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深度解析丨氢燃料电池车安全吗?

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深度解析丨氢燃料电池车安全吗?

发布日期:2018-04-13 作者:全球氢能燃料技术大会暨展览会 点击:

近日,随着科技部部长万钢的讲话,发展氢燃料电池车的话题也在不断升温。作为未来汽车技术主要方向之一,国内多家车企也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。

 

供氢系统


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?


供氢系统

 

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,已经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。

 

从氢气的特性上来看:

 

扩散快,不易形成可爆炸气雾,且其泄露能量和爆炸当量较低

 

氢气的特性

 

☑ 泄露性

泄露速度快于常见燃料,但泄露总能量不高。

 

☑ 扩散力

具有很高的扩散系数和浮力,泄漏时可迅速降低浓度。

 

☑ 爆炸性

爆炸极限范围宽,但爆炸能很低且不产生浓烟和灰霾。

 

☑ 氢脆现象

会引起金属脆化裂纹,可以选用合适的材料防护避免。

 

供氢系统


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,而是迅速挥发散布的大气中,所以它几乎没有时间来燃烧。

 

从氢气的储运过程上来看:

 

供氢系统


氢气作为工业气体已经有很长的使用历史,安全规范完整,有标准的操作规程


氢气的储运

 

☑ 运氢的方式主要分为气氢拖车运输、气氢道运输和液氢罐车运输。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。

 

☑ 气氢拖车系统的运行过程如下

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。

 

气氢拖车安全措施

 

☑ 气瓶质量

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面检查确保不得有任何裂纹状缺陷存在。

 

☑ 爆破片装置

装在气瓶的两端,较安全阀体枳小、重量轻,但密封十分可靠。

 

☑ 压力表和温度计

实时监测气体压力和温度。

 

☑ 安全联锁装置

装卸气过程中严禁拖车启动运行。防止装卸软管等连接部位拉断、气体泄漏等。

 

☑ 导静电装置

随时导出运行时及充卸气时积聚的静电荷,不至于突然放电而产生电火花。

 

氢气的充装方式

 

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。”

 

☑ 氢气圧缩机的安全保障

氢气压缩机采用控制器进行集中控制,控制系统还设致有各种自动保护功能和故障报警信息显示功能,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。

 

☑ 氢气充装系统的安全保障

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。

 

回流保护:在氢气上设置氢气回流阀,域少排放大气的氢气量。

 

放空保护:在充装排上设置氢气放空管通,避免形成爆炸性混合气体。

 

车辆安全设计

 

车载供氢系统:设计与材料双管齐下,实现安全用氢多重保障

 

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。

 

☑ 技术设计角度

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。

 

☑ 零部件制造角度

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。

 

储氢瓶安全吗

 

供氢系统


氢气瓶的设计

 

☑ 储氢瓶材料的选择

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

 

☑ 储氢罐保护

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。

 

☑  氢系统管路

氢管路中大多采用316不锈钢材质的管路,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。

 

☑ 燃气管设计

燃气管排出氢气的方向是顺延车底部的前后方向,可以保护车舱内不会被火焰殃及。

 

氢燃料电池整车:

 

燃料电池整车:拥有严格的性能测试与密切的氢气监控体系

 

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。

 

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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。燃料电池车氢气传感器核心感应元件都使用铂金制造,稳定性高。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。

 

极端情况下的车辆安全

 

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。

 

供氢系统


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,不难看出氢气实际上有着可以与传统燃油比肩的安全性,甚至更加安全。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。世界上已经有10多个国家制定了加氢站法规,包括日本、美国、英国等。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《建筑设计防火规范》,共同对国内加氢站建设起到了指导作用。

 

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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,可有效防止气体进入电池。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。

 

供氢系统


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