PDF《燃料电池汽车的氢安全问题》

2004 年使 消费者得到燃料电池汽车.主要的石油公司,包括 皇家荷兰壳牌集团、德士古公司、大西洋富田公司 和英国石油阿莫科公司正将它们定位于提供氢气作 为运输燃料的公司.生产、运输、储存、分配氢气 的基础设施已经得到示范,用于指导这些系统安全 设计的所需规范也正在研究当中. 上海一直是我国氢燃料电池轿车的开发基地, 我国燃料电池汽车国家标准的编制工作已经在上海 启动,为了促进氢能和燃料电池汽车的进一步发展 以及《燃料电池汽车整车安全要求》等相关氢能安 全标准的制定,对氢能的安全性和燃料电池汽车的 氢安全问题进行研究是很有必要的.在长期试验研 究基础上,结合国内外在燃料电池氢安全方面取得 的重要成果,对其进行了详细的介绍与总结,以推 动氢能源在我国的产业化应用.

1 车载氢气系统安全措施 与其他任何燃料一样,必须重视氢气的物理特 性.氢是最轻的元素,很容易从小孔中泄漏.例如, 对于透过薄膜的扩散,氢气的扩散速度是天然气的 3.8 倍.因而传统思想错误的认为,在车上既安全又 经济储存氢气是不可能的.但是,工业界和美国宇 航局已经有了数十年安全储存氢气的经验,这使得 长期以来氢气工业有一个相当好的安全纪录.通过 借鉴美国国家航空和宇航局储存氢气的经验,选择 合适的储罐材料,可以有效地解决氢气泄漏的问题. 例如,昆腾(Quantum,通用公司拥有部分股权)和 丁泰克(Dynetek)这样一些公司,现在出售的塑料内 胆和铝内胆碳纤维缠绕的高压储氢罐因其重量轻, 单位重量储氢密度高,与钢制容器相比很好地解决 了氢脆问题,同时也大大降低了成本,在美国加州 进行的燃料电池示范项目中基本都采用了上述公司 提供的碳纤维缠绕高压储氢罐.目前德国、美国和 加拿大等国已经通过了 3.75*107 Pa 的高压氢罐的相 应测试以及生产许可.工作压力可高达 6.89*107 Pa 的高压氢罐也已经通过了相应的实验,预计很快也 会步其后尘[6] . 在国内,同济大学自行开发设计的燃料电池 轿车采用丁泰克公司提供的铝内胆碳纤维缠绕的 高压储氢罐.以超越三号为例,储氢罐的工作压 力为

350 bar,储氢总量 2.67 kg,续驶里程

230 km. 在开放空间碰撞的情况下,如果存储罐不破裂,它 可以承受比汽车本身更高的压力. 在燃料电池轿车上,有包括电磁阀(Solenoid Valve)、安全阀(Pressure Relief Valve PRV)、溢流阀 (Overflow)、 热熔栓(Fusion Bolt)、 手动截止阀(Manual Stop Valve)、温度传感器(Temperature Sensor)和压力 传感器(Pressure Sensor)等在内的辅助安全装置,这 些装置很好地维护了车载氢气系统的安全性. 总的来说车载氢气系统安全措施应从预防与监 控两方面着手.从预防的角度来说,图1给出了车 载氢气安全实例(其中气罐附件,包括气罐安全阀、 温度传感器、压力传感器、气罐手动截止阀、气罐 电磁阀为必选件) . 由图

1 所示,当气瓶中氢气压力超过设定值后, 能通过气罐安全阀自动泄压,例如在瓶体温度由于 某种原因突然升高造成气瓶内气体压力上升,当压 力超过安全阀设定值时,安全阀自动泄压,保证气 瓶在安全的工作压力范围之内.气罐电磁阀为

12 V 直流电源驱动,无电源时处于常闭状态,主要起到 开关气瓶的作用,与氢气泄露报警系统联动,一旦 泄漏氢气浓度达到保护值能自动关闭,从而达到切 断氢源的目的.手动截止阀,通常处于常开状态, 当气瓶电磁阀失效时能手动切断氢源.气罐电磁阀 和手动截止阀联合作用,有效地避免了氢气泄漏. 温度传感器是用来检测气罐内气体温度的部件,可 以将气体的温度信号发送到驾驶室仪表盘上,通过 气体温度的变化来判断外界是否有异常情况发生. 例如在气体温度突然急剧上升时,如排除温度传感 器故障之外,则在氢瓶周围可能有火警发生.压力 传感器,主要用于判断气瓶中剩余氢气量,保证车 辆的正常行驶,当压力低于某值时可以提示驾驶员 加注氢气.加气口在加注的时候与加气机的加气枪 燃料电池汽车的氢安全问题 第3卷第5期2008 年5月367 中国科技论文在线 SCIENCEPAPER ONLINE 相连,从而达到加注的目的,同时具有单向阀的功 能,应与未遮蔽的电气接头、电气开关和其他点火 源保持至少