簡介
燃料電池汽車的工作原理是，在汽車搭載的燃料電池中，使作為燃料的氫與空氣中的氧發生化學反應，從而産生出電能啟動電動機，進而驅動汽車。甲醇、天然氣和汽油也可以替代氫，不過将會産生極度少的二氧化碳和氮氧化物。但總的來說，這類化學反應除了電能就隻産生水。因此燃料電池車被稱為“地道的環保車”。
燃料電池汽車的氫燃料能通過幾種途徑得到。有些車輛直接攜帶着純氫燃料，另外一些車輛有可能裝有燃料重整器，能将烴類燃料轉化為富氫氣體。單個的燃料電池必須結合成燃料電池組，以便獲得必需的動力，滿足車輛使用的要求。
優點
1、能量轉化效率高。燃料電池的能量轉換效率可高達60～80%，為内燃機的2～3倍；
2、零排放，不污染環境。燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水；
3、氫燃料來源廣泛，可以從可再生能源獲得，不依賴石油燃料。
發展
美國
20世紀60年代和70年代，美國首先将燃料電池用于航天，作為航天飛機的主要電源。此後，美國等西方各國将燃料電池的研究轉向民用發電和作為汽車、潛艇等的動力源。世界各著名汽車公司相繼投入較多的人力和物力，開展燃料電池電動汽車的開發研究。在北美，各大汽車公司加入了美國政府支持的國際燃料電池聯盟，各公司分别承擔相應的任務，生産以新的燃料電池作動力的汽車。美國通用汽車公司在美國能源部的資助下，推出了以質子交換膜燃料電池（PEMFC，也稱為離子交換膜燃料電池或固體高聚合物電解質燃料電池）和蓄電池并用提供動力的轎車。美國福特汽車公司現已研制出從汽油中提取氫的新型燃料電池，其燃料效率比内燃機提高1倍，而産生的污染則隻有内燃機的5%。
加拿大
巴拉德(Ballard)汽車公司是PEMFC燃料電池技術領域中的世界先驅公司，自1983年以來，Ballard公司一直從事開發和制造燃料電池。1992年巴拉德公司在政府的支持下，為運輸車研制了88kM的PEMFC動力系統，以PEMFC為動力做試驗車進行演示。1993年巴拉德公司推出了世界上第一輛運用燃料電池的電動公共汽車樣車，裝備105kW級PEMFC燃料電池組，能載客20人，對于一般城市公共汽車，采用碳吸附系統儲備氣态H2即可連續運行480km。目前，Ballard燃料電池的體積功率已達到1kW/L的目标。
日本
在日本燃料電池系統發展中豐田公司處于領先地位。豐田的目标是開發能量轉換效率達到傳統汽油機2.5倍的燃料電池，且能和現用的汽（柴）油汽車一樣方便地添加燃料。日本還在1981年開發了熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC），随後又研制了磷酸燃料電池（PAFC），1992年又開發了比功率高、工作溫度低、結構緊湊和安全可靠的質子交換膜燃料電池（PEMFC）。
德國
德國奔馳公司和西門子公司合作于1996年推出了裝有PEMFC的NECARll小客車。2009年，德國主要的汽車和能源公司就與政府聯合啟動了“H2MobilityInitiative”計劃。按照計劃，德國将在2015年建成1000個加氫站，開始實現燃料電池動力汽車的大規模商業化，到2020年将有100萬輛電動車和50萬輛燃料電池汽車投入使用。
2011年1月，奔馳公司研發的3輛燃料電池原型車，橫跨4大洲、14個國家，完成繞地球行駛1周的創舉。此外，奔馳在德國還有36輛氫燃料電池大巴，已收集到200萬千米的運行數據，目前的氫料燃大巴比早期的燃料消耗降低了50%，性能和行駛裡程均顯著提高。
法國
