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燃料电池汽车的工作原理是，作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与大气中的氧气发生氧化还原化学反应，产生出电能来带动电动机工作，由电动机带动汽车中的机械传动结构，进而带动汽车的前桥（或后桥）等行走机械结构工作，从而驱动电动汽车前进。
燃料电池汽车产业链包括上游制氢和配套厂商、核心部件厂商、燃料电池动力系统厂商和下游整车厂商，其中最核心的是燃料电池动力系统。燃料电池动力系统主要包括燃料电池系统、驱动电机及控制系统，整车控制系统、辅助电源、储氢装置。
单独的燃料电池堆是不能发电并用于汽车的，它必须和燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水/热管理系统和一个能使上述各系统协调工作的控制系统组成燃料电池发电系统，简称燃料电池系统。一般包括：燃料电池堆栈、燃料处理器、功率调节器、空气压缩机。
图1：燃料电池汽车动力系统产业链拆解图
燃料电池堆是燃料电池动力系统的最核心部件，它由多个燃料电池通过一定的方式结合起来形成的通过电化学反应产生直流电的燃料电池组。一个单独的燃料电池产生的电压低于1V，所以单电池要做成堆栈应用。
影响燃料电池系统效率的因素有很多，包括燃料电池类型、电池规格、电池运行的温度以及燃料气体的压力大小、堆栈构成方式等。
图2：氢燃料电池汽车的动力系统构造
图3：汽车燃料电池电堆
驱动电机及控制系统是燃料电池汽车的心脏，它的功能是使电能转变为机械能，并通过传统系统将能量传递到车轮驱动车辆行驶。
其基本构成为电机和控制器，电机由控制器控制，是一个将电能转变为机械能的装置，控制器的作用是将动力源的电能转变为适合于电机运行的另一种形式的电能，所以控制器本质上是一个电能变换控制装置。
电动机驱动是燃料电池车惟一的驱动模式。大型燃料电池汽车如大客车一般采用感应电机驱动，主要应用在数十千万以上的中、大功率系统中；小型燃料电池汽车如乘用车一般用无刷直流电机驱动系统，主要应用在在数十千万以下的中、小功率的系统中。
燃料电池汽车的整车控制系统和其他类型的新能源汽车是一样的，它负责对燃料电池系统、电机驱动系统、动力转向系统、再生制动系统和其他辅助系统进行监测和管理，也可以向智能化和数字化方向发展，包括神经网络、模糊运算和自适应控制等非线性智能控制技术都可以应用于燃料电池汽车的控制系统中。因此，燃料电池汽车一样可以发展无人驾驶或智能驾驶。
燃料电池车是以燃料电池为主要电源和以电动机驱动为惟一的驱动模式的电动车辆，燃料电池汽车的基础结构多种多样，按照驱动方式可分为纯燃料电池驱动和混合驱动两种，区别主要在于是否加装了辅助电源，辅助电源一般用蓄电池（铅酸电池）、碱性电池或超级电容器。
目前，因受到燃料电池启动较慢和燃料电池不能用充电来储存电能的限制，多数燃料电池汽车都要增加辅助电源来加速燃料电池车的启动，所需要的电能和储存车辆制动反馈的能量。
因此一般的燃料电池汽车大多是混合驱动型车，其动力系统关键装备除了燃料电池，还包括DC/DC 转换器、驱动电动机及传动系统、辅助电源。
辅助电源及管理系统是混合型燃料电池汽车动力系统中的重要组成部分，在汽车启动、加速、爬坡等工况下，需要驱动功率大于燃料电池可以提供的功率时，释放存储的电能，从而降低燃料电池的峰值功率需求，使燃料电池工作在一个稳定的工况下，而在汽车怠速、低速或减速等工况下，燃料电池功率大于驱动功率时，存储动力系统富余的能量，或在回馈制动时，吸收存储制动能量，从而提高整个动力系统的能量效率。
目前应用于混合燃料电池汽车的辅助电源主要有如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、超级电容器等。由于蓄电池最便宜，目前辅助电源用的最多的还是蓄电池（铅酸电池），主要采用EFB 电池（增强型富液式铅酸电池）和AGM 电池（玻璃纤维吸附蓄电池），其供应商主要包括博世、法雷奥、德尔福和马自达等厂商。此外，镍氢电池由于其性价比优势，也是现在主流的燃料电池辅助电源方案之一。
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