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    氫燃料電池汽車(chē)各環(huán)節安全性剖析
    點(diǎn)擊次數:994  更新時(shí)間:2019-06-28  【打印此頁(yè)】  【關(guān)閉

    作為未來(lái)汽車(chē)技術(shù)主要方向之一,國內多家車(chē)企正在發(fā)足馬力強化氫燃料電池的發(fā)展:包括上汽集團、宇通客車(chē)、福田汽車(chē)、中植集團等多家車(chē)企。

    甚至有人預言氫燃料電池車(chē)將引領(lǐng)汽車(chē)行業(yè)下一場(chǎng)革命,但是高壓儲氫瓶以及氫的爆燃效果,還是讓人會(huì )對氫燃料電池車(chē)產(chǎn)生了疑慮:它安全么?會(huì )爆炸么?

    氫氣作為新興能源其安全應用已經(jīng)十分成熟,現有的燃料電池車(chē)輛安全設計可以有效解決氫氣泄露問(wèn)題,并降低汽車(chē)劇烈碰撞等各種場(chǎng)合下發(fā)生氫氣爆炸的可能。與燃油車(chē)和鋰電池車(chē)相比,燃料電池車(chē)的安全系數很值得信賴(lài)。

    氫燃料電池車(chē)的安全性,不只是氫燃料電池安不安全的問(wèn)題,實(shí)際上氫燃料電池車(chē)從設計研發(fā)到量產(chǎn)運行,已經(jīng)形成了一個(gè)較為完備的科學(xué)體系。

    讓我們從氫氣的特性、儲運過(guò)程、燃料電池車(chē)輛的安全設計、事故和極端情況下的車(chē)輛安全、加氫設施的安全規范等角度來(lái)看它的安全性吧。

    從氫氣的特性上來(lái)看:

    “擴散快,不易形成可爆炸氣霧,且其泄露能量和爆炸當量較低”


    氫氣的特性

    ? 泄露性


    泄露速度快于常見(jiàn)燃料,但泄露總能量不高。

    ? 擴散力


    具有很高的擴散系數和浮力,泄漏時(shí)可迅速降低濃度。

    ? 爆炸性


    爆炸極限范圍寬,但爆炸能很低且不產(chǎn)生濃煙和灰霾。

    ? 氫脆現象


    會(huì )引起金屬脆化裂紋,可以選用合適的材料防護避免。

    在許多情況下,氫比我們目前用來(lái)驅動(dòng)的汽車(chē)燃料更安全。作為液體,碳基燃料一旦泄露就會(huì )流動(dòng)散布開(kāi)來(lái)。

    當傳統燃料燃燒時(shí),會(huì )產(chǎn)生灰燼,同時(shí)輻射大量的熱。然而氫卻不是這樣。氫燃燒時(shí)不產(chǎn)生熱的灰燼,很少輻射熱量。


    更重要的是,當氫氣泄漏時(shí),它不是流動(dòng)開(kāi)來(lái),而是迅速揮發(fā)散布在大氣中,所以它幾乎沒(méi)有時(shí)間來(lái)燃燒。

    從氫氣的儲運過(guò)程上來(lái)看:

    氫氣作為工業(yè)氣體已經(jīng)有很長(cháng)的使用歷史,安全規范完整,有標準的操作規程”



    氫氣的儲運

    ? 運氫的方式主要分為氣氫拖車(chē)運輸、氣氫道運輸和液氫罐車(chē)運輸。


    從現階段加氫站對運輸距離(500Km,200Km為宜)和運輸規模 (10噸/天)的需求來(lái)看,氫氣最佳的運輸方式仍是氣氫拖車(chē)。

    ? 氣氫拖車(chē)系統的運行過(guò)程如下


    空載氣氫拖車(chē)在集中制氫廠(chǎng)加氫到滿(mǎn)載,然后車(chē)輛行駛到加氫站,直接卸下車(chē)上管狀儲存容器作為加氫站的存貯設備,同時(shí)拾起原本位于加氫站的"空 載"管狀容器,運回集中生產(chǎn)廠(chǎng)開(kāi)始新一輪的加載。


