、控制器等裝置，給電動機供電。這些裝置對電能進行處理，使其能夠滿足電動機的需求，例如將直流電轉換為適合電動機使用的電能形式。

車輛驅動：

電動機接收來自燃料電池經處理后的電能，將其轉換為機械能。電動機在氫燃料電動車中相當于傳統內燃機在燃油車中的角色，它具有更高的效率和更低的維護成本。與傳統燃油發動機不同，這個過程中沒有像COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物排放，也幾乎沒有噪音產生。

機械能經傳動系統、驅動橋等帶動車輪轉動，從而使車輛在路上行駛。

(三)氫燃料電池車中的其他相關原理

儲氫系統原理：

氫燃料汽車需要有儲氫系統來存儲氫氣，目前大多數氫燃料電動車采用高壓儲氫罐來存儲氫氣。這些儲氫罐通常能夠承受高達700巴的壓力，確保在有限的體積內存儲足夠的氫氣，以滿足車輛的行駛需求。當使用高壓儲氣瓶儲存氫氣時，要用低溫保溫裝置來保持低溫，因為這是一套復雜的系統。

動力控制原理：

動力控制單元是整個系統的“大腦”，它監控和調節燃料電池、儲氫系統、電動機以及其他輔助系統的工作狀態。例如動力控制系統包含DC/DC轉換器、DC/AC轉換器、DCL和空調控制器及空調壓縮機變頻器，以及電機冷卻系統控制器等部件，這些部件相互協作確保車輛在各種工況下都能保持最佳性能。

三 氫燃料電池車的優勢

（一）能源與環保相關優勢

降低對石油依賴：隨著全球石油資源的逐漸減少，尋找石油的替代能源變得至關重要。氫燃料電池車以氫氣為能源，氫氣來源廣泛，不依賴于石油，這有助于減少對傳統石油能源的依賴，提高能源的多樣性和供應安全性。

近零排放：在氫燃料電池車的工作過程中，氫氣和氧氣在燃料電池里發生反應，產生電能和水。其排放物主要為水蒸汽，幾乎不會排放如傳統燃油車的有害氣體（如一氧化碳、氮氧化物等），對環境十分友好，在應對氣候變化和改善空氣質量方面具有很大潛力。

（二）技術與成本相關優勢

發電效率高：氫燃料電池具有較高的能量轉換效率，能夠將氫氣的化學能高效地轉化為電能，從而為車輛提供動力。這一特性有助于提升汽車的行駛里程，相比傳統內燃機汽車，在能量利用效率上有明顯優勢。

成本降低潛力大：雖然目前氫燃料電池車的成本相對較高，但隨著技術的發展，如果能夠實現量產，其成本有望大幅降低。例如，近年的技術突破使得貴金屬（如鉑等）的使用明顯下降，并且貴金屬回收技術也趨于成熟，這有助于降低氫燃料電池的制造成本，進而降低整車成本。

（三）使用體驗相關優勢

加氫時間短：相較于純電動汽車充電時長較長（一般需要幾個小時才能充滿電）的情況，氫燃料電池汽車加氫補給的時間很短，基本與燃油車加汽油的時間幾乎相同。這大大提高了車輛的使用便利性，減少了等待時間，對于使用者來說更易于接受。

續航里程提升成本低：對于純電動汽車而言，要提高續航里程通常需要多增加鋰電池或者提高電池能量密度，這兩種方式都會帶來較高的成本。但氫燃料電池汽車增加續航里程只需增大儲氫罐即可，相對來說成本較低。

適應多種環境：在高海拔、高溫、高寒等多種環境下，氫燃料電池的性能更加穩定。例如已經投入使用的氫燃料電池公交車，在零下30的環境下能夠無輔熱快速啟動，續航里程可達300公里，這顯示出氫燃料電池車在復雜環境下的適應性優勢。

改善車內空氣質量：由于燃料電池非常敏感，氫能源車需要設置物理吸附、化學吸附等多道過濾裝置來保證進入燃料電池的空氣是干凈的。這使得氫能源車的前置空氣處理裝置不僅能夠吸附顆粒物，還會過濾掉空氣中的有害氣體，一定程度上可改善車內空氣質量，為乘客提供更健康舒適的乘車環境。

四 氫燃料電池車的缺點

（一）成本方面

制造成本高：氫燃料電池車的制造成本較高，其中一個重要原因是在氫燃料電池發電過程中會用到稀缺的金屬鉑作為催化劑，這種金屬價格昂貴，且大規模生產時，由于沒有規模化后成本減少的效應，需求越多反而越貴，這就導致制造成本居高不下。

使用成本高：制造驅動氫燃料電池車的氫氣燃料要消耗比普通電動汽車更多的能源，并且污染也可能是個較為嚴重的問題，這使得其使用成本較高。

（二）技術相關

啟動時間長且系統抗震能力待提高：氫燃料電池車存在啟動時間長的問題，并且系統的抗震能力還需要進一步提高。

獲取純氫燃料存在技術難點：經濟且無污染地獲取純氫燃料還存在技術難點。目前獲取氫氣的方法存在一些問題，例如電解水制取氫氣不太經濟，能量損失極大；甲烷轉化氫氣方面，蒸汽需要加熱到較高溫度且會產生少量二氧化碳，并且甲烷基礎設施的泄露情況可能比想象的更糟糕。

技術門檻高：氫燃料電池技術門檻高，許多國家在這一領域需要大量的投入才可能有實質性的進展。例如我國在氫燃料電池技術方面，一直還沒有什么實質性的進展，還需要大力投入才會有收獲。

