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内容导航：1、氢燃料发动机需要电池吗：都说氢能汽车好，日本和德国都在搞，为何美国这次如此淡定？2、氢燃料发动机需要电池吗，氢燃料车真的是移动的氢弹吗

1、氢燃料发动机需要电池吗：都说氢能汽车好，日本和德国都在搞，为何美国这次如此淡定？

丰田汽车近期总在“搞事情”，在很多国家的不同场合里给汽车电动化唱反调，在其本土市场里一度直接威吓日本政府，要求其必须支持丰田的油电混合和氢燃料汽车，否则就将要“如何如何”。

德国有些车企也在搞氢燃料汽车，韩国也不例外，那么为何在同一个利益阵营里的美国这次却没有态度，甚至通过马斯克表达出了对氢能汽车的不屑呢？其实这才是合理的结果吧。美国人是无利不早起，对于不符合自身利益需求或不具备未来长远发展空间的技术，其必然是不看好的。

氢燃料汽车发展的前提是什么？

这个前提用大白话来描述的话，那就是“有用不完的电才行”。

氢燃料汽车本身就不是内燃机车或外燃机了，说白了就是不通过燃烧氢气来转化机械能；而是通过氢燃料电池堆以“氢氧发电”的方式来获取电能，在电池堆里发电的损耗很大，比例相当于现在一般内燃机的热效率。

电动汽车行驶一百公里大约需要20kwh左右的电能，除非小微型车到紧凑级会略低一些。

燃料电池堆转化出20kwh左右的电能需要大约一公斤左右的氢气，尴尬的是制取一公斤的清洁氢能所需要消耗的电能会达到60kwh左右。

氢燃料汽车本身不是内燃或外燃机车，那么它要用什么类型的发动机呢？

氢燃料汽车的本质是电动汽车，依靠电池组供电，依靠电控单元控制，依靠电动机驱动。

普通增程车，内燃机＋三电氢燃料电池，氢燃料电池堆＋三电

普通增程车参考理想L7/8/9，问界M5/7，岚图FREE/梦想家，哪吒S或定位低一些的深蓝SL03等，这些车都是内燃机的增程车；其中尺寸最小的中型轿车SL03，其最低荷电油耗大约为5L/100km。

一升油可以换算为三度电，其耗电量也就是15kwh（度）左右；而如果要用氢燃料电池来发电的话，其背后所需要消耗的电能就要高达接近45kwh左右，如果折算为燃油的话，那就相当于15L/100km左右的耗油量喽。

制氢的损耗过大，除非有用不完的电能，而且发电的成本超级低，否则“用电制氢，用氢发电”的成本都过于高了；而除了电解水制氢能达到清洁，其他的制氢方式都要依托煤炭、石油和天然气，这些常规能源在使用过程中都有排放，所以并不环保；重点是汽车之所以要电动化，其初衷主要是降低对不可再生的常规能源的依赖程度，以达到能源安全，那么氢燃料汽车似乎从哪个角度来看都不是那么的理想。

最后一个问题：为什么要“增程”？

如果电动汽车的真实续航里程都能达到500公里左右，包括10万以内的普通代步车，此时什么增程器都不需要了；当然前提还有遍地都是充电桩，走到哪都能充电，此时电动汽车就是最佳选项。

反之，还需要增程或插电混动汽车无非是因为部分电动汽车的续航还不够长，以及充电桩的保有量还不够大；可是这两个问题都能解决，续航是通过动力电池类型的多样化来推动增长，也就是降低电池的制造成本即可推动续航增长。新能源汽车的保有量增长多少，充电桩的保有量就会倍数级增长，其实现在的充电桩就已经能满足用户需求了，只是在节假日的时候会有些供不应求，然而此时的燃油车加油不也得拍长长长的队嘛。

所以插电混动和增程汽车都只是过渡技术，在电动汽车的两大障碍克服之后则要被淘汰；那么以丰田为首的车企如此大力鼓吹的氢燃料汽车还有多大的价值呢？其初衷也许是拖慢其他车企电动化的升级节奏，以帮助丰田加速追赶。

编辑：天和Auto-汽车科学岛

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2、氢燃料发动机需要电池吗，氢燃料车真的是移动的氢弹吗

氢弹爆炸图片

氢气作为一种新型的能源，尽管大众对其名称很熟悉，但是对其使用过程中的一些安全保障还不够了解，部分民众谈“氢”色变，甚至形容氢燃料车辆为移动的“氢弹”，引起这样的担忧主要来自于以下几个基本的认知：

