環(huán)境污染、全球變暖、能源短缺的壓力，使傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車在進(jìn)入二十一世紀(jì)時(shí)面臨前所未有的挑戰(zhàn)，汽車制造商都努力嘗試使用新能源來(lái)提高汽車的經(jīng)濟(jì)環(huán)保特性。各國(guó)政府及各大汽車制造商都紛紛投入巨資進(jìn)行質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）電動(dòng)汽車的研究與開發(fā)。燃料電池汽車技術(shù)與傳統(tǒng)汽車、純電動(dòng)汽車技術(shù)相比，具有下面的優(yōu)勢(shì)。

　?。?）效率高 燃料電池的工作過(guò)程是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程，不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)換效率較高， 1999年戴姆勒一克萊斯勒推出的燃料電池概念車NECAR 4從油箱到車輪的能量效率為37．7％，而高效汽油機(jī)和柴油機(jī)汽車整車效率分別為16－18％和22－24％

　?。?）續(xù)駛里程長(zhǎng) 采用燃料電池系統(tǒng)作為能量源，克服了純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程短的缺點(diǎn)，其長(zhǎng)途行駛能力及動(dòng)力性已經(jīng)接近于傳統(tǒng)汽車。

　　（3）綠色環(huán)保 燃料電池沒有燃燒過(guò)程，以純氫作燃料，生成物只有水，屬于零排放。采用其它富氫有機(jī)化合物用車載重整器制氫作為燃料電池的燃料，生產(chǎn)物除水之外還可能有少量的CO2，接近零排放。

　?。?）過(guò)載能力強(qiáng) 燃料電池除了在較寬的工作范圍內(nèi)具有較高的工作效率外，其短時(shí)過(guò)載能力可達(dá)額定功率的200％或更大。

　?。?）低噪音 燃料電池屬于靜態(tài)能量轉(zhuǎn)換裝置，除了空氣壓縮機(jī)和冷卻系統(tǒng)以外無(wú)其它運(yùn)動(dòng)部件，因此與內(nèi)燃機(jī)汽車相比，運(yùn)行過(guò)程中噪音和振動(dòng)都較小。

　?。?）設(shè)計(jì)方便靈活 燃料電池汽車可以按照X－By－Wire的思路進(jìn)行汽車設(shè)計(jì)，改變傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)概念，可以在空間和重量等問題上進(jìn)行靈活的配置。 在燃料電池汽車國(guó)際大開發(fā)的背景下，根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略需要，中國(guó)國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）的“十五”計(jì)劃把燃料電池城市客車列為電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)中的一個(gè)重要子課題。

　　燃料電池城市客車項(xiàng)目從2002年初啟動(dòng)，清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為研究工作的主要承擔(dān)單位，第一輛原型車已經(jīng)在2002年底通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收。

　　1、整車氫源與動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇

　　設(shè)計(jì)863燃料電池城市客車首先要選擇適合于中國(guó)的經(jīng)濟(jì)條件和道路條件的氫源方案與動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　1.1氫源方案比較

　　車上供氫系統(tǒng)可分為車載制氫和車載純氫兩大類。

　　1．1．l車載制氫

　　車載制氫需要內(nèi)部高溫的燃料處理器，通過(guò)重整或部分氧化等方式由燃料中獲得氫。用于車載制氫的燃料可以是醇類（甲醇、乙醇、二甲醚等）、烴類（柴油、汽油、LPG、甲烷等）。其它物質(zhì)如氨、金屬或金屬氫化物等也可以作為制氫原料。 從技術(shù)上看，醇類燃料制氫的溫度較低，制氫反應(yīng)容易實(shí)現(xiàn)。其中甲醇通常被認(rèn)為是最為合適的車載制氫燃料。DaimlerChrysler公司的Necars，于2002年6月4日完成了橫穿美國(guó)東西部的壯舉，行程3000余英里，充分證明甲醇車載重整制氫燃料電池汽車的技術(shù)可行性。 烴類比醇類制氫難度大，主要表現(xiàn)在重整的溫度高和硫的脫除。烴類燃料中，天然氣由于是氣態(tài)燃料，車載儲(chǔ)運(yùn)比較困難，并且車載重整最難，工作溫度最高，一般不作為燃料電池車載氫源的燃料。 其它制氫方法中，氨因?yàn)樽鳛橹茪湓铣杀靖?、有較大的腐蝕性，而且氨完全裂解溫度高，因此不適宜選為車載制氫燃料。而金屬或金屬氫化物水解制氫，由于其高能耗和高成本、以及原料制備過(guò)程中的高排放，只能用于特殊的場(chǎng)合，而不適合于大規(guī)模的汽車行業(yè)。 車載制氫避免了固定的氫制取、運(yùn)輸和加注等基礎(chǔ)設(shè)施及車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)的技術(shù)問題和投資。不過(guò)，在目前中國(guó)進(jìn)行燃料電池汽車自主開發(fā)的起步階段，選用車載純氫方案更加合理。首先，車載制氫需要復(fù)雜的高溫燃料處理器，其技術(shù)成熟度不及車載純氫方案。其次，有研究表明，車載純氫方案在整車能量效率、預(yù)期總成本（包括基礎(chǔ)設(shè)施、燃料和車輛）、減少污染和溫室氣體排放、減少石油依賴和可持續(xù)性發(fā)展方面，都比車載制氫方案有利。