    氣氫拖車(chē)安全措施

    ? 氣瓶質(zhì)量


    氣瓶?jì)韧獗砻婢?jīng)過(guò)噴丸處理,并用內窺攝像系統逐只進(jìn)行內部全面檢查確保不得有任何裂紋狀缺陷存在。

    ? 爆破片裝置


    裝在氣瓶的兩端,較安全閥體枳小、重量輕,但密封十分可靠。

    ? 壓力表和溫度計


    實(shí)時(shí)監測氣體壓力和溫度。

    ? 安全聯(lián)鎖裝置


    裝卸氣過(guò)程中嚴禁拖車(chē)啟動(dòng)運行。防止裝卸軟管等連接部位拉斷、氣體泄漏等。

    ? 導靜電裝置


    隨時(shí)導出運行時(shí)及充卸氣時(shí)積聚的靜電荷,不至于突然放電而產(chǎn)生電火花。


    氫氣的充裝方式

    “為了將常溫下將7KPa的氫氣多步壓縮至35MPa甚至更高專(zhuān)供氫氣長(cháng)管車(chē)充裝,整個(gè)氫氣充裝工藝十分復雜,包括壓縮機、罐裝系統等各環(huán)節都有相應的安全措施?!?/span>

    ? 氫氣圧縮機的安全保障


    氫氣壓縮機采用控制器進(jìn)行集中控制,控制系統還設致有各種自動(dòng)保護功能和故障報警信息顯示功能,可以監控壓縮機各處壓力,一旦壓力超出規定范圍,壓縮機連鎖自動(dòng)停機以保證安全。

    ? 氫氣充裝系統的安全保障


    超壓保護:在氫氣充上設置氫氣超壓泄壓安全閥,避免氫氣充裝系統發(fā)生超壓事故。

    回流保護:在氫氣上設置氫氣回流閥,域少排放大氣的氫氣量。

    放空保護:在充裝排上設置氫氣放空管通,避免形成爆炸性混合氣體。


    車(chē)輛安全設計

    車(chē)載供氫系統:設計與材料雙管齊下,實(shí)現安全用氫多重保障

    “車(chē)載供氫系統是燃料電池汽車(chē)的重要組成部分,功能主要是為燃料電池系統提供穩定壓力的氫氣,而其安全措施主要從預防與監控兩方面著(zhù)手?!?/span>

    ? 技術(shù)設計角度


    車(chē)載供備系統主要由加注口、單向閥、安全閥、溢流闡、減壓閥、電磁閥、熱溶栓、壓力和溫度傳感器以及氫管路等零部件組成.其不僅具備過(guò)溫保護、低壓報警,過(guò)壓保爐、過(guò)流保護等功能:還考虛到了碰撞安全、氫氣泄漏的控制等。

    ? 零部件制造角度


    用于儲存氫氣的氫瓶和系統管路由于氫脆等原因對其要求較高,因此選擇的材料以及保護結構對儲氫系統的安全至關(guān)里要。

    氫氣瓶的設計

    ? 儲氫瓶材料的選擇


    采用鋁合金內膽碳纖維纏繞的高壓儲 氫瓶,其重量輕,單位儲氫密度高,具有優(yōu)良的韌性和抗撞擊性能

    ? 儲氫罐保護


    采用整體式設計,整個(gè)框架通過(guò)3根橫梁和2根縱梁將氫氣集成到一個(gè)框架 總成中,保證在碰撞時(shí),高壓儲氫罐的動(dòng)態(tài)位移不會(huì )太大,避免斷裂。

    ?  氫系統管路


    氫管路中大多采用316不銹鋼材質(zhì)的管路,其在氫氣中的拉伸性能、疲勞性和勞裂紋擴展性能出眾,具有較好的氫脆性能。

    ? 燃氣管設計


    燃氣管排出氫氣的方向是順延車(chē)底部的前后方向,可以保護車(chē)艙內不會(huì )被火焰殃及。


    氫燃料電池整車(chē):