開發出使用“運程”燃料電池的電動汽車“Fever”，它以低溫儲存的氫和空氣作燃料，發電功率達20kW，電壓為90V，且采用先進的電子控制系統對電力系統進行控制，并把制動時産生的能量儲存在蓄電池裡，以備汽車起動或加速時使用。
英國
1992年成立了國家燃料電池開發中心。英國燃料電池技術的開發重點在燃料供應、重整爐、氣體淨化和空氣壓縮等方面。質子交換膜燃料電池的研究重點是改善催化材料的性能并探索鉑(Pt)催化劑的塗覆方法，降低鉑(Pt)含量，提高鉑(Pt)利用率和耐受CO的允許值。
韓國
韓國現代已經推出第三代燃料電池電動車ix35。ix35完全由氫燃料電池驅動，這款零排放SUV是在2010年由200多名設計師在韓國現代的燃料電池研發中心設計完成。
中國
在中國，燃料電池汽車是“十五”期間全國12個重大研究專項之一。其中，質子膜關鍵技術被列為山東省第一号科技攻關項目，取得了重大突破。遼甯新源動力股份有限公司承接國家“863”重大科研項目，研制了200KW、110KW、60KW、30KW、10KW、5KW燃料電池系統、燃料電池電站、便攜式電源等産品。在“十一五”期間，中國将繼續加大對燃料電池汽車的研發投入，推動核心技術産業化。
2008年奧運會，23輛燃料電池汽車示範運行7.6萬公裡。到了2010年世博會，這個數字上升到196輛和91萬公裡.2012年3月兩會期間，科技部電動汽車重大項目管理辦公室副主任甄子健認為，燃料電池汽車在5到10年後，将可以像近兩年的電動汽車一樣，通過示範運行進入商業化銷售階段。
關鍵技術
總體概述
電動汽車的關鍵能源動力技術包括電池技術、電機技術、控制器技術。電池技術、電機技術和控制器技術是電動汽車所特有的技術，這3項技術也是一直制約電動汽車大規模進入市場的關鍵因素。
電池技術
電池是電動汽車的動力源泉，也是一直制約電動汽車發展的關鍵因素。電動汽車用電池的主要性能指标是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循環壽命(L)和成本(C)等。要使電動汽車能與燃油汽車相競争，關鍵就是要開發出比能量高、比功率大、使用壽命長的高效電池。
電動汽車用電池經過了3代的發展，已經取得了突破性進展。
第1代是鉛酸電池，目前主要是閥控鉛酸電池(VRLA)，由于其比能量較高、價格低和能高倍率放電，因此是目前惟一能大批量生産的電動汽車用電池。
第2代是堿性電池，主要有鎳镉、鎳氫、鈉硫、锂離子和锂聚合物等多種電池，其比能量和比功率都比鉛酸電池高，因此大大提高了電動汽車的動力性能和續駛裡程，但其價格卻比鉛酸電池高。
第3代是以燃料電池為主的電池，燃料電池直接将燃料的化學能轉變為電能，能量轉變效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反應過程，能量轉化過程可以連續進行，因此是理想的汽車用電池還處于研制階段，一些關鍵技術還有待突破。
廣泛應用于電動汽車的燃料電池是一種稱為質子交換膜的燃料電池(PEMFC)，它以純氫為燃料，以空氣為氧化劑，不經曆熱機過程，不受熱力循環限制，因此能量的轉換效率高，是普通内燃機熱效率的2～3倍。同時，它還具有噪音低、無污染、壽命長、啟動迅速、比功率大和輸出功率可随時調整等特性，使得PEMFC非常适合用作交通工具的動力源。
電機技術
電動汽車驅動電機是所有電動汽車必不可少的關鍵部件。使用較多的有直流有刷、永磁無刷、交流感應和開關磁阻4種電機。
