電動汽車的關鍵能源動力技術包括電池技術、電機技術、控制器技術。電池技術、電機技術和控制器技術是電動汽車所特有的技術，這3項技術也是壹直制約電動汽車大規模進入市場的關鍵因素。 電池是電動汽車的動力源泉，也是壹直制約電動汽車發展的關鍵因素。電動汽車用電池的主要性能指標是比能量(E) 、能量密度(Ed)、比功率(P)、循環壽命(L)和成本(C)等。要使電動汽車能與燃油汽車相競爭，關鍵就是要開發出比能量高、比功率大、使用壽命長的高效電池。
電動汽車用電池經過了3代的發展，已經取得了突破性進展。
第1代是鉛酸電池，目前主要是閥控鉛酸電池(VRLA) ，由於其比能量較高、價格低和能高倍率放電， 因此是目前惟壹能大批量生產的電動汽車用電池。
第2代是堿性電池，主要有鎳鎘、鎳氫、鈉硫、鋰離子和鋰聚合物等多種電池，其比能量和比功率都比鉛酸電池高，因此大大提高了電動汽車的動力性能和續駛裏程，但其價格卻比鉛酸電池高。
第3代是以燃料電池為主的電池，燃料電池直接將燃料的化學能轉變為電能，能量轉變效率高，比能量和比功率都高，並且可以控制反應過程，能量轉化過程可以連續進行，因此是理想的汽車用電池還處於研制階段，壹些關鍵技術還有待突破。
廣泛應用於電動汽車的燃料電池是壹種稱為質子交換膜的燃料電池(PEMFC) ，它以純氫為燃料，以空氣為氧化劑，不經歷熱機過程，不受熱力循環限制，因此能量的轉換效率高，是普通內燃機熱效率的2～3倍。同時，它還具有噪音低、無汙染、壽命長、啟動迅速、比功率大和輸出功率可隨時調整等特性，使得PEMFC非常適合用作交通工具的動力源。 美國和加拿大是燃料電池研發和示範的主要區域，在美國能源部（DOE）、交通部（DOT）和環保局（EPA）等政府部門的支持下，燃料電池技術取得了很大的進步，通用汽車、福特汽車、豐田、戴姆勒奔馳、日產、現代等整車企業均在美國加州參加燃料電池汽車的技術示範運行，並培育了美國的UTC（聯合技術公司）、加拿大的巴拉德（Ballad）等國際知名的燃料電池研發和制造企業美國通用汽車公司2007 年秋季啟動的Project Driveway 計劃，將100 輛雪佛蘭Equinox 燃料電池汽車投放到消費者手中，2009 年總行駛裏程達到了160萬km。同年，通用汽車宣布開發全新的壹代氫燃料電池系統，新系統與雪佛蘭Equinox 燃料電池車上的燃料電池系統相比，新壹代氫燃料電池體積縮小了壹半，質量減輕了100 kg，鉑金用量僅為原來的1/3。通用汽車新壹代燃料電池汽車的鉑金用量已經下降到30 g，按照目前國際市場價格，鉑金為300~400 元/g，100 kW燃料電池的鉑金成本約為1 萬元人民幣，燃料電池的成本大幅度下降。預計到2017 年，100 kW燃料電池發動機的鉑金用量將下降到10~15 g，達到傳統汽油機三效催化器的鉑金用量水平。
美國在2006 年專門啟動了國家燃料電池公***汽車計劃（National Fuel Cell City Bus Program，NFCBP），進行了廣泛的車輛研發和示範工作，2011 年美國燃料電池混合動力公***汽車實際道路示範運行單車壽命超過1.1 萬h 。美國在燃料電池混合動力叉車方面也進行了大規模示範，截至2011 年，全美大約有3000 臺燃料電池叉車，壽命達到了1.25 萬h 的水平。燃料電池叉車在室內空間使用，具有噪音低、零排放的優點。 歐洲的燃料電池客車示範計劃，完成了第6 框架計劃（Framework Program，2002—2006）和第7 框架計劃（2007—2012），目的是突破燃料電池和氫能發展的壹些關鍵性技術難點，在CUTE (Clean Urban Transport for Europe, 歐洲清潔都市交通）及歐盟其他相關項目支持下，各個城市開展燃料電池公***汽車示範運行，今年新的計劃 CHIC（ Clean Hydrogen in European Cities, 歐洲清潔都市交通）開始實施，包括阿姆斯特丹、巴塞羅那、漢堡、倫敦、盧森堡、 馬德裏、波爾圖、斯德哥爾摩、斯圖加特、冰島以及澳大利亞珀斯， 即澳大利亞STEP 項目（Sustainable Transport Energy Program，可持續交通能源計劃）等，歐洲在燃料電池汽車的可靠性和成本控制等方面取得了長足的進步。