1.国之重器”氢弹“真的是威力无比，一旦投入使用能带来毁灭性的灾难。

2.氢气的爆炸极限为4%~75%，比较宽泛容易发生燃爆。

3.氢气分子量小，密度低。容易渗透到存储材料里面，发生所谓的“氢脆”，氢脆会导致容器脆化，造成破裂或泄露，会引发进一步的灾难。

4.车载气瓶压力大。35/70MPa,高压本身会有一定的危险性。在车辆高速行驶过程中发生碰撞等极端情况下可能会发生爆炸等状况。

以下我们就从这几个层面展开一些简单的论述。

一、氢弹。又称热核武器，属于核武器的一种。主要利用氢的同位素（氘、氚）的核聚变反应所释放的能量来进行杀伤破坏，属于威力强大的大规模杀伤性武器。核聚变（nuclear fusion），是指由质量小的原子核（一般指氘），在极高的温度和压力下核外电子摆脱原子核的束缚，让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核（如氦），由于中子不带电，因此能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来，大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。车载用氢只有单一的高纯氢（一般纯度为99.99%以上），不存在氘氚以及核聚变的条件和环境，如果氢弹那么容易制造，也不可能成为“大国重器”了。所以不要再说车载氢瓶是移动的“氢弹”了，就当打个比方都有点儿欠妥。

氢弹模型图

二、易燃易爆。根据爆炸理论，可燃气体在空气中燃爆必须具备以下条件：一是可燃气体与空气形成的混合物浓度达到爆炸极限，形成爆炸性混合气；二是有能够点燃爆炸性混合气的点火源。因为氢气自然界密度最小，具有很强的逃逸性，车辆在空旷的户外行驶状态下几乎是不可能满足第一个条件的，在空旷的状态下形不成聚集。但在相对密闭不利于扩散的空间比如车库等场所，如果发生泄漏理论上存在爆炸的风险。下图左侧车辆为氢气泄漏着火图片，右侧车辆为汽油泄漏着火图片。

氢气和汽油泄漏着火对比图

三、氢脆。氢脆是指在有氢的环境中，因为氢原子的介入，而使得材料的强度显著降低的过程。具体形成原因：由于氢是元素周期表中最小的原子，氢原子很容易进入金属并在晶格中移动，氢原子可以在一些晶格缺陷中重新化合为氢气分子，氢气分子的体积是氢原子的26倍，从而在材料内部产生高达1000bar的压力，从而导致材料的缺陷和延迟裂缝导致材料强度降低。氢脆对于金属材料来说几乎没法避免，但高性能强度的材料如316不锈钢、铝合金6061等对氢脆有较好的抑制作用，在III 型氢气瓶的国标GB/T 35544-2017《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》里面明确规定，气瓶内胆只能用铝合金6061，并且做出了明确的材料成分要求。IV型瓶的团标T/CATSI 02007—2020《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》明确规定采用聚乙烯、聚酰胺或改性聚酰胺，并对材料与氢气的相容性做了具体要求；瓶阀座部分则明确采用铝合金6061或者奥氏体S31603（316不锈钢）。关于材料的性能在标准界定如下：

指定材料要求

氢脆形成机理示意

四、氢燃料电池车载高压氢气瓶的安全。在第二部分提到的两个规范里面都对氢气瓶的设计、材料、工艺、公差以及型式认证和合格测试做了明确的定义，常规项目我们不再讨论，下面重点说明三项可能和车辆行驶途中意外状况的情形。题外说明：氢气瓶阀是个非常重要的部件，进气、排气、电磁开关、TPRD等功能集成的一体阀。曾经何时我们都依赖于进口，目前国内研发试制已经有了初步的成果，上海舜华研制的阀门已经获得德国交通部KBA型式认证；长城汽车的瓶阀已经试制完成，接近量产状态。

气瓶安全测试项目表

1.火烧：如表格所示，在规定的时间内升到指定的温度，瓶阀根据感受到的温度PRD功能开启，氢气自动泄掉为合格。说明：TPRD是阀门由于温度升高会自动熔断阀门会打开，让氢气自动排空。有效模拟车辆在发生燃烧事故状态下应急措施的有效性。

火烧实验参数表

火烧后未发生爆炸

2.枪击：气瓶内填充氢气（或氮气、氦气）到公称工作压力（35MPa/70MPa），然后直径为7.62的穿甲弹以850米/秒的速度90度方向射击（射击距离≤45m）；或采用维氏硬度≥870HV，直径为6.08~7.62mm，质量为3.8~9.75kg的锥形钢制子弹以850米/秒的速度90度方向射击，射击能量≥3300J。合规条件为不发生破裂。

枪击实验具体参数要求

国内气瓶枪击实验、红圈处为弹孔

3.跌落：在1.8米的高度，不同的角度，保证在气瓶在具有等于或大于488J的势能下撞击坚硬地面。合规条件为在3000次的跌落循环内不得发生泄漏或瓶体破裂。

跌落要求示意图

结语：除了以上具体层面的论述外，整体来看它的安全性要优于其他燃料。下图是四种常见燃料与安全相关的物性对比图，离坐标中心越远表示越安全：

四种常见燃料安全物性的示意对比

另外在整车安全设计范畴内在可能出现泄漏以及可能存在氢气聚集隐患的位置都有安装漏氢感测器，会根据氢气含量PPM会做出相应的应急措施。世上没有绝对安全的东西，我们需要正确认识，严格管理，尽可能对可能出现的隐患或失效模式做出预防和管控，在逐步推广的过程中展示给大众，证明给大众氢能源利用是安全的、可行的！

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