燃料電池汽車車載氫氣安全的分析及探索

吳東來

摘 要：隨著我國科技技術不斷進步，汽車領域的科技也得到了質的飛躍，現如今的汽車燃料電池車載氫氣技術已經被汽車行業廣泛使用。但是，車載燃料電池氫氣安全問題也時有發生，例如車載氫氣系統、汽車氫氣泄露、氫氣儲存等。本文重點提出燃料電池汽車車載氫氣安全問題，以及解決這些問題的方法。

關鍵詞：燃料電池；車載氫氣；汽車；安全

1 車載氫氣燃料電池汽車概述

車載氫氣燃料電池汽車是一種新能源汽車，它是通過氫氣和氧氣通過燃料電池進行反映，進而產生動力，由于氫氣、氧氣都是燃燒能力極強的氣體，其能量也是非常大的，氫氣和氧氣在放映過程中產生能量效率非常強，而且氫氣和氧氣燃燒反映后產生的是水，對于環境來說幾乎是沒有任何危害的。而且氫氣和氧氣是人們生活中比較常見的氣體，對于二者的收集相對是比較容易的，而且也可以通過化學反應來生產氫氣和氧氣。但是，氫氣是一種易爆的氣體，而氧氣是一種易燃的氣體，二者應用到汽車上依舊存在一定的隱患，特別是易爆的氫氣。這就使得汽車燃料電池有一定的危險性，把氫氣作為燃料最重要的一點就是保障人們的安全，如圖1所示。

2 燃料電池汽車車載氫氣安全措施

氫氣是讓人又愛又恨的一種氣體，氫氣與其他的燃料雖然有很多相似之處。但是，氫氣卻也與其他燃料不同，氫是一種密度最輕的元素，或者說是最小的元素，很容易從微型小孔中泄露，由于氫氣是非常活躍的氣體，如果與氧氣融合不恰當容器引起爆炸，這使得很多人認為氫氣是一種很危險的氣體，如果應用到車上，想做到相對安全是不可能的。但是，隨著社會不斷的發展，氫氣的應用變得越來越廣泛，現如今就有很多工業在適用氫氣作為燃料，而且作為世界頂端科技的美國航天局（ NASA）對氫氣的儲存已經長達幾十年，氫氣也是火箭的主要燃料。對氫氣的研究既然有了前車之鑒，我們更多的是吸取，挑選適合儲存氫氣的容器，這樣可以從根本上減少氫氣泄露的問題。

在現如今的車載氫氣燃料電池汽車上，有很多輔助裝置來保護燃料電池汽車的安全性。例如安全閥、電磁閥、熱溶栓、溫度傳感器以及壓力傳感器等，這些輔助工具能夠實時的反映燃料電池的情況，以及能有效的控制燃料電池出現問題的情況，實現了手動、半自動、全自動的操作模式，大大提高了車載氫氣燃料電池汽車的安全性，如圖 2所示。

氫氣是一種易燃易爆的氣體，所以，控制溫度也是其中重要的一環，溫度傳感器就是作為監控溫度的一種手段，溫度傳感器可以有效測試氫氣瓶內的溫度，對于氣瓶溫度的變化顯示到駕駛室的儀表盤上，駕駛人員可以通過儀表盤上的數據可以判斷出汽車內部是否有情況發生。壓力傳感器與普通汽車的郵箱測試器一個道理，是判斷氣瓶中氫氣剩余多少的作用，能夠正確判斷剩余的氫氣能否進行正常的行駛，如果氣瓶內壓力不足，就會通過表盤進行變燈顯示，讓駕駛員了解氣瓶內氫氣剩余情況。在充氣的過程中，管路電磁閥的作用就會凸顯出來，因為氣瓶和燃料電池是分離開的，在給氣瓶充氣時，能夠有效防止氣體接觸到電池。燃料電池汽車主要是燃料電池為汽車提供能量，就像是家用電器一樣，必須使用 220V電壓，否則就會承受不住壓力而出現安全問題。燃料電池也是同樣道理，燃料電池要求氫氣出入要有一定的數值，如果氫氣輸入過多就會導致燃料電池承受不住壓力自動熄火，或者出現安全隱患，如果氫氣輸入過少，就會嚴重影響正常使用，在這個過程中就需要一個“變壓器”，

