“氢”装上阵｜各大车企加速布局迎氢能“风口”

红网时刻新闻4月21日讯（记者 龙真）加氢3分钟，续航600公里……近年来，作为新能源汽车的主要技术路径之一，“氢能汽车”正带给人们无穷的想象空间。

而在今年北京冬奥会期间，在延庆和张家口赛区，千余辆氢能大巴穿梭在赛场之间，让氢能汽车再次走到聚光灯下。

那么，氢能汽车的工作原理是什么？它与燃油车、电动车又有什么不同呢？

什么是氢能汽车

首先我们要了解什么是氢能汽车，氢能汽车是以氢作为能源的汽车。一般的汽车是以内燃机燃烧柴油或汽油产生的推力作为动力源，而氢能汽车包括氢内燃机汽车和氢燃料电池车，其中前者的动力来源为氢气在内燃机中燃烧产生的能源、后者则使氢或含氢物质与空气中的氧在燃料电池中反应产生电力推动电动机，由电动机推动车辆。

氢能汽车的种类

氢能汽车主要分为两大类，氢内燃机和氢燃料电池技术。

氢内燃机

氢燃料电池技术

氢内燃机汽车的工作原理

氢气发动机的原理与燃油内燃机相同，是一种通过燃烧释放反应气体的化学能，通过气体膨胀做功的动力设备。

氢气内燃机其实并不是什么新鲜的概念，它的起步很早，可以追溯到19世纪中期。1841年，英国颁发了第一个用氢气氧气混合气工作的发动机的专利。

在所有的汽车品牌中，坚持研发氢内燃机技术的要当属宝马。1978年宝马就开始研究氢燃料动力，他们在1996年的世界氢能会议上展示了一款氢气内燃机汽车，随后在2000年德国汉诺威世博会上展示了用自家旗舰7系改造的750HL示范运营车队。

2007年，宝马推出了迄今为止氢内燃机汽车最接近量产的产品——Hydrogen 7。但最终结果我们也看到了，宝马现在将精力转到氢燃料电池方向。

以氢燃料为动力的宝马7系

而且氢内燃机有个弊端，那就是氢气在发动机内燃烧，虽然会生成水，但是也会和吸入的空气，在高温下产生一定的NOx。而且由于氢内燃机的温度更高，NOx的排放问题比起传统内燃机更加严峻。

氢燃料电池汽车的工作原理

氢燃料电池技术是目前各大车企的主流方向，工作原理就是将氢送到燃料电池的阳极，在催化剂的作用下，一个氢原子被分解成2个氢离子和2个电子，氢离子穿过质子交换膜，与氧气结合生成水，电子无法穿过交换膜，只能经过外部电路，被迫产生电流。

理论上来说，只要不断地给阳极输送氢气，给阴极输送氧气，就可以持续地产生电能。

氢转换成电能的工作原理

氢燃料电池很好地避免氢内燃的缺点，比如化学反应不需要高温，所以能量交换后的产物只有水，能量密度更高，能量转换效率要比氢内燃机高很多。

氢燃料电池车的动力系统主要由高压氢气储罐、动力电池、燃料电池电堆、燃料电池升压器和驱动电等几部分构成。

氢燃料电池车的动力系统主要组成部分

其中，燃料电池电堆是氢燃料电池车最核心部件，为电动发动机供电；高压氢气储罐则提供燃料，动力电池组提供而外的功率，让车加速、爬坡和高速运行。此外，在车辆滑行时，能量控制单元将驱动电机变为发电机，从而将部分汽车动能变为电能给动力电池充电。

氢燃料电池汽车的工作原理

相比于普通汽车，氢燃料电池车的排放只有纯净的水，且只需要少量氢气（2.5公斤）即可续航400公里左右，燃料的成本要大大低于汽油、柴油等内燃机燃料。

而相比于纯电动汽车，氢燃料电池车以PEMFC电池堆替代锂电池，作为电动发动机的能量来源，使得汽车拥有了更远的续航里程；同时，充能（充气）时间从电动车的1-2小时变为了氢燃料电池车的3-5分钟，和加油的时间差不多。

氢气如何制造

当前氢能的推广和应用，还存在很多难题，首当其冲的就是氢气的制造。

目前工业制氢主要有几种方法：一是采用化石燃料制取氢气；二是从化工副产物中提取氢气；三是采用来自生物的甲醇甲烷制取氢气；四是利用太阳能、风能等自然能量进行水的电解。

作为氢燃料电池汽车的基础设施，我国累计建成超过130座加氢站，到2035年全国加氢站数量将超过5000座。

海马汽车光伏制氢及高压加氢一体站

此外，车企也开始了对加氢站的布局。2021年12月10日，海马汽车光伏制氢及高压加氢一体站在海口正式落成，站内水电解制氢产能为每小时50标方，每天可生产约107kg“绿氢”。

随着政策推进以及车企发力加速布局，氢能汽车“上路”有望提速。