科普 | 航天專家靳殷實(shí)告訴你如何正確掌握氫燃料電池汽車安全性

    隨著中國新能源汽車的深入發(fā)展，氫燃料電池汽車的前景逐漸清晰，越來越多的人相信，中國氫燃料電池汽車將首先應(yīng)用于商用車領(lǐng)域，尤其是客車和物流車的應(yīng)用。2017年10月20日，科技部部長萬鋼來到北京億華通科技股份有限公司，參觀了配套億華通技術(shù)的福田歐輝全系列氫燃料電池客車。萬鋼部長十分看好氫燃料電池客車在遠(yuǎn)程公交領(lǐng)域的發(fā)展前景。

　　但也有不少的公交客運(yùn)物流企業(yè)對氫燃料電池客車的安全性有所顧慮。國內(nèi)航天專家靳殷實(shí)在近日接受中國客車網(wǎng)采訪時(shí)表示，現(xiàn)在很多車企都在研制燃料電池汽車，因此，氫燃料電池汽車的安全性研究更要加強(qiáng)，中國客車不能再重復(fù)電動化過程中“先進(jìn)入后提高”、“先上馬后治理”的現(xiàn)象，否則就會出現(xiàn)低端重復(fù)制造、企業(yè)扎堆競爭的老路子。

　　氫燃料技術(shù)：汽車與航天技術(shù)擦出的火花

　　從上來看，目前豐田、本田、日產(chǎn)、現(xiàn)代在氫燃料電池汽車研發(fā)生產(chǎn)方面走在了世界前列，寶馬、凱迪拉克等也在推進(jìn)，近些年美國Van Hool、New Flyer、德國奔馳戴姆勒、日本豐田和日野都有氫燃料電池客車上路運(yùn)營。

　　在國內(nèi)，2008年北京奧運(yùn)會期間，福田歐輝與清華大學(xué)億華通團(tuán)隊(duì)合作的3輛氫燃料電池客車參與示范;2010年上海世博會期間，清華大學(xué)與億華通團(tuán)隊(duì)、同濟(jì)大學(xué)與上汽合作的各3輛申沃氫燃料電池客車參與示范，2010年新加坡青奧會期間，海格和清華大學(xué)億華通團(tuán)隊(duì)合作的1輛氫燃料電池客車參與示范。

　　2016年佛山飛馳客車與廣東國鴻、億華通等合作的28輛氫燃料電池客車在云浮、三水開始掛牌運(yùn)營;2016年，福田歐輝氫燃料電池客車獲得某運(yùn)營企業(yè)100臺訂單，這是迄今為止zui大的商業(yè)化訂單，2017年-2018年，歐輝氫燃料電池客車將在張家口開始運(yùn)營。

　　據(jù)中國客車網(wǎng)了解，截止2017年10月第301批工信部公告，已經(jīng)通過工信部產(chǎn)品公告的客車企業(yè)有宇通、福田、金旅、申龍、南京金龍、青年、飛馳等;輕客品牌有上海大通;物流車品牌有東風(fēng)、青年。

　　此外，中植、中通、申沃、揚(yáng)子江、五洲龍、陸地方舟、沂星等客車企業(yè)的氫燃料電池樣車先后亮相，青年、重汽、聯(lián)孚等客車企業(yè)也都紛紛宣布有樣車問世。

　　其實(shí)，早在上個世紀(jì)60年代，氫燃料電池就已經(jīng)成功地應(yīng)用于航天領(lǐng)域。往返于太空和地球之間的“阿波羅”飛船就安裝了這種體積小、容量大的裝置。進(jìn)入20世紀(jì)70年代以后，隨著燃料電池技術(shù)成熟，氫燃料電池很快被運(yùn)用于發(fā)電和汽車。

　　北京航天發(fā)射技術(shù)研究所與長征火箭工業(yè)有限公司就是在這種情況下，利用技術(shù)優(yōu)勢，共同設(shè)立了航天新長征電動汽車技術(shù)有限公司，公司依托15所與長征火箭公司多年積累的航天應(yīng)用技術(shù)能力，致力于燃料電池、新能源車、新能源汽車零部件等項(xiàng)目與產(chǎn)品的運(yùn)營。

     靳殷實(shí)是這家公司的專家，他的身份還包括中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研究員、全國燃料電池及液流電池標(biāo)委會委員、全國汽車標(biāo)委會燃料電池汽車標(biāo)準(zhǔn)工作組成員等。

　　從航天專家轉(zhuǎn)向氫燃料汽車專家，靳殷實(shí)積極響應(yīng)國家新能源戰(zhàn)略，跟隨國家產(chǎn)業(yè)政策和市場需求，充分發(fā)揮自身的技術(shù)優(yōu)勢，力爭在新能源汽車及零部件行業(yè)中貢獻(xiàn)自己的知識和力量。

　　靳殷實(shí)告訴中國客車網(wǎng)：氫是易燃易爆化學(xué)危險(xiǎn)品，但氫燃料電池汽車本身是安全的。

　　不過，靳殷實(shí)認(rèn)為，氫安全的問題，不但需要汽車企業(yè)深入了解，也需要對用戶進(jìn)行科普。下文的內(nèi)容，就是中國客車網(wǎng)根據(jù)靳殷實(shí)研究員的訪談，結(jié)合他的演講內(nèi)容和研究成果，整理而成：