直流有刷電機結構簡單，技術成熟，具有交流電機所不可比拟的優良電磁轉矩控制特性，所以直到20世紀80年代中期，仍是國内外電動汽車用電機的主要研發對象。但是，由于直流電機價格高，體積和質量大，因此在電動汽車上的應用受到了限制。
永磁無刷電機可以分為由方波驅動的無刷直流電機系統(BLD— CM)和由正弦波驅動的無刷直流電機系統(PMSM)，它們都具有較高的功率密度，其控制方式與感應電機基本相同，其主要優點是效率可以比交流感應電機高6個百分點，因此在電動汽車上得到了廣泛的應用，是當前電動汽車用電動機的研發熱點。這類電機具有較高的能量密度和效率，其體積小、慣性低、響應快，非常适應于電動汽車的驅動系統，有極好的應用前景。但價格較貴，永磁材料一般僅耐熱12c=0I以下。目前，由日本研制的電動汽車主要采用這種電機。
交流感應電機也是較早用于電動汽車驅動的一種電機，它的調速控制技術比較成熟，具有結構簡單、體積小、質量小、成本低、運行可靠、轉矩脈動小、噪聲低、轉速極限高和不用位置傳感器等優點，但因轉速控制範圍小、轉矩特性不理想，因此不适合頻繁啟動、頻繁加減速的電動汽車。美國以及歐洲研制的電動汽車多采用這種電機。
開關磁阻電機(SRM)具有簡單可靠、可在較寬轉速和轉矩範圍内高效運行，控制靈活、4象限運行、響應快和成本較低等優點。但實際應用發現，SRM存在着轉矩波動大、噪聲大、需要位置檢測器等缺點，所以應用受到了限制。
4種電機各有優缺點，但是對于電動汽車而言，由于電能是由各類電池提供的，價格昂貴而彌足珍貴，所以使用相對效率最高的永磁無刷電機是較為合理的，它已被廣泛應用于功率小于100kW的現代電動汽車上。
在國外已有越來越多的電動汽車采用性能先進的電動輪(又稱輪毂電機)，它用電機(多為永磁無刷式)直接驅動車輪，因此無傳統汽車的變速器、傳動軸、驅動橋等複雜的機械傳動部件，汽車結構大大簡化。但是它要求電機在低轉速下有很大的扭矩，特别是對于軍用越野車，要求電機基點轉速：最高轉速=1：10。近幾年，美、英、法、德等國紛紛将電動輪技術應用于軍用越野車和輕型坦克上，并取得了重大成果。
控制器技術
控制器技術的變速和方向變換是靠電動機調速控制裝置來完成的，其原理是通過控制電動機的電壓和電流來實現電動機的驅動轉矩和旋轉方向的控制。目前電動汽車上應用較廣泛的是晶閘管斬波調速，通過均勻改變電機的端電壓，控制電機的電流，來實現電機的無級調速。在電子電力技術的不斷發展中，它也逐漸被其他電力晶體管(如GTO、MOSFET、BTR及IGBT 等)斬波調速裝置所取代。從技術的發展來看，伴随着新型驅動電機的，電動汽車的調速控制轉變為直流逆變技術的應用将成為必然的趨勢。
在驅動電機的旋向變換控制中，直流電機依靠接觸器改變電樞或磁場的電流方向，實現電機的旋向變換，這使得控制電路複雜、可靠性降低。當采用交流異步電機驅動時，電機轉向的改變隻需變換磁場三相電流的相序即可，可使控制電路簡化。此外，采用交流電機及其變頻調速控制技術，使電動汽車的制動能量回收控制更加方便，控制電路更加簡單。
二十一世紀以來，由感應電動機驅動的電動汽車幾乎都采用矢量控制和直接轉矩控制。矢量控制又有最大效率控制和無速度傳感器矢量控制，前者是使勵磁電流随着電動機參數和負載條件的變化，從而使電動機的損耗最小、效率最大；後者是利用電機電壓、電流和電機參數來估算出速度，不用速度傳感器，從而達到簡化系統、降低成本、提高可靠性的目的。直接轉矩控制克服了矢量控制中解耦的問題，把轉子磁通定向變換為定子磁通定向，通過控制定子磁鍊的幅值以及該矢量相對于轉子磁鍊的夾角，從而達到控制轉矩的目的。由于直接轉矩的控制手段直接、結構簡單、控制性能優良和動态響應迅速，因此非常适合電動汽車的控制。