　　1．l．2車載純氫

　　車載純氫方案的燃料鏈包括了氫集中制備、分離純化、及儲(chǔ)運(yùn)分配等過(guò)程。在燃料電池汽車本身的設(shè)計(jì)中，主要考慮車載純氫的儲(chǔ)存技術(shù)。車載純氫儲(chǔ)存方法主要分為：高壓氫氣儲(chǔ)存、液態(tài)氫儲(chǔ)存、金屬貯氫、活性炭吸附貯氫和碳納米材料貯氫幾種。

　?。?）高壓氧氣儲(chǔ)存

　　用氧氣壓縮機(jī)把氫氣壓縮灌人到車上攜帶壓力容器中，是目前最簡(jiǎn)單和最常用的車載純氫儲(chǔ)存方法。世界已有的燃料電池大客車示范項(xiàng)目中，采用這種車載儲(chǔ)氫方法的就占了大多數(shù)。耐高壓的儲(chǔ)氫壓力容器及材料是這種方法的關(guān)鍵。 高壓氫氣存儲(chǔ)方法的主要問題是：①容量小。中國(guó)大量使用的是以普通鋼材制成的壓力容器，儲(chǔ)氫壓力為15Mpa時(shí)，氫的重量?jī)H占總重量的1％，體積容量約0．008kgH2/L。不過(guò)，當(dāng)使用特種高強(qiáng)度奧氏體鋼材料制成的容器時(shí)，儲(chǔ)氫重量可達(dá)總重量的2％－6％。②安全性差。高壓容器本身就需要特殊的照顧與維護(hù)，況且容器中裝的是易燃易爆又易滲漏的氫氣。車禍時(shí)可能有嚴(yán)重的后果。③實(shí)施問題。容器壓力愈高，充氫站的建設(shè)、壓縮運(yùn)行所化的代價(jià)愈高。而且充裝1立方米氫氣要耗電0．5度左右、而1立方米氫氣經(jīng)燃料電池發(fā)電僅得2度電。

　?。?）液態(tài)氫儲(chǔ)存

　　戴姆勒一克萊斯勒公司研制開發(fā)的NECAR3型和NECAR4型以及通用公司研制開發(fā)的“氫動(dòng)一號(hào)”燃料電池電動(dòng)汽車均采用液氫為燃料。理論上，在各種儲(chǔ)氫方式中，無(wú)論是從體積密度還是從重量密度的角度看，只有氫氣以液態(tài)儲(chǔ)存才能達(dá)到最高的儲(chǔ)存密度。目前，液氫存儲(chǔ)的重量比約5％－7.5％，體積容量約0．04kgH2/L。不過(guò)，由于低溫容器的熱漏損，液氫的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸對(duì)注，以及氫液化消耗大量的能量等問題，使攜帶液氫規(guī)模實(shí)施是不可行的。

　　（3）金屬氫化物儲(chǔ)氫

　　該方法首先使氫與金屬形成金屬氫化物，加熱后，金屬氫化物分解脫氫而得氫氣。 金屬氫化物儲(chǔ)氫與壓力容器儲(chǔ)氫相比：①單位重量的儲(chǔ)氧量并不高，儲(chǔ)氫材料加上容器后，單位重量的儲(chǔ)氫量低于高性能材料的壓力容器，儲(chǔ)氫重量為總重量的1．5％以下。②單位體積的儲(chǔ)氫容量有所提高，為0．05kgH2/L。③儲(chǔ)氫壓力為1－ZMPa，遠(yuǎn)低于壓力容器，提高了安全性，充氫站要求及充氫能耗皆降低。④金屬氫化物對(duì)氫氣中的少量雜質(zhì)如O2，H2O，CO等有較高的敏感度，高于燃料電池電極催化劑的敏感度，因而提高了對(duì)原料氫的質(zhì)量要求。⑤存在金屬氫化物的機(jī)械強(qiáng)度、反復(fù)充放后的粉碎等問題。目前，金屬氫化物可反復(fù)充放的次數(shù)不多且價(jià)格昂貴，所以以金屬氫化物作為儲(chǔ)氫方法的運(yùn)行費(fèi)用是很高的。③儲(chǔ)氧化物的容器要能夠耐高壓，還要有足夠的換熱面積，能夠迅速的傳遞吸氧和放氫反應(yīng)過(guò)程中釋放或者需要的熱量。