（三）燃料相關

氫氣來源有限：地球空氣中含有的氫氣并不多，雖然可以通過電解水獲得氫氣，但這一方法耗費電能，在現今并不是一個很經濟的方式，不過如果產業規模化，成本或許會下降，但目前來說氫氣來源仍然是一個問題。

氫氣安全性受質疑：雖然種種研究表明氫氣的安全系數比汽油高，但很多人認為氫氣瓶就像一個氫彈，氫氣的安全性還是會被大眾質疑，這對氫燃料的推廣造成一定阻礙。

（四）配套設施方面

燃料供應輔助設備復雜：在以甲醇或者汽油為燃料的氫燃料電池車（FCEV）中，經重整器出來的“粗氫氣”含有使催化劑“中毒”失效的少量有害氣體，必須采用相應的凈化裝置進行處理，這增加了結構和工藝的復雜性，并使系統變得笨重。

加氫站等基礎設施缺乏：加氫站等基礎網絡設施建設幾乎為零，目前全球范圍內投入使用的加氫站僅有100多家，且大部分是用于實驗用途的。早期基礎設施推廣阻力大，反過來造成燃料電池汽車銷量難以擴大，這是氫燃料電池車發展的一個很大的硬傷。

五 氫燃料電池車出貨量情況

終端上牌數據顯示，2023年全年氫燃料電池汽車累計實銷7760輛，同比2022年的5009輛增長55%，刷新了有史以來的年度銷量記錄。

數據來源：中國汽車工業協會

2023年出貨的燃料電池汽車整車企業約43家。Top10車企總銷量5423輛，占總銷量的70.9%，Top5車企占比46.4%。前五名依次為宇通氫車銷量1122輛，市占率為14.7%；佛山飛馳775輛，占比10.1%；北汽福田650輛，占比8.5%；一汽集團519輛，占比6.8%；東風汽車489輛，占比6.4%。

六 氫燃料電池車企業

  宇通客車：  

宇通作為國內最早一批開展氫燃料客車研發生產的企業，針對氫燃料的技術特性，精準切入應用場景，目前已推出包括客車、公交、環衛、重卡、輕卡等車型在內的全系氫燃料商用車產品。通過落地項目，成功驗證“城市公交、客運團體、市政環衛、冷鏈物流、渣土攪拌、重型牽引”的氫燃料應用場景。

  飛馳科技  ：

公司重點深耕燃料電池汽車領域，始終致力于推廣和普及燃料電池汽車，研究燃料電池汽車動力系統構型、燃料電池發動機、電驅動動力總成和面向多能源系統的域控制器，突破氫能高效安全利用、高環境適應性等關鍵技術，開發高性能燃料電池動力系統共性技術平臺，實現多車型推廣應用；整合優質資源，與燃料電池汽車產業上下游企業合作共建氫能產業生態和閉環商業應用，共同構建可持續發展的綠色出行解決方案；積極探索燃料電池汽車應用場景，發掘具備高增長潛力燃料汽車細分市場。

  福田汽車 ：

早在2003年，福田汽車就投入新能源領域研發，2006年已搶先布局氫能源領域，完成國內首個燃料電池客車及卡車公告，獲得多項國內乃至全球第一。經過二十年潛心研發，福田汽車目前已成熟掌握氫能源商用車技術，產品覆蓋客車、物流、冷鏈、環衛、自卸、牽引等全系列車型，并在全國多地投用。

  一汽解放 ：

一汽解放早在2021年9月就發布了——15333新能源戰略，即藍途行動，圍繞純電、混動、氫能三條技術路線，加快向綠色低碳轉型升級，尤其圍繞氫能源汽車領域，在氫燃料電池發動機、氫內燃機、儲氫系統等關鍵核心技術上實現了重大突破。解放氫能源車的發布，開啟了公司ALL in新能源戰略的又一篇章。接下來，公司將不斷拓展氫能應用場景，完善氫能生態布局，在氫能產業規模化、市場化和多能互補方面持續發力，助力氫能產業快速發展。

  東風汽車 ：

作為中國汽車工業的領軍者，東風汽車始終堅持以技術創新為核心驅動力，不斷探索可持續發展的新路徑。在2024東風汽車品牌秋季發布會暨第九屆科技創新周上，東風汽車驚艷亮相了了一系列新能源與智能化創新技術，現場實物展品更是令人目不暇接。其中，東風輕型車為我們帶來了一款智慧氫能輕卡，主打城市內的冷鏈配送工況。智慧氫能輕卡是東風股份首款基于氫燃料平臺打造的4.5T輕卡。顧名思義，氫燃料平臺僅兼容氫燃料這一種驅動形式，專一度更高，并針對氫燃料車型工況進行了優化。

  上汽集團  ：

早在2017年，上汽大通就推出上汽大通MAXUS FCV80——這是中國首款商業化運營燃料電池寬體輕客、國內第一款運用全新準入標準的燃料電池輕客車型，也是國際首款燃料電池輕客車型。這意味著，上汽大通率先完成氫能源汽車商業化，實現了全國首批氫能源汽車規模化運營。目前該車型總運營里程超過550萬公里。

  廈門金龍 ：

廈門金龍已實現氫燃料關鍵核心技術持續突破，氫能源商用車產品布局不斷完善，并構建了氫能源商用車的大規模商業交付能力，將有力保障“神木模式”下大規模氫能源商用車訂單的如期高質量交付。

素材來源：汽車工坊、電動之家等