　　氫易燃易爆，但它是風(fēng)險(xiǎn)可控相對安全的燃料

　　靳殷實(shí)介紹，氫氣是易燃易爆危險(xiǎn)品，它無色無味，所以人類感官無法對其泄露有所警覺，但它又是一種風(fēng)險(xiǎn)可控的燃料。因此氫燃料電池汽車的安全主要包括三個方面：機(jī)械及結(jié)構(gòu)方面的安全、電安全、氫安全。

    根據(jù)上圖所示的氫氣特性，氫氣的可燃范圍為4-75vol%，爆炸范圍為18-59vol%，點(diǎn)火能量為0.02mj。結(jié)合以往氫氣事故研究，靳殷實(shí)向中國客車網(wǎng)介紹，當(dāng)儲氫氣的壓力容器受熱，氫氣壓力超過容器材料zui大壓力極*，會引起容器爆裂，因此，儲氫氣的壓力容器必須要始終處于安全狀態(tài)。

　　另外，氫氣不允許泄露。當(dāng)空氣中氫的濃度達(dá)到4%-75%的時(shí)候，施加靜電、明火或混合空氣溫度達(dá)到攝氏527°及以上時(shí)，氫氣會發(fā)生爆炸。

燃料電池儲氫方式有三種：高壓儲氫、液氫、金屬氫化物(如下圖)

附：

　　氫燃料電池汽車，廠家和用戶都要學(xué)的安全問題，涉及到國家標(biāo)準(zhǔn)的，重點(diǎn)有以下方面：

　　首先在加氫過程中的安全

　　靳殷實(shí)向中國客車網(wǎng)介紹，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《燃料電池電動汽車 加氫口》方面的要求如下：

　　5.1一般要求

　　5.1.1接口型式及尺寸應(yīng)符合4.1的要求。

　　5.1.2加氫口應(yīng)符合GB/T 24549--2009中4.2.2的有關(guān)規(guī)定。

　　5.1.3加氫口應(yīng)有防止水和灰塵進(jìn)人接口并能防止接口損傷的防塵蓋，應(yīng)有防止防塵蓋丟失的裝置。

　　5.1.4加氫口應(yīng)有接地連接裝置，除非車輛上有其他能消除靜電的措施。

　　5.1.5加氫口應(yīng)有防止壓力超過標(biāo)稱壓力的壓縮氫氣通過加氫口的功能。

　　5.1.6加氫口與氫接觸的材料應(yīng)與氫兼容，在設(shè)計(jì)的使用壽命期限內(nèi)，不會發(fā)生氫脆現(xiàn)象。

　　《燃料電池電動汽車 安全要求》安全要求如下：

　　氣密性：按6.3規(guī)定的方法進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，用檢漏液檢查如果1 分鐘之內(nèi)無氣泡產(chǎn)生則為合格。

　　耐溫性：按6.4規(guī)定的方法進(jìn)行耐溫性試驗(yàn)后其氣密性應(yīng)符合5.2.1的要求。

　　相容性：加氫口與氫氣接觸的非金屬零件，按6.5規(guī)定的方法進(jìn)行相容性試驗(yàn)后，其體積膨脹率應(yīng)不大于25%，體積收縮率應(yīng)不大于10%，質(zhì)量變化率應(yīng)不大于10%。

　　耐氧老化性：加氫口與氫氣接觸的非金屬零件，按6.6規(guī)定的方法進(jìn)行耐氧老化性試驗(yàn)后，不應(yīng)出現(xiàn)變形、變質(zhì)、斑點(diǎn)及裂紋等現(xiàn)象。

　　液靜壓強(qiáng)度：加氫口的承壓零件按6.7規(guī)定的方法進(jìn)行液靜壓強(qiáng)度試驗(yàn)后，應(yīng)不出現(xiàn)任何裂紋、*變形。

　　耐振性：加氫口按6.8規(guī)定的方法進(jìn)行耐振性試驗(yàn)后，所有連接件不應(yīng)松動，其氣密性應(yīng)符合5.2.1的要求。

　　耐異常壓力：加氫口按6.9規(guī)定的方法進(jìn)行耐異常壓力試驗(yàn)后，所有連接件不應(yīng)松動，其氣密性應(yīng)符合5.2.1的要求。

　　耐久性：加氫口的單向閥完成耐溫性試驗(yàn)后，按6.10規(guī)定的方法再進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，試驗(yàn)后不應(yīng)出現(xiàn)異常磨損，且應(yīng)符合5.2.1氣密性的要求。

　　在供氫系統(tǒng)方面，氫氣溫度、充裝速率會有如下影響：

　　氣瓶在進(jìn)行充裝時(shí),氫氣從加氫站固定容器以很快的流速充入車載儲氫氣瓶,氣瓶內(nèi)氫氣溫度由于受到壓縮而升高。溫升大小受充裝速率的影響較大,如果在很短的時(shí)間內(nèi)充裝完畢,氣瓶內(nèi)氣體的溫升很大,中心溫度會超過100℃甚至200℃,因此需要對充裝速率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制。