随着電機及驅動系統的發展，控制系統趨于智能化和數字化。變結構控制、模糊控制、神經網絡、自适應控制、專家系統、遺傳算法等非線性智能控制技術，都将各自或結合應用于電動汽車的電機控制系統。它們的應用将使系統結構簡單，響應迅速，抗幹擾能力強，參數變化具有魯棒性，可大大提高整個系統的綜合性能。
發展瓶頸
儲能裝置是電動汽車的核心零部件，尤其是純電動汽車。目前通常使用的儲能裝置有兩種，即蓄電池和超級電容，而使用最廣泛的是蓄電池。蓄電池也有很多種，其主要問題表現在以下幾個方面：①電池的可靠性達不到車用的苛刻要求；②電池使用壽命短，深度放電時循環次數達不到車用要求；③充電時間長；④蓄電池尺寸和質量的制約；⑤環境适應性較差；⑥電池在使用過程中單體電池健康狀态變化不一緻，嚴重影響整體性能；⑦功率密度和能量密度低；⑧存在二次環境污染問題。
驅動電機及其控制系統的可靠性和耐久性達不到要求
驅動電機及控制系統是電動汽車的又一個關鍵部件，電機本體的設計和制造技術來源于一般工業電機，要成功用于汽車工業，需要一定時間的技術積累。更為重要的是，目前電機控制器的關鍵元件IGB T制造技術還掌握在少數幾個發達國家手中，最先進的IGB T進口還受到限制，嚴重制約了我國汽車工業電氣化發展水平。驅動電機及控制系統要像内燃機一樣滿足汽車工業苛刻的使用要求，取代内燃機成為汽車的心髒，目前的技術水平還達不到。
整車制造成本和使用成本難以被大多數廠家和用戶所接受
純電動汽車的出現早于内燃機汽車，目前純電動汽車在市場競争中處于不利地位，其主要原因是制造成本和使用成本高以及社會基礎配套設施不完備，車載儲能技術不解純電動汽車很難取得市場認可。混合動力還是以節油、環保和時髦為買點，但是在未來一段時間内，混合動力車節約的燃油費用還不能平衡初期多投人的購買成本，消費者的低收入和缺乏環保意識以及低燃油稅率，使市場傾向于内燃機汽車的局面在短時期内不能改變。
由于其高昂的制造成本和缺乏氫補充基礎設施，在未來15年内，氫燃料電池的産業化前景并不被看好。
發展方向
大力發展純蓄電池驅動的超微型汽車
這種汽車降低了汽車的動力性和續駛裡程的要求，充電過程比較簡單，車速不高。較适合于市内或社區小範圍内使用。由于多數采用了鎳氫電池、鎳镉電池、锂離子電池等高性能電池，車輛性能較有保證，已進人小批量試生産階段。比如，日本的Hypermini采用了高性能锂離子電池，最高時速為90km，一次充電可行駛115km，它是一款适合未來城市道路行駛的家庭轎車。
進一步加強驅動電機的研究
美國傾向于采用交流感應電機，其主要優點是結構簡單、性能可靠，質量較小，但控制器技術較複雜；日本多采用永磁無刷直流電機，其優點是效率高，啟動扭矩較大，質量較小，但成本較高，且有高溫退磁、抗振性較差等不足；德國、英國等大力開發開關磁阻電機，優點是結構簡單、可靠，成本較低，缺點是質量較大，易于産生噪聲。目前我國也研制成了稀土永磁無刷直流電機和開關磁阻電機，電機的使用尚無定論，有待今後在使用中考驗。
立足混合動力。逐步過渡到純電動汽車
由于受到蓄電池性能的嚴重制約，使純蓄電池型電動汽車的産業化進程舉步維艱，于是混合動力汽車成了内燃機汽車和電動汽車之間的過渡産品，既充分發揮了現有内燃機技術優勢，又盡可能發揮電機驅動無污染的優勢。混合動力汽車将現有内燃機與一定的儲能元器件通過先進控制系統相結合，可以大幅度降低油耗，減少污染物排放，同時技術成熟，價格便宜。