在德國，2012 年6 月，主要的汽車和能源公司與政府壹起承諾，建立廣泛的全國氫燃料加註網絡，支持發展激勵計劃，即到2015 年，全國建成50 個加氫站，為全國5000 輛燃料電池汽車提供加氫服務[7] 。戴姆勒奔馳於2011 年開展燃料電池汽車的全球巡回展示，驗證了燃料電池轎車性能已經達到了傳統轎車的性能，具備了產業化推廣的能力。戴姆勒集團參與“ Hy FLEET：CUTE（2003-2009）”項目。36 輛梅賽德斯－奔馳Citaro 燃料電池客車已由20 個交通運營商進行運營使用，運營時間超過14 萬h、行駛裏程超過220 萬km。但是第壹代純燃料電池的客車，壽命只有2 000 h，經濟性較差。戴姆勒集團與2009 年開始推出第二代輪邊電機驅動的燃料電池客車，主要性能達到了國際先進水平，其經濟性大幅度改善，燃料電池耐久性達到1. 2 萬h。
德國西門子公司研發的燃料電池，已經成功地應用於德國的214 型潛艇上（氫氧型） [11] 。2007 年德國戴姆勒奔馳公司，美國福特汽車公司和加拿大Ballard公司合作， 成立AFCC 公司（Automotive Fuel Cell Cooperation，車用燃料電池公司），以研發和推廣車用燃料電池。2013 年年初，寶馬公司決定與燃料電池技術排名第壹的企業——豐田汽車公司合作，由豐田公司向寶馬公司提供燃料電池技術。 從全球範圍看，日本和韓國的燃料電池研發水平處於全球領先，尤其是豐田、日產和現代汽車公司，在燃料電池汽車的耐久性，壽命和成本方面逐步超越了美國和歐洲。豐田公司的2008 版FCHV-Adv 在實際測試中，實現了在－37 ℃順利啟動，壹次加氫行駛裏程達到了830km，單位裏程耗氫量0.7 kg/（100 km），相當於汽油3L/（100 km），如圖3 所示 [12] 。2013 年11 月，豐田在“第43 屆東京車展2013”上，展出了計劃在2015 年投放市場的燃料電池概念車，作為技術核心的燃料電池組目前實現了當時公開的全球最高的3 kW/L 功率密度。該燃料電池組去掉了加濕模塊，不但降低了成本、車質量和體積，還減少了燃料電池的熱容量，有利於燃料電池在低溫條件下迅速冷啟動。如圖5所示為豐田公司的FCHV-Adv。
目前豐田汽車公司在擴大混合動力汽車的同時，重點針對燃料電池汽車的產業化進行準備，擬在2015年投放新壹代燃料電池轎車，進行批量生產；2016 年生產（與日野合作）新壹代燃料電池客車。和豐田汽車公司類似，日產汽車也投入巨資開展燃料電池電堆和轎車的研發，2011 年日產的燃料電池電堆，功率90 kW，質量僅43 kg，2012 年，日產汽車公司研發的電堆功率密度達到了2.5 kW/L，這在當時是國際最高水平[14] 。另外，本田公司新開發的FCX Clarity燃料電池汽車，能夠在－ 30℃順利啟動，續駛裏程達到620 km[15] ，2014 年，本田宣布的新壹代燃料電池堆功率密度也達到3 kW/L。韓國現代從2002 開始研發燃料電池汽車，2005 年采用巴拉德的電堆組裝了32 輛運動型多功能車(sports utility vehicle，SUV)，2006 年推出了自主研發的第壹代電堆，組裝了30 臺SUV，4 輛大客車，並進行了示範運行；2009—2012 年間，開發了第2 代電堆，裝配100 臺SUV，開始在國內進行示範和測試，並對電堆性能進行改進；2012 年，推出了第3 代燃料電池SUV 和客車，開始全球示範；2013 年，韓國現代宣布將提前2年開展千輛級別的燃料電池SUV（現代ix35）生產，在全球率先進入燃料電池千輛級別的小規模生產階段。