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为什么氢燃料电池汽车安全系数相对最高?
作者:官方 来源:互联网 所属栏目:氢业资讯 发布时间:2021-07-15 12:21
[ 导读 ]在大众对于氢燃料电池汽车中存在一个普遍的误区,那就是氢属于易燃易爆气体,那么相同的氢燃料电池汽车安全隐患也比较大,在这个...

在大众对于氢燃料电池汽车中存在一个普遍的误区,那就是氢属于易燃易爆气体,那么相同的氢燃料电池汽车安全隐患也比较大,在这个条件下,很多人选择站在氢能汽车的对立面。

从氢气本身来看:

先从源头氢气来看,凡事的发生都会有条件存在,公众只记住氢气属于易燃易爆气体,但是却忽视了氢气爆炸发生存在的三个必要条件:在密闭的空间里、浓度达到一定值(氢气在空气中的体积浓度在4.0%~75%之间时,遇火源就会爆炸,而当氢气浓度小于4.0%或大于75%时,即使遇到火源,也不会爆炸)并且有明火才会发生。

而汽车一般行驶在露天区域中,假设氢气泄漏也只会发生燃烧而不是爆炸,到这里可能有人会问:“那么属于半封闭空间的地下停车场呢?危险系数岂不是很高?”地下停车场确实是属于半封闭空间,但是一般来说地下停车场会有设计机械排风系统和机械排烟系统以保证空气流通,而且最重要的一个点是,地下停车场在正常情况下是没有明火出现的,所以高危安全隐患是不存在的。

日本汽车研究所FC·EV研究部做过一个实验,就是从35Mpa的高压下氢气罐中放出氢气时被点燃的情况。氢火焰最高可达10米左右,与其他气体相比,它的密度和黏性都很小,所以在十几秒内气体的释放结束,火焰规模变小。另一方面,氢气因为燃料本身没有碳,所以火焰是黄色的不发生火焰。因此,丙烷和甲烷与碳氢化合物的扩散火焰相比,极其难以可视化。但是,从前面的照片来看,氢火焰可以可视化,空气中存在的Na等微量化学成分和尘埃,这是由于氢气火焰的热量引起的反应。

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(图   从35mpa氢气罐中放出氢气时的氢气火焰)

在常温常压下,氢的密度只有空气的7%,一方面氢气是比较难形成易爆炸的气雾燃料,就算因为防控措施未到位引起爆炸,其具有较宽的爆炸领域,换言之单位体积单位面积的爆炸比较低,难以产生灰霾和浓烟;从另一方面来说虽然氢气密度很小,在空气中很难聚集高浓度的氢,扩散系数和浮力比较大,泄漏速度也快于其他气体,从实际角度来讲,氢罐在使用中发生泄漏属于极低概率,就算发生了泄漏,泄露之后浓度可快速降低。

美国迈阿密大学的Swain博士做过一个著名的试验。氢燃料电池汽车和燃油汽车同时进行泄漏点火试验,点火三秒后,高压氢气的火焰从汽车尾部垂直冲向上方,而燃油汽车从汽车下部开始着火;1分钟之后,氢燃料电池汽车的火焰仍然是垂直喷射并且火焰小了很多,没有对汽车造成伤害,而燃油汽车开始燃起熊熊大火将汽车烧的面无全非。

为什么氢燃料电池汽车安全系数相对最高?

从氢燃料电池汽车系统来看:

首先是储氢瓶,很多人都了解到氢气与金属材料接触会发生氢脆效应,简单来说就是溶于金属中的高压氢在局部浓度达到饱和后引起金属塑性下降、诱发裂纹甚至开裂的现象,在镀锌件中的断裂比例达到40%~50%,但是目前的储氢罐是主要是基于碳纤维增强塑料材料,前者内胆为金属,后者内胆为塑料,外部通过碳纤维增强塑料缠绕加工而成,所以现在选择高压储氢瓶选择铝合金或合成材料来避免氢脆问题。

其次是氢系统的防护措施,万一氢燃料电池的氢气真的发生意外泄漏,车上的系统也装了氢气传感器,会在1秒内检测到泄漏,微量泄漏会有警报,大量泄漏会强制关闭供氢阀。中国科学院院士郭烈锦曾在一次采访中提到,氢其实很安全,他所在的国家重点实验室从1997年开始做氢能,在实验室的敏感部位都装了氢敏感的传感器,只要发生高浓度的氢气泄漏,它就会报警,但是至今,他从来没有叫过。

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(图 氢气泄漏控制表)

氢燃料电池汽车通过氢系统控制器将各种监控信息传递给各种安全设施,及时断开或关闭,使燃料电池汽车处于安全状态。

 

为什么氢燃料电池汽车安全系数相对最高?

(图   氢燃料电池汽车系统)

从另一点看,储氢罐罐体是十分坚固的,丰田曾做过一个汽车罐体强烈撞击试验,实验结果显示罐体就算遇到80kph的追尾碰撞罐体也不会发生变形。

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(图   丰田80kph实验后的罐体对比)

以上几个方面师从大家比较关注的几方面来进行阐述,只要氢燃料电池汽车按照国家的生产标准一环扣一环地进行生产,那安全性相对来说应该是最高的。国际组织都在积极地推动氢能发展,因为这是对人们有利的事情,当然这也是一个未来必然的发展方向,要在全社会和人的意识之中逐渐形成一个对氢的关注,让公众了解氢燃料电池汽车是很安全的而不是一颗移动炸弹。

 

资料参考:

《自動車火災試験や着火試験結果からみた水素の安全性について》——田村陽介

《氢燃料电池汽车系统安全性分析》——氢车简从


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