汽車行業稱之為“減壓閥”，減壓閥能夠調節氫氣瓶輸出壓力，讓氫氣輸出壓力能夠與燃料電池適應壓力相匹配。如果出現氣瓶壓力問題，針閥能夠將氣瓶中的氫氣進行安全放空。

3 燃料電池汽車車載氫氣的安全性測試

3.1 氫氣泄露檢測

在燃料電池汽車出場之前就要做一次安全性測試，由于氫氣是一種低密度的氣體，檢查泄露最常規的方法就是液體檢測，其方法與測試輪胎漏氣部位的原理差不多。通常的安全性測試就是將一些惰性氣體注入到氣瓶之中，例如氦氣和氮氣，這種氣體密度小，而且活躍性低，之后進行水體氣泡檢測以及皂泡實驗，對所有連接點進行有效測試，水體測驗只是一方面，但是其成本最低，而且效果也不錯。再有就是一些高科技測試手段，例如氦質譜檢測儀、紅外線檢測、超聲波檢測等，但是成本較高，而且測試過程中比較復雜，更多的是應用在高級車輛中。

3.2 系統振動檢測

由于車載氫氣燃料電池汽車是一種新型能源汽車，起步相對較晚，技術不能說是完善，對于很多環節都要進行全面檢測，以防燃料電池汽車在經歷劇烈振動之后產生漏氣現象。氫氣瓶與燃料電池，或者是一些輔助工具都要進行一個整體的振動檢測，統稱為系統振動檢測。其具體檢測方式是垂直加速度，也可以叫做重力加速度（速度單位為 8g），之后燃料汽車再以水平加速度進行振動測試（速度單位為 2g），在經過指定的振動試驗后，燃料電池汽車再進行整個氣密性的系統檢查。

3.3 追尾碰撞安全以及防追尾檢測

任何汽車在研究過程中都把防追尾以及追尾安全作為重點考慮對象。對于車載氫氣燃料電池汽車的防追尾問題，重點是氫氣泄露等安全性能。如果氫氣泄露在與氧氣結合，要是有一點火就很容易引起爆炸，所以，追尾安全性是非常重要的一環。測試的根本目的是，在燃料汽車被追尾產生碰撞時，保證內部氫氣不會泄露，汽車因為碰撞起火等問題。

4 車載氫氣燃料電池汽車的日常安全維護

4.1 氫氣瓶以及相關系統日常安全維護

氫氣作為一種非常活躍的氣體，其本身是沒有任何腐蝕性的，也不同于氧氣容器與其他材料發生化學反應。但是由于其比較活躍，自身的反映會影響到其他金屬質量，俗稱“氫脆”現象又稱白點，在金屬內部產生裂痕，這很容易導致氫氣泄露。所以，這就要求車載氫氣系統要符合國家標準，保證定期日常維護。氫氣泄露現象無論怎么提高科技，都是有一定幾率發生的，因此，這就對所以的車載氫氣系統提出更高的要求，車內許多傳感器是反映氫氣瓶中氫氣是否出現異常反應的關鍵。所以，有關人員要定時對汽車的氣密性以及各個傳感原件進行檢測、維護。

4.2 燃料電池的日常維護

燃料電池也是車內重要的零部件之一。燃料電池在生產過程中，就要考慮車載氫氣燃料電池汽車自身的安全性，由于燃料電池與車載氫氣系統是燃料電池汽車的兩大重要組成部分，如果燃料電池出現問題，那么氫氣系統做的再完善也無濟于事，對于燃料電池的維護相比較氫氣系統不是那么復雜，但是其作用是非常關鍵的。對于日常維護重點是要檢查燃料電池是否老化、異常，對于燃料電池連接處要定時進行清理，以免造成積灰導致接觸不良或者是短路，并且要增強通風對流結構，加強氫氣的流通，以免造成氫氣的聚集。

5 結束語

現如今世界傳統能源短缺，石油、煤炭已經在社會的發展中出現供給不足的情況，并且隨著全球工業不斷增加，傳統能源的弊端也日益凸顯出來。隨著人們的環保意識越來越強，傳統能源已經不是人類發展的必要能源，人們更多的是追求新能源、綠色能源。車載氫氣燃料電池汽車就是人們在汽車領域做出的一項突破，雖然在安全性還有待完善，但是隨著科技技術不斷發展，未來的新能源汽車必定會成為汽車領域的主流，人們與自然環境更加和諧。

參考文獻：

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[2]馮文，王淑娟，倪維斗等.氫能的安全性和燃料電池汽車的氫安全問題[J] .太陽能學報，2013，24（5）： 677-682.