燃料電池汽車在成本和整體性能上，特别是行程和補充燃料時間上明顯優于其他電池的電動汽車，并且燃料電池所用的燃科(甲醇、汽油、柴油、天然氣等)來源廣泛，又可再生，并可實現無污染、零排放等環保标準。所以燃料電池轎車已成為世界各大汽車公司21世紀初激烈競争的焦點。日本政府對于單車的補貼數額也是巨大的，但是相對于純電動汽車的實際價格來說，補貼還是比較小的，尤其是相對傳統車型，純電動汽車在價格上仍處于劣勢。此外，這次補貼是針對公共服務領域，并沒有惠及個人消費者，就中國的汽車消費市場來說，個人消費者才是汽車消費的主力軍，而且個人消費者對于公共部門來說對汽車價格更敏感。因此與歐美日相比，中國在支持電動車消費的政策上做得還不夠。
中國對産業的組織協調力度不夠
純電動汽車的研發在中國進行得如火如荼。由于這個行業的門檻比較低，而國家沒有進行有效的引導和管理，從而導緻了各大汽車企業、科研院所及各個省市紛紛立項，重複建設問題非常突出，形同一盤散沙，沒有形成共同技術研發平台和資源共享，在一定程度上《東洋經濟》報道：“當代技術革命将徹底改變2l世紀汽車業的面貌，這一改變就是在近幾年出現的燃料電池車”。盡管傳統的内燃機汽車仍在當今世界占據主導地位，但發展清潔無污染的電動汽車已是大勢所趨，也是世界各國的必然選擇。目前，在電動汽車的商業化運作上，雖然從産品技術和市場開發等方面取得了一些經驗和進步，但仍還面臨許多亟待解決的問題。這些存在問題的解決，需要技術人員的努力，更造成了社會資源的浪費，不利于純電動汽車的發展。
純電動汽車相關基礎設施的建設十分落後
制約電動車發展的因素除了高成本和高價格外，充電的便捷性是制約純電動汽車産業化的另一個主要障礙。純電動汽車的發展需要有相關的配套設施，如充電站或更換電池的換電站等基礎設施，而目前國内相關基礎設施的建設幾乎是一片空白。此外，由于純電動汽車相關基礎設施建設所需的投資巨大，不是憑企業一己之力能夠實現的，這就需要政府部門和相關企業共同努力尋找解決方案。
技術發展不成熟
純電動汽車的研發最大的瓶頸就是電池。雖然純電動汽車電池的性能已經有了很大的提高，而且相對于中國大多數的乘用車都是在城鎮中行駛，有距離短、速度慢的特點，目前的電池技術在一定程度上需要政府和社會的大力支持。可預見，未來的汽車将是由電氣、初械和控制技術運行的車輛，電動車勢必成為2l汽世紀重要的綠色交通工具。
技術實例
本田FCEV
FCEV是一種地面車輛，仍然保留了車輛的行駛系統、懸挂系統、轉向系統和制動系統等。
FCEV是以電力驅動為惟一的驅動模式，其電氣化和自動化的程度大大高于内燃機汽車，早期用内燃機汽車底盤改裝的FCEV，在汽車底盤上布置了氫氣儲存罐或甲醇改質系統，
燃料電池發動機系統，電氣控制系統和電機驅動系統等總成和裝置，在進行總布置時受到一些局限。
新研發的FCEV采用了滑闆式底盤，将FCEV的儲存罐和供應系統、燃料電池發動機、電能轉換系統、電機驅動系統、轉向系統和制動系統等，統統裝在一個滑闆式的底盤中，在底盤上部可以布置不同用途的車身和個性化造型的車身。采用多種現代技術，以計算機控制為核心和電子控制的“線傳”系統（Control-by-wire），CAN總線系統等，使新型燃料電池電動車輛進入一個全新的時代。
類型
FCEV按主要燃料種類可分為：①以純氫氣為燃料的FCEV；②以甲醇改質後産生的氫氣為燃料的FCEV。
FCEV按“多電源”的配置不同，可分為：①純燃料電池FCEV；②燃料電池與蓄電池混合電源的FCEV；③燃料電池與蓄電池和超級電容器混合電源的FCEV。後2種多電源的配置方式是FCEV的主要配置方式。輔助電源用于提供起動電流和回收制動反饋的電能。
