環境污染、全球變暖、能源短缺的壓力，使傳統的內燃機汽車在進入二十一世紀時面臨前所未有的挑戰，汽車制造商都努力嘗試使用新能源來提高汽車的經濟環保特性。各國政府及各大汽車制造商都紛紛投入巨資進行質子交換膜燃料電池（PEMFC）電動汽車的研究與開發。燃料電池汽車技術與傳統汽車、純電動汽車技術相比，具有下面的優勢。

　　（1）效率高 燃料電池的工作過程是化學能轉化為電能的過程，不受卡諾循環的限制，能量轉換效率較高， 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％，而高效汽油機和柴油機汽車整車效率分別為16－18％和22－24％

　　（2）續駛里程長 采用燃料電池系統作為能量源，克服了純電動汽車續駛里程短的缺點，其長途行駛能力及動力性已經接近于傳統汽車。

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

　　（4）過載能力強 燃料電池除了在較寬的工作范圍內具有較高的工作效率外，其短時過載能力可達額定功率的200％或更大。

　　（5）低噪音 燃料電池屬于靜態能量轉換裝置，除了空氣壓縮機和冷卻系統以外無其它運動部件，因此與內燃機汽車相比，運行過程中噪音和振動都較小。

　　（6）設計方便靈活 燃料電池汽車可以按照X－By－Wire的思路進行汽車設計，改變傳統的汽車設計概念，可以在空間和重量等問題上進行靈活的配置。 在燃料電池汽車國際大開發的背景下，根據中國汽車工業發展的戰略需要，中國國家高技術研究發展計劃（863計劃）的“十五”計劃把燃料電池城市客車列為電動汽車重大專項中的一個重要子課題。

　　燃料電池城市客車項目從2002年初啟動，清華大學汽車安全與節能國家重點實驗室為研究工作的主要承擔單位，第一輛原型車已經在2002年底通過國家驗收。

　　1、整車氫源與動力系統結構選擇

　　設計863燃料電池城市客車首先要選擇適合于中國的經濟條件和道路條件的氫源方案與動力系統結構。

　　1.1氫源方案比較

　　車上供氫系統可分為車載制氫和車載純氫兩大類。

　　1．1．l車載制氫

　　車載制氫需要內部高溫的燃料處理器，通過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）。其它物質如氨、金屬或金屬氫化物等也可以作為制氫原料。 從技術上看，醇類燃料制氫的溫度較低，制氫反應容易實現。其中甲醇通常被認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可行性。 烴類比醇類制氫難度大，主要表現在重整的溫度高和硫的脫除。烴類燃料中，天然氣由于是氣態燃料，車載儲運比較困難，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，氨因為作為制氫原料成本高、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、以及原料制備過程中的高排放，只能用于特殊的場合，而不適合于大規模的汽車行業。 車載制氫避免了固定的氫制取、運輸和加注等基礎設施及車載儲氫系統的技術問題和投資。不過，在目前中國進行燃料電池汽車自主開發的起步階段，選用車載純氫方案更加合理。首先，車載制氫需要復雜的高溫燃料處理器，其技術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、預期總成本（包括基礎設施、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性發展方面，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、及儲運分配等過程。在燃料電池汽車本身的設計中，主要考慮車載純氫的儲存技術。車載純氫儲存方法主要分為：高壓氫氣儲存、液態氫儲存、金屬貯氫、活性炭吸附貯氫和碳納米材料貯氫幾種。

　　（1）高壓氧氣儲存

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

　　（2）液態氫儲存

　　戴姆勒一克萊斯勒公司研制開發的NECAR3型和NECAR4型以及通用公司研制開發的“氫動一號”燃料電池電動汽車均采用液氫為燃料。理論上，在各種儲氫方式中，無論是從體積密度還是從重量密度的角度看，只有氫氣以液態儲存才能達到最高的儲存密度。目前，液氫存儲的重量比約5％－7.5％，體積容量約0．04kgH2/L。不過，由于低溫容器的熱漏損，液氫的生產、儲存、運輸對注，以及氫液化消耗大量的能量等問題，使攜帶液氫規模實施是不可行的。

　　（3）金屬氫化物儲氫

　　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。 金屬氫化物儲氫與壓力容器儲氫相比：①單位重量的儲氧量并不高，儲氫材料加上容器后，單位重量的儲氫量低于高性能材料的壓力容器，儲氫重量為總重量的1．5％以下。②單位體積的儲氫容量有所提高，為0．05kgH2/L。③儲氫壓力為1－ZMPa，遠低于壓力容器，提高了安全性，充氫站要求及充氫能耗皆降低。④金屬氫化物對氫氣中的少量雜質如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，因而提高了對原料氫的質量要求。⑤存在金屬氫化物的機械強度、反復充放后的粉碎等問題。目前，金屬氫化物可反復充放的次數不多且價格昂貴，所以以金屬氫化物作為儲氫方法的運行費用是很高的。③儲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過程中釋放或者需要的熱量。