氫燃料電池系統是由電堆、氫氣供給循環系統、空氣供給系統、熱管理系統、電控系統和數據采集系統五大組成部分。

電控系統的DC-DC變換器可以把電堆產生的直流電降壓后給給蓄電池充電，也可以在經過逆變器轉變成交流電驅使牽引馬達運轉。牽引馬達的供電源主要是電堆，蓄電池可以起到輔助作用。

熱管理系統、電控系統和數據采集系統在燃油車應用了多年，技術比較成熟，而電堆、氫氣供給循環系統、空氣供給系統才是氫燃料電池發動機的特征，需要了解。在整車中，電堆的費用最高，而催化劑又是電堆中成本最高的。

1.電堆

電堆產生電能，是燃料電池動力系統的核心部件。電堆由多個燃料電池串聯堆疊而成，形象稱為電堆。燃料電池根據電解質的不同主要分為磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、堿性燃料電池（AFC）和質子交換膜燃料電池（PEMFC）5種，前三者由于工作溫度高，應用方向是工業電力生產。AFC 和PEMFC都以氫氣為燃料，但AFC滿足不了車輛使用的要求，PEMFC是國內外車用燃料電池應用的首選。

質子交換膜燃料電池（PEMFC）的原理如下，

記得2019年5月采訪青年牌燃料電池汽車的視頻，一段說到反應生成的水都可以飲用，不知道是不是真的。乘用車車載儲氫瓶一般儲存6kg的高壓氫氣，可行駛600km，反應可生成50kg的水，相當于每行駛1米就有1~2滴水出來，小瓶礦泉水還需要買嗎？

電堆由膜電極（由質子交換膜、催化劑、擴散層組成）、雙極板、端板等組成。電堆結構里，膜電極和雙極重復疊，形成電池的串聯。

1.1膜電極

膜電極是燃料電池的核心部件，是氫氣和氧氣反應生成水的電化學反應場所。膜電極包括質子交換膜、催化劑層和氣體擴散層。

1.1.1質子交換膜

質子交換膜是一種固體電解質薄膜，應用最廣泛的電解質為全氟磺酸聚合物，具有較高的質子透過能力，防止陽極的氫氣和陰極的氧氣接觸，并且是催化劑的載體。我國已具備質子交換膜國產化能力。

1.1.2催化劑

催化劑的主要功能是降低電極反應的活化能，提高反應速度。鉑碳（Pt/C）催化劑是車用燃料電池的主流催化劑。在電堆成本中占比達45%，因此，降低鉑的用量和提升催化性能，有利于突破燃料電池成本瓶頸。

當前我國催化劑處于研發階段，雖然國內不斷有企業宣稱建成了燃料電池催化劑生產線，但下游企業常選用進口Pt/C催化劑。

據悉2019年的 "水變氫"據悉也是用了一種特殊的催化劑，結果遭到整個輿論界的鍵盤敲打，90年代被冠以第五大發明稱號的"水變油"看來很難被超越的。

1.1.3擴散層：起到反應物和生成物均勻分布作用，還起到穩定催化層并將催化層產生的電和熱傳導到雙極板的作用。擴散層是由支撐層和涂覆在支撐層一側的微孔層組成。支撐層一般為多孔的碳布、碳紙，微孔層為改善支撐層孔隙結構的一層碳粉。國內擴散層供應幾乎全部被國外公司所壟斷，而且作為基礎材料的碳纖維基本被日本壟斷。國內碳紙目前為小批量的生產水平。

1.2.雙極板

雙極板負責將氫氣和空氣分配到兩個電極表面，收集電流和熱量、為冷卻液提供通道等作用。

雙極板分為石墨雙極板、金屬雙極板、復合材料雙極板。金屬雙極板相較于石墨及復合雙極板具有明顯優勢，是主流。石墨雙極板國產較多，金屬雙極板、復合材料雙極板較少。

2.氫氣供給系統

主要部件有儲氫瓶（罐）、減壓閥、電磁閥和氫氣回流泵。在安全性方面，儲氫瓶最值得關注。儲氫瓶分為5種類型，第III、IV、V型可用于車載儲氫瓶， V型瓶處于全球研發中。

國外乘用車已經開始使用質量更輕、成本更低、質量儲氫密度更高的IV型瓶，而中國IV型瓶還處于研發階段，成熟產品只有35MPa和70Mpa的III型瓶，其中70MPaIII型瓶在乘用車樣車上應用。

III型瓶的主要原材料為碳纖維，由于研發起步晚、原材料性能差等原因，國產碳纖維還不能滿足車用儲氫瓶的要求，主要依賴進口。未來車載高壓氣態儲氫技術將向高壓化、輕量化和低成本化方向發展。

當你意識到高壓儲氫瓶就在你的座椅下，會不會有點騎虎難下的感覺，聽說車載儲氫瓶能擋子彈，但是燃油車的油箱、新能源車的液態電池基本上怕子彈吧，這樣說來安全性可以保證吧。

3.空氣供給系統

空氣供給系統主要包括濾清器、空氣壓縮機（空壓機）、增濕器，重要部件為空壓機。空壓機是為電池正極提供空氣的設備，常用空壓機分為羅茨式、渦旋式空壓機、螺桿空壓機和離心式空壓機，各有各的優缺點。

目前車載空壓機的主流是羅茨式空壓機和離心式空壓機。我國的車用燃料電池電動汽車技術起步較晚，目前國內只有很少幾家能夠生產燃料電池發動機專用壓縮機，且還達不到完全產品化的水平，主要存在轉速低、壽命低、效率低等主要問題。

總的說，氫燃料電池汽車概念比較火，但是普及還是挺遙遠的，要保持冷靜、客觀。

標簽：車用介紹系統