該SUV 采用了100 kW燃料電池，24 kW鋰離子電池，100 kW電機，70 MPa 的氫瓶可以儲存5.6 kg 氫氣， 新歐洲行駛循環（New European Drive Cycle，NEDC) 循環工況續駛裏程588 km，最高車速160 km/h。 在中國國家“八六三”高技術項目、“十五規劃”的電動汽車重大科技專項與“十壹五規劃”節能與新能源汽車重大項目的支持下，通過產學研聯合研發團隊的刻苦攻關，中國的燃料電池汽車技術研發取得重大進展，初步掌握了整車、動力系統與核心部件的核心技術，基本建立了具有自主知識產權的燃料電池轎車與燃料電池城市客車動力系統技術平臺，也初步形成了燃料電池發動機、動力電池、DC/DC 變換器、驅動電機、供氫系統等關鍵零部件的配套研發體系，實現了百輛級動力系統與整車的生產能力。中國燃料電池汽車正處於商業化示範運行考核與應用的階段，已在北京奧運燃料電池汽車規模示範、上海世博燃料電池汽車規模示範、UNDP（United Nations Development Programme， 聯合國開發計劃)燃料電池城市客車示範以及“十城千輛”、廣州亞運會、
深圳大運會等示範應用中取得了良好的社會效益中國燃料電池轎車采用獨具特色的“電—電混合”動力系統平臺技術方案，具有“動力系統平臺整車適配、電—電混合能源動力控制、車載高壓儲氫系統、工業副產氫氣純化利用”的技術特征。在“十五規劃”研發的基礎上，“十壹五規劃”新壹代燃料電池轎車動力系統結合整車平臺的改變，采用扁平化的動力系統布置方式，燃料電池發動機氫氣子系統、空氣子系統與冷卻系統采用模塊化分散布置的模式，增加了動力系統與整車適配的柔性，明顯提升整車的人機工程性能。同時，優化集成DC/DC 變換器、DC/AC控制器以及電動空調和低壓變換器等功率元器件的動力系統控制單元，在提升模塊化的同時方便集中處理電磁兼容、系統冷卻以及電安全等問題，體現了電動
汽車動力系統集成設計的方向。與“十五規劃”燃料電池轎車動力系統相比，新壹代動力系統的性能得到進壹步優化與提高。主要表現在：燃料電池發動機功率從40 kW 提高到55 kW；動力蓄電池容量從48 kWh 減小到26 kWh ；電機功率從60 kW 提高到90 kW；電機控制器(DC/AC) 功率提高35%，體積比功率增加12.5%。同時，動力系統繼續保持燃料經濟性的技術優勢，在車輛整備質量增加近250 公斤的前提下整車動力性明顯提高，燃料經濟性則
仍然保持在1.2 kg/(100 km) 的原有水平。中國國家“八六三”高技術項目持續支持燃料電池汽車的技術研發工作，“十二五規劃”期間為保持中國電動汽車技術制高點，繼續保持了對燃料電池汽車的支持力度。從產業界來看，即使在“十五、十壹五規劃”燃料電池汽車全球產業化熱潮期間，中國汽車工業界並沒有在燃料電池汽車方面有明顯投入，進入“十二五規劃”後，在燃料電池汽車產業化趨於理性化的大背景下，上汽集團制定了燃料電池汽車發展的五年規劃，以新源動力為燃料電池電堆供應商，開始投入大量資金研發燃料電池汽車，目前正進行第3 代燃料電池轎車FCV 的開發，在2011 年必比登比賽中，上汽開發的FCV 在燃料電池轎車組別中，名列第3。
同濟大學已開展多輪燃料電池轎車的研發工作，研制的燃料電池轎車已在奧運會、世博會進行大規模示範運行。在“十二五規劃”期間，同濟大學將為中國第壹汽車集團公司、東風汽車公司、奇瑞汽車股份有限公司和中國長安汽車集團股份有限公司集成燃料電池轎車。在中國城市循環條件下，代表性燃料電池混合動力轎車的技術參數如表6 所示。