1.1课题研究的背景和意义

改革开放以来，随着经济建设进程的快速推进，中国汽车工业得到了迅猛的发展。2009年以来，中国持续稳居全球汽车产销第一大国的位置，与此同时中国的汽车保有量也逐年上升，截至2018年底，中国的汽车保有量已达到2.4亿辆。由此带来的社会问题也越来越引起人们的关注，特别是来自能源安全与环境污染的压力，对中国未来汽车工业的发展提出了新的挑战。尤其是在重型卡车领域，重型卡车功率大，载重量大，运行时间里程长，是汽车排放里面的重要运动污染源。而传统内燃机重型卡车的燃油效率过低，排放大，所以新能源重型卡车便应运而生了，其中燃料电池汽车以其零排放和无污染等优势成为电动汽车研究领域的宠儿。

其中动力电池普遍寿命较短，产品生命周期需更换两到三次电池，造成的电池报废回收量逐年递增，引起一系列污染延后的问题，而锂电池首先在使用和回收过程中需要消耗大量能源，高能耗则伴随着高排放，并且电动汽车存在里程焦虑问题，锂电池能量密度已经遇到天花板，短期内无法突破，电动汽车充电网络目前也不够完善，因此锂电池驱动的电动汽车无法解决重卡这样的刚需。无独有偶，氢燃料电池在推广中也面临着压缩困难能耗高和一系列安全问题，并且氢燃料电池的核心技术掌握在日本丰田和加拿大巴拉德等公司，关键材料掌握在美国杜邦等公司，我国无法主导氢燃料电池产业链，存在重大的产业发展风险。柴油重整固体氧化物燃料电池作为最新一代的氢燃料电池技术，处于新能源汽车技术的最前沿，也是目前最符合市场需求的技术路线，特别是在亟待治理的柴油卡车、长途大巴、工程机械、船舶等高污染领域，纯电池驱动的技术路线无法满足这些高污染高能耗交通运输工具节能减排的要求，柴油重整固体氧化物燃料电池是解决这些难题的关键核心技术。因此有必要对柴油作为能量载体的电动汽车动力系统进行研究。

1.2国内外的发展现状

1.2.1国外发展现状

目前，新能源重型卡车技术路线目前还是以纯电动为主，但由于电池成本因素，以及车辆载重与纯电动卡车成本竞争力的反向相关性，当载重超过两吨以上，纯电动卡车成本会远远超过传统车，再加上全球重抓污染治理的大背景下，燃料电池技术路线在这样的情况下引起了行业的广泛关注，从国外许多公司、研究机构的研发动向中可以察觉到的一个明显趋势是燃料电池汽车越来越受关注。虽然燃料电池重型卡车技术尚不够成熟，但各国重视程度在不断提高，呈现出加大力度推进的态势。日本、美国、欧盟和韩国等国都投入了大量资金和人力开展燃料电池汽车的研究。

美国政府对燃料电池汽车的研制及应用非常重视。2002年1月9日，美国能源部提出Freedom CAR (Freedom CooperativeAutomotive Research)计划，支持新能源汽车的研究开发。计划2003年由美国联邦政府投资15029.6万美元，其中燃料电池5000万美元(占33.27%)，氢能设施2582万美元(占17.18%)，两者之和占总投资的50%以上。2003年2月，美国布什总统向国会提出“自由燃料”计划，他在对此计划发表的公开讲话中指出:“我要国会花费12亿美元的国家投资给氢燃料电池小客车项目，使它能从实验室走向售车展示室。我们希望看到，今天诞生的小客车将属于今天诞生的儿童，他所开的车将是一辆由氢驱动无污染的车。”

目前，在国外主要参与燃料电池重型卡车开发的企业有丰田、通用、US Hybrid、Kenworth、尼古拉、UPS、现代等。丰田2017年在北美引入了“Project Portal”项目，该项目拥有为重卡量身定制的氢燃料电池系统，其处于概念验证阶段的零排放8级卡车，搭载两套Mirai燃料电池组及一款12kWh的电池，已顺利完成超4000英里的研发测试里程数，而丰田与肯沃斯合作开发、构建和部署10辆零排放的大型货车Kenworth T680，由丰田氢燃料电池动力系统提供动力，进入初步应用阶段。就尼古拉而言，作为特斯拉的主要竞争对手的尼古拉，从2016年5月发布第一款车型以来，已宣布计划建造3种类型的氢燃料电池半挂卡车，即Nikola One、Nikola Two、Nikola Tre。燃料电池重型卡车在国外已经由仅以概念化存在阶段到商业化阶段快速迈进。

1.2.2国内发展现状

在国内，自2001年国家“863”电动汽车专项项目启动以来，通过国内研究单位的协作努力，在技术标准、材料、基础设施、燃料电池堆、整车集成以及其他关键总成技术等方面都取得了阶段性进展。在2010年世博会期间，上海政府投入1147辆新能源汽车为游客提供交通服务。其中，园区内纯电动公交客120辆、超级电容公交客车61辆、燃料电池公交客车6辆、燃料电池观光车100辆、 纯电动观光车130辆、纯电动场馆车140辆，园区外燃料电池轿车90辆、公交客车150辆、混合动力出租车350辆。这是目前世界上规模最大、种类最多、强度最大、最集中的新能源汽车示范活动。所有的新能源汽车在世博会期间示范运行良好，成功实现了“园区内公共交通零排放，园区外公共交通低排放”的目标。