2015年氢燃料电池汽车进入贸易化初期阶段。丰田Mirai正在美国和欧洲发售，并有盘算引入中国。而我国燃料电池客车曾经完结贸易演示运营，种种机能目标已根基抵达运营请求，着手向大领域物业化迈进。然而，一种新的能源体例要获得推行和使用，其平安性是该当起首被眷注的。氢气易挥发、易燃、易爆及氢脆等特色，使得氢气正在应用进程中存正在必然的平安隐患。其余，因为对氢气应用的阅历不足丰厚，驾驶员正在应用氢燃料电池汽车时，情绪上也存正在着较大的疑虑。本文对氢能平安及正在燃料电池汽车上采纳的平安手段举办了阐发先容，使人们对燃料电池汽车的

摘要:2015年氢燃料电池汽车进入贸易化初期阶段。丰田Mirai正在美国和欧洲发售，并有盘算引入中国。而我国燃料电池客车曾经完结贸易演示运营，种种机能目标已根基抵达运营请求，着手向大领域物业化迈进。然而，一种新的能源体例要获得推行和使用，其平安性是该当起首被眷注的。氢气易挥发、易燃、易爆及氢脆等特色，使得氢气正在应用进程中存正在必然的平安隐患。其余，因为对氢气应用的阅历不足丰厚，驾驶员正在应用氢燃料电池汽车时，情绪上也存正在着较大的疑虑。本文对氢能平安及正在燃料电池汽车上采纳的平安手段举办了阐发先容，使人们对燃料电池汽车的平安性有更深刻的了然和看法。

任何能源都有必然的平安性题目，只须正在应用进程中，遵照其根基特色，通过科学计划，合理应用，就会避免或者消浸其危险，为人类的开展供应能量。

氢能行为一种明净能源，具有易燃、易爆及氢脆等平安性题目。但这些平安危险的涌现都是正在必然境况条款下出现的，只须正在应用进程中独揽需要条款，就可避免氢气的危险。比如，氢气爆炸极限是体积密度抵达4.0%～75%，即氢气正在氛围中的体积浓度正在4.0%～75%之间时，遇火源就会爆炸，而当氢气浓度小于4.0%或大于75%时，纵使碰到火源，也不会爆炸。

平时情景下，氢的密度仅为氛围的7%（一个圭臬大气压下，0℃下，密度为0.0899g/L），与汽油、丙烷和自然气比拟，具有更大的浮力(敏捷上升)、扩散性(横向转移)和敏捷挥发性。氛围中很难蚁合高浓度的氢，要是发作泄露，氢气会疾捷扩散，特地是正在盛开境况中，很容易敏捷遁逸，而不像汽油挥发后滞留正在氛围中不易疏散。美国迈阿密大学的Swain博士做过一个出名的试验，如图1-1所示。两辆汽车离别用氢气和汽油作燃料，然后举办泄露焚烧试验。焚烧3秒后，高压氢气出现的火焰直喷上方，汽油则从汽车的下部着火；到1分钟时，用氢气作燃料的汽车只要漏出的氢气正在燃烧，汽车没有大题目，而汽油车则早已成为大火球，全体烧光。是以氢气易挥发的本质，与平时汽油车比拟，有利于汽车的平安。

综上，只须合理提防独揽氢气的倒霉平安要素，就会避免出现平安危险。氢工业持久以还的平安运转以及氢能正在航空航天等范围的渊博使用，都足以阐明这一点。

国表里对燃料电池汽车拟订了良众圭臬和范例，个中65%以上的实质是针对平安性的法则。燃料电池汽车的氢平安性，苛重是指燃料电池汽车运转进程中车载氢体例的平安，苛重包罗高压供氢体例、燃料电池发电体例的平安性等。目前，为了包管车载氢体例的平安，各企业苛重从原料拣选、氢透露监测、静电防护、防爆、阻燃等方面举办提防和独揽。

氢气与金属原料接触会出现氢脆效应，氢脆是溶于金属中的高压氢正在个别浓度抵达饱和后惹起金属塑性低落、诱发裂纹以至开裂的景色。氢正在常温常压下并不会对钢出现明白的侵蚀，但正在高温高压下，会出现氢脆，使其强度大大消浸，导致失效。要是与氢接触的原料拣选失当，就会导致氢泄露和燃料管道失效。目前，高压储氢瓶拣选铝合金或合成原料来避免氢脆的出现。比如，丰田Mirai储氢瓶采用高强度的羼杂原料，由三层布局构成，最内层原料是高强度会合物，中层是加强碳纤维和高强度会合物的羼杂原料，外层是玻璃纤维和高强度会合物的羼杂原料，其他厂家也有相同的计划，比如昆腾(Quantum)和丁泰克(Dynetek)现正在出售的塑料内胆和铝内胆碳纤维围绕的高压储氢瓶具有重量轻、单元重量储氢密度上等利益，与钢制容器比拟很好地处置了氢脆题目。国内的燃料电池汽车高压氢瓶苛重采用铝内胆加碳纤维围绕的Ⅲ型气瓶。。