    燃料電池整車(chē):擁有嚴格的性能測試與密切的氫氣監控體系

    多樣化電池汽車(chē)出廠(chǎng)時(shí)的安全性和一致性:除了保證車(chē)載氫氣系統安全性之外,相關(guān)的安全檢測應用到燃料電池汽車(chē)動(dòng)力系統的開(kāi)發(fā)方面。燃料電池汽車(chē)在出廠(chǎng)之前就要做多次安全性測試。

    密切的監控體系確保燃料電池車(chē)在實(shí)際運行時(shí)的安全性,根據不同的要求,在燃料電池車(chē)上對氫氣傳感器類(lèi)型、數量以及布致的位置均有一定的要求。


    燃料電池車(chē)氫氣傳感器核心感應元件都使用鉑金制造,穩定性高。


    一般來(lái)說(shuō),出于對安全性能考慮,燃料電池車(chē)總共要求安裝4個(gè)氫氣傳感器,而所有傳感器信號需直接傳送到儀表盤(pán)的醒目位置,及時(shí)通知駕駛員。


    極端情況下的車(chē)輛安全

    國內外著(zhù)名的燃料電池車(chē)廠(chǎng)商都針對儲氫瓶的安全性在各類(lèi)條件下做了多方面實(shí)踐測試,多角度的展示了氫氣儲備和使用技術(shù)下氫能的安全性是十分有保障的。

    在豐田內部的氫燃料泄露測試中,與汽油車(chē)相比,氫燃料汽車(chē)具備更高的安全可靠性。

    通過(guò)實(shí)際的安全試驗和模擬,不難看出氫氣實(shí)際上有著(zhù)可以與傳統燃油比肩的安全性,甚至更加安全。氫氣爆炸的現象很難在現實(shí)中出現。

    除了以上問(wèn)題之外,還有一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題:加氫站是構建未來(lái)燃料電池汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )的重要環(huán)節

    加氫站的安全設計需要抿據加氫站自身的設備組成和加氫模式建立相應的技術(shù)規范。


    世界上已經(jīng)有10多個(gè)國家制定了加氫站法規,包括日本、美國、英國等。


    我國也于2010年頒布了 《加氫站技術(shù)規范》(GB50516-2010)其中的標準和要求等主要參考了制氫站的標準,結合原有的《建筑設計防火規范》,共同對國內加氫站建設起到了指導作用。

    加氫裝置安全:加氣搶連接到車(chē)的加氣口后被電磁機構鎖住,安全性和電動(dòng)車(chē)充電接頭的水平相當,在給氣瓶充氣時(shí),可有效防止氣體進(jìn)入電池。


    值得一提的是,日本最新法律規定,用戶(hù)不允許自己操作加氫設備,而應由專(zhuān)業(yè)工作人員完成加氫工作,也是出于防止事故犮生的考慮。

    加氫站內存儲的大量高壓氫若發(fā)生池漏,極易形成大規??扇細庠?, 一經(jīng)點(diǎn)燃便會(huì )引發(fā)劇烈的爆炸事故,是最主要的安全威脅。


    國內研究機構有對于加氫站高壓氫氣泄漏爆炸進(jìn)行模擬研究,對于防爆區域劃分、事故防范控制措施制定等方面都具有指導和檢驗意義。

    由于氫氣擴散速度快,即使發(fā)生泄露也主要是垂直上升擴散,不會(huì )蔓延到周邊地區。


    且在可燃氣云被引燃爆炸的情況下,只要站內設施的布置符合安全距離規定,防爆墻設置合理,可以確保事故范圍和影響在有限范固內,說(shuō)明加氫站建設規范合理有效,能夠保障整體安全性。

    在充分考慮氫氣特性的前提下,氫燃料電池車(chē),有防彈級別的儲氫瓶、有科學(xué)嚴密的運輸方式以及安全可靠的加氫設施做保障,有效解決氫氣泄露問(wèn)題,并降低汽車(chē)劇烈碰撞等各種場(chǎng)合下發(fā)生氫氣爆炸的可能。

    與燃油車(chē)和鋰電池車(chē)相比,燃料電池車(chē)的安全系數很值得信賴(lài)。

     
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