鉅大LARGE | 點擊量：1892次 | 2019年05月05日
淺析氫燃料電池安全性
全國政協副主席、科技部部長萬鋼在視察國內龍頭燃料電池發動機企業時表示，中國氫燃料汽車產業發展需要形成“頂天立地、鋪天蓋地”的行業態勢。這無疑是對氫燃料電池企業的莫大鼓勵。隨著技術的發展，氫燃料電池受到越來越多投資者、企業的青睞，國家相關部門越來越重視，氫燃料電池被空前看好。
然而，氫燃料電池并非鋰電池，其技術門檻之高并非鋰電池所能比，由于普及程度不高，公眾對氫燃料電池的了解少，對氫燃料電池車的安全尚有疑慮。
氫氣本身特性：易燃易爆風險可控
氫氣是易燃易爆品，它的可燃范圍是4~75vol%，爆炸范圍是18~59%vol，無色無味，人們憑感官無法對氫氣的泄漏有所警覺，這或許就是人們對其有戒備心理的一個重要原因。其實氫氣并非不可捉摸，它的安全風險是可控的。
氫氣是最輕的氣體，在空氣中擴散速度快。據中國運載火箭技術研究院十五所研究員、航天新長征電動汽車技術有限公司首席專家靳殷實介紹，氫氣向上擴散速度幾乎可達到20m/s，是氮氣的2倍，天然氣的6倍。因此，除非受到屋頂、通風差的屋子或其他充有上升氣體的場所限制，氫氣的特性會防止它聚集在泄漏處周圍。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
靳殷實表示，氫氣在室內發生泄漏會暫時聚集在天花板處，最終將轉移到角落，因此，工業領域通常使用氫氣感測器來檢測氫氣泄漏。幾十年來，氫氣感測器保持了極高的安全記錄。
在開放空間，氫氣的擴散系數是汽油的12倍，從危險程度上看，汽油的爆炸能量是相同體積氫氣的22倍，在發生爆炸時，由于氫氣密度遠低于空氣，爆炸會發生在氣源上方，而汽油的爆炸則發生在燃料周圍，汽油的危險程度遠甚于氫氣。
關于人們對氫燃料電池車安全問題的疑慮，中國工程院院士衣寶廉解讀為，人們已經習慣于汽油作為燃料，對氫氣這種燃料缺乏了解，如果采取必要的措施，氫氣的安全是可以保障的。
儲氫系統研發：為氫燃料電池提供安全保障
不可否認，國內外在運氫過程中都曾發生過一些事故，氫氣壓力超過儲氫容器材料的最大壓力極限，引起容器爆裂。因此，儲存氫氣的壓力容器必須處于安全狀態。
高壓儲氫瓶組是燃料電池供氫系統中的重要儲能部件，也是安全隱患的根源所在。目前，儲氫氣瓶主要分為四類，即I金屬氣瓶、II金屬內膽幻想纏繞氣瓶、III金屬內膽全纏繞氣瓶和IV非金屬內膽全纏繞氣瓶。據了解，鑒于安全考慮，IV型氫氣瓶目前在國內禁止使用，而I型、II型氣瓶比較笨重，不適合在車上使用，國內在用的III型氫氣瓶最多。
業內有企業針對當下氫氣瓶存在的不足，研發出鋁合金內膽碳纖維全纏繞復合氣瓶，采用整體成型的金屬內膽，在其外表面纏繞浸漬過定量樹脂的高性能纖維。這種氣瓶在爆破試驗、常溫疲勞試驗、墜落試驗等項目中表現不錯，將為氫燃料電池的安全再添保障。
國外70MPa儲氫瓶技術比較成熟，在已經或即將量產的車型上搭載的多是70MPa儲氫罐，比如豐田Mirai、本田Clarity等車型，續駛里程均在500km以上。國內目前已經開發出車載70MPa儲氫瓶樣機，據了解，上汽集團也基本掌握了70MPa高壓儲氫和加注系統關鍵技術。
除了氫瓶的研發外，氫瓶的固定程度也對氫燃料電池的安全影響重大。業內有企業在這方面比較用心，對儲氫系統固定支架做了輕量化與可靠性設計，通過用足夠強度的專用儲氫系統固定支架將氫瓶組、氫瓶閥及高壓管路集成在一起并用鋼帶支撐，確保高壓氫瓶不因碰撞發生太大位移，從而避免連接管路斷裂、變形，防止氫氣發生泄漏。
安全檢測控制：危險消滅在萌芽狀態
北京理工大學電動車輛國家工程實驗室何洪文教授在近日召開的燃料電池論壇上分享了他們團隊關于整車的“氫-電”結構耦合安全控制策略，他們通過對氫氣濃度、氫瓶壓力進行實時監測，制定安全控制策略，當整車“氫-電”結構檢測狀態超出判定條件時，實現斷電、斷氫，提升整車安全性。
山東沂星電動汽車有限公司董事長余達太教授向電池中國網介紹了他們的安全控制策略。該公司在安全檢測和控制方面做得更為細致：選擇抗氫脆材料，做好“氫-電”系統的防碰撞結構安全設計；進行過壓、過流保護，當檢測異常時，自動關斷氫氣供應，防止管路爆裂；進行過溫保護，當溫度超過允許最大值時，系統將自動泄氣；對燃料進行監測，當檢測到氫氣壓力過低時，提示司機加氫等。
企業對氫燃料電池的安全管控細致入微，將安全隱患消滅在萌芽狀態。鑒于大量的試驗和燃料電池整車的實際運行，衣寶廉表示，氫燃料電池汽車的碰撞安全性能是完全有保證的，能夠滿足和符合國家碰撞安全標準。
標準持續完善：燃料電池產品安全有支撐
無規矩不成方圓，無標準難保安全。相關標準的不斷完善為燃料電池的安全運行提供了有力支撐，也規范了燃料電池行業的發展。
國家標準《燃料電池電動汽車燃料電池堆安全要求》對燃料電池發動機提出了通用性要求，規定燃料電池堆要有必要防護，防止其部件與外部高溫部件或環境接觸，燃料電池堆外殼應避免容易對人產生危害的結構；燃料電池堆中應用的材料對工作環境有一定的耐受性，燃料電池堆的工作環境包括振動、沖擊、多變的溫濕度、電勢及腐蝕環境；對燃料電池堆的電壓或電流進行監測或計算等。此外，標準還對燃料電池堆的機械結構安全、氣密性安全提出了相應要求。
類似的標準有很多。據靳殷實統計，我國整車級燃料電池標準現行5個，包括《氫燃料電池電動汽車示范運行配套規范》《示范運行氫燃料電池電動汽車技術規范》《燃料電池電動汽車安全要求》等；車用燃料電池系統相關標準4個，包括《汽車用燃料電池發電系統技術條件》《乘用車燃料電池發電系統測試方法》《客車用燃料電池發電系統測試方法》等；車載氫系統相關標準3個，包括《燃料電池電動汽車加氫口》《燃料電池電動汽車車載氫系統技術條件》和《燃料電池電動汽車車載氫系統試驗方法》；燃料電池相關標準現行27個，即將實施4個，包括《燃料電池模塊》《質子交換膜燃料電池發電系統低溫特性測試方法》等。
其實，燃料電池比想象中更安全，我們對燃料電池多一分了解，對它的安全性能就會多一分信賴。燃料電池知識的普及仍任重道遠。
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