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深度 氢燃料电池汽车各环节安全性剖析

来源:星空集团    发布时间:2025-02-27 02:08:25

  作为未来汽车技术主要方向之一,国内多家车企正在发足马力强化氢燃料电池的发展:包括上汽集团、宇通客车、福田汽车、中植集团等多家车企。

  而大洋电机更是豪掷13.4亿投氢燃料电池项目,引发氢能源项目开发投资的热潮。

  甚至有人预言氢燃料电池车将引领汽车行业下一场革命,但是高压储氢瓶以及氢的爆燃效果,还是让人会对氢燃料电池车产生了疑虑:它安全么?会爆炸么?

  氢气作为新兴能源其安全应用已经十分成熟,现有的燃料电池车辆安全设计可以有效解决氢气泄露问题,并降低汽车剧烈碰撞等各种场合下发生氢气爆炸的可能。与燃油车和锂电池车相比,燃料电池车的安全系数很值得信赖。

  氢燃料电池车的安全性,不只是氢燃料电池安不安全的问题,实际上氢燃料电池车从设计研发到量产运行,已形成了一个较为完备的科学体系。

  让我们从氢气的特性、储运过程、燃料电池车辆的安全设计、事故和极端情况下的车辆安全、加氢设施的安全规范等角度来看它的安全性吧。

  在许多情况下,氢比我们目前用来驱动的汽车燃料更安全。作为液体,碳基燃料一旦泄露就会流动散布开来。

  当传统燃料燃烧时,会产生灰烬,同时辐射大量的热。然而氢却不是这样。氢燃烧时不产生热的灰烬,很少辐射热量。

  更重要的是,当氢气泄漏时,它不是流动开来,而是迅速挥发散布在大气中,所以它基本上没有时间来燃烧。

  “氢气作为工业气体已经有很长的使用历史,安全准则规范完整,有标准的操作规程”

  从现阶段加氢站对运输距离(500Km,200Km为宜)和运输规模 (10吨/天)的需求来看,氢气最佳的运输方式仍是气氢拖车。

  空载气氢拖车在集中制氢厂加氢到满载,然后车辆行驶到加氢站,直接卸下车上管状储存容器作为加氢站的存贮设备,同时拾起原本位于加氢站的空 载管状容器,运回集中生产厂开始新一轮的加载。

  气瓶内外表面均经过喷丸处理,并用内窥摄像系统逐只进行内部全方面检查确保不得有任何裂纹状缺陷存在。

  “为了将常温下将7KPa的氢气多步压缩至35MPa甚至更高专供氢气长管车充装,整个氢气充装工艺十分复杂,包括压缩机、罐装系统等各环节都有相应的安全措施。”

  氢气压缩机采用控制器进行集中控制,控制管理系统还设致有各种自动保护功能和故障报警信息数据显示功能,可以监控压缩机各处压力,一旦压力超出规定范围,压缩机连锁自动停机以保证安全。

  超压保护:在氢气充上设置氢气超压泄压安全阀,避免氢气充装系统发生超压事故。

  “车载供氢系统是燃料电池汽车的重要组成部分,功能主要是为燃料电池系统提供稳定压力的氢气,而其安全措施主要从预防与监控两方面着手。”

  车载供备系统主要由加注口、单向阀、安全阀、溢流阐、减压阀、电磁阀、热溶栓、压力和温度传感器以及氢管路等零部件组成.其不仅具备过温保护、低压报警,过压保炉、过流保护等功能:还考虚到了碰撞安全、氢气泄漏的控制等。

  用于储存氢气的氢瓶和系统管路由于氢脆等原因对其要求比较高,因此选择的材料以及保护结构对储氢系统的安全至关里要。

  采用铝合金内胆碳纤维缠绕的高压储 氢瓶,其重量轻,单位储氢密度高,具有优良的韧性和抗撞击性能

  采用整体式设计,整个框架通过3根横梁和2根纵梁将氢气集成到一个框架 总成中,保证在碰撞时,高压储氢罐的动态位移不会太大,避免断裂。

  氢管路中大多采用316不锈钢材料质地的管路,其在氢气中的拉伸性能、疲劳性和劳裂纹扩展性能出众,具有较好的氢脆性能。

  燃气管排出氢气的方向是顺延车底部的前后方向,可保护车舱内不会被火焰殃及。

  多样化电池汽车出厂时的安全性和一致性:除了保证车载氢气系统安全性之外,相关的安全检测应用到燃料电池汽车动力系统的开发方面。燃料电池汽车在出厂之前就要做多次安全性测试。

  密切的监控体系确保燃料电池车在实际运行时的安全性,根据不同的要求,在燃料电池车上对氢气传感器类型、数量以及布致的位置均有一定的要求。

  一般来说,出于对安全性能考虑,燃料电池车总共要求安装4个氢气传感器,而所有传感器信号需直接传送到仪表盘的醒目位置,及时通知驾驶员。

  国内外著名的燃料电池车厂商都针对储氢瓶的安全性在各类条件下做了多方面实践测试,多角度的展示了氢气储备和使用技术下氢能的安全性是十分有保障的。

  在丰田内部的氢燃料泄露测试中,与汽油车相比,氢燃料汽车具备更高的安全可靠性。

  通过实际的安全试验和模拟,显而易见氢气实际上有着可以与传统燃油比肩的安全性,甚至更安全。氢气爆炸的现象很难在现实中出现。

  除了以上问题之外,还有一个至关重要的问题:加氢站是构建未来燃料电池汽车网络的重要环节

  加氢站的安全设计需要抿据加氢站自身的设备组成和加氢模式建立相应的技术规范。

  我国也于2010年颁布了 《加氢站技术规范》(GB50516-2010)其中的标准和要求等主要参考了制氢站的标准,结合原有的《建筑规划设计防火规范》,共同对国内加氢站建设起到了指导作用。

  加氢装置安全:加气抢连接到车的加气口后被电磁机构锁住,安全性和电动车充电接头的水平相当,在给气瓶充气时,可有很大效果预防气体进入电池。

  值得一提的是,日本最新法律规定,用户不允许自己操作加氢设备,而应由专业工作人员完成加氢工作,也是出于防止事故犮生的考虑。

  加氢站内存储的大量高压氢若发生池漏,极易形成大规模可燃气云, 一经点燃便会引发剧烈的爆炸事故,是最主要的安全威胁。

  国内研究机构有对于加氢站高压氢气泄漏爆炸进行模拟研究,对于防爆区域划分、事故防范控制措施制定等方面都具有指导和检验意义。

  由于氢气扩散速度快,即使发生泄露也主要是垂直上升扩散,不会蔓延到周边地区。

  且在可燃气云被引燃爆炸的情况下,只要站内设施的布置符合安全距离规定,防爆墙设置合理,能保证事故范围和影响在有限范固内,说明加氢站建设规范合理有效,能够保障整体安全性。

  在充分考虑氢气特性的前提下,氢燃料电池车,有防弹级别的储氢瓶、有科学严密的运输方式和安全可靠的加氢设施做保障,有效解决氢气泄露问题,并降低汽车剧烈碰撞等各种场合下发生氢气爆炸的可能。

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