种种燃料管道以及阀件也都采用实用于氢介质的原料，如抗氢脆的不锈钢（316L，耐压大于5000psi）、铝合金原料或会合物，而且储瓶、管道及阀件所能担当的压力留有足够的平安余量，储氢瓶的安设及高压氢气衔接管材质均应相符合联国家范例的平安请求。这些原料的应用，均可避免氢脆的发作。

为了预防电道中出现电火花点燃氢气而出现燃烧或爆炸事项，燃料电池汽车的电气元件、管道、阀体均采用相应的防爆、防静电、阻燃、防水、防盐雾原料。比如，燃料电池汽车的氢检测传感器均选用防爆型，而不消触点式传感器，由于触点式传感器正在氢气含量抵达设定值时通过触点的作为输出信号，容易出现触焚烧花而激发事项；为了预防继电器触点作为时出现电弧放电而点燃氢气，氢平安执掌体例中所用的继电器选用防爆固态继电器；元器件的防水防尘品级为IP67，此后将慢慢降低；线束原料的阻燃级别：笔直燃烧V0和水准燃烧ＨＢ级，均为最上等级请求。

氢体例的防护手段，苛重是对高压储氢瓶及氢气管道举办平安计划，安设种种平安办法。如2-1车载氢体例性能框图所示，燃料电池汽车的氢体例平安防护编制是由排空管、平安阀、手动截止阀、单向阀、泄压球阀、碰撞传感器、温度传感器、压力传感器、电磁阀、碰撞传感器等组成，并正在监控体例中设定相应的防护值，一朝发作很是情况，则通过氢体例独揽器将种种监控消息通报给种种平安办法，实时断开或紧闭，使燃料电池汽车处于平安状况。

（1）气瓶平安阀：当储氢瓶氢气压力越过设定值后能主动泄压。比如正在瓶体温度因为某种缘故猝然升高酿成瓶内气体压力升高，当压力越过平安阀设定值时，平安阀主动泄压，包管气瓶正在平安的管事压力范畴之内。

（2）温度传感器：通过气体温度的蜕变判别外界是否有很是情景发作。要是气体温度猝然快速上升时，若非温度传感器滞碍，则正在气瓶界限也许有火灾发作，可通过氢体例独揽器立刻报警。

（3）气瓶电磁阀：气瓶电磁阀为12V直流电源驱动，无电源时处于常闭状况，苛重起开合气瓶的效用，与氢气泄露报警体例联动。当体例寻常通电管事时，电池阀处于开启状况，一朝泄露氢气浓度抵达扞卫值则主动紧闭，从而抵达割断氢源的宗旨。

（4）手动截止阀：平时处于常开状况，当气瓶电磁阀失效时可能手动割断氢源。电磁阀和手动截止阀笼络效用，可有用地避免了氢气泄露。

（5）压力传感器：用于判别气瓶中节余氢度量，包管车辆的寻常行驶。当压力低于某值时可能提示驾驶员加注氢气。

（9）减压阀：将氢气的压力调治到燃料电池所需求的压力。当涌现很是情景，可能与针阀、平安阀联动将氢气瓶中的剩余氢气平安放空。

（10）热熔栓：创立正在高压氢瓶内，可预防周边着火导致氢瓶发作爆炸。一朝温度传感器检测到储氢瓶周边温渡过高，则氢瓶内的热熔栓将熔化，使氢气低流速开释，要是周边有火源，只涌现氢气迂缓燃烧而避免爆燃情景发作。

车载氢体例平安监控苛重是对储氢瓶体例、搭客舱、燃料电池带动机体例以及尾气排放处的氢气透露、体例压力、体例温度、电气元件及其他器件举办及时监控，确保燃料电池正在加氢、用氢进程中的平安。氢气平安监控体例苛重包罗氢体例独揽器、氢气泄露传感器、温度传感器和压力传感器等元器件。氢体例独揽器正在管事进程中，氢体例独揽器监控氢瓶及氢管道平安、氢气泄露状况及整车运转状况，只须涌现很是，随时主动紧闭供氢体例，包管燃料电池车辆平安。

正在储氢瓶口、搭客舱及燃料电池带动机体例易于蚁合和泄露处均安顿众个氢气透露传感器，及时监测车内的氢含量，一朝发作氢泄露立刻采纳反映解决，确保搭客平安。并且当有任何一个传感器检测到的氢体积分数越过氢爆炸下限(氛围中的氢体积含量为4％)的10％、25％和50％时，监控器会离别发出I级、 II级、11I级声光报警信号。的确独揽手段，如表2-1所示。

车载氢体例加氢时，当氢体例独揽器检测到氢瓶内压力越过设定的加注压力或低于设定的低压值时，立刻向整车管道体例和加氢机发送截至加氢及氢瓶压力过高或过低的报警消息。

其余，加氢枪安设了温度传感器及压力传感器，同时还具有过电压扞卫、境况温度赔偿、软管拉断裂扞卫及优先序次加气独揽体例等性能。

当氢体例独揽器检测到气瓶的温度越过或低于设定温度时，立刻紧闭电磁阀，并将氢瓶内温渡过高或过低的报警消息发送给整车管道体例和加氢机哀告完结寻常管事，同时消息提示滞碍气瓶编号，通过声光报警体例报告司机，立刻采纳相应手段。

当车载氢体例供氢时，氢体例独揽器检测低压压力越过或低于设定值时，立刻合断电磁阀，并将管道超压或管道低压的报警消息发送给整车打点体例哀告完结寻常管事，同时声光报警提示司机采纳需要手段。

氢体例独揽器到电气元件发作短道时，立刻紧闭氢体例整个电磁阀并使氢体例断电，同时通过声光报警提示司机氢体例短道，采纳相应的平安手段。

燃料电池汽车的碰撞平安苛重包罗储氢体例、氢气管道、燃料电池堆、百般阀门、衔接头号合节部件正在发作碰撞时不行遭遇捣鬼。目前，对燃料电池氢平安的碰撞防护计划除了合节零部件具有防撞才智外，苛重通过名望摆设、固定安装扞卫和惯性开合监控碰撞并与整车监控体例联动，主动断电、主动紧闭阀门等手段来避免灾难的发作。比如，燃料电池羼杂动力客车的高压储氢瓶大凡放正在车辆前置顶部，燃料电池模块放正在客车后置顶部，动力电池安顿于地板下方。前置的储氢瓶，通过车顶部的管道与车辆后部的燃料电池体例衔接，正在发作透露时，氢气可能疾捷排放到大气中去。燃料电池模块对车身布局根基无影响，而动力电池安顿正在地板下方，则分身了车身重心低平稳性好，如图2-2所示。

高压储氢瓶组是燃料电池供氢体例中的储能部件，也是平安隐患的来源所正在。目前，通过用足够强度的专用储氢体例固定支架将氢瓶组、氢瓶阀及高压管道集成正在一块，并用钢带维持，以包管正在碰撞进程中，高压氢瓶的动态位移不会太大，从而避免酿成衔接管道的断裂和变形导致氢气洪量泄露。何雍等(2011)对燃料电池实车举办了带压前碰和零压后碰试验，马春生等（2014）对燃料电池大客车侧翻状况下氢体例和燃料电池的加快率和动态位移情景举办了仿真磋商。结果声明，燃料电池和氢气瓶能抵达预期所范例的请求。

其余，因为碰撞进程极为庞杂，纵使零部件曾经计划的特殊稳固，也有也许酿成某处零部件的损坏，并最终导致氢气泄露，是以，为了提防此情况的发作，正在整车前进行了惯性开合的冗余计划，起码创立2个且正在车身的区别部位。当发作碰撞时惯性开合被激活，将碰撞信号传送至氢体例独揽器，氢体例独揽器立刻发出指令紧闭储氢瓶阀门，断开氢气供应，将氢气的泄露量消浸至最低。惯性开合的冗余计划不光确保种种碰撞工况都可能被检测到，并且也可避免因某个惯性开合发作滞碍而检测不到碰撞情景的发作。

燃料电池汽车的平安是燃料电池汽车物业开展的根蒂，目前各企业正在燃料电池汽车上采纳的平安手段，经历众年的实践演示运营阐明是牢靠的。跟着燃料电池本钱低落和机能连续降低，燃料电池汽车曾经根基抵达和古板汽车相媲美的水准，燃料电池汽车贸易化、领域化、物业化是将来开展趋向。

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