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汽车|燃料电池汽车系统安全发展趋势( 二 )


各种燃料管道以及阀件也都采用适用于氢介质的材料 ， 如抗氢脆的不锈钢（316L ， 耐压大于5000psi）、铝合金材料或聚合物 ， 并且储瓶、管道及阀件所能承受的压力留有足够的安全余量 ， 储氢瓶的安装及高压氢气连接管材质均应符合相关国家规范的安全要求 。 这些材料的使用 ， 均可避免氢脆的发生 。
2.2 元器件防护
为了防止电路中产生电火花点燃氢气而产生燃烧或爆炸事故 ， 燃料电池汽车的电气元件、管路、阀体均采用相应的防爆、防静电、阻燃、防水、防盐雾材料 。 例如 ， 燃料电池汽车的氢检测传感器均选用防爆型 ， 而不用触点式传感器 ， 因为触点式传感器在氢气含量达到设定值时通过触点的动作输出信号 ， 容易产生触点火花而引发事故；为了防止继电器触点动作时产生电弧放电而点燃氢气 ， 氢安全处理系统中所用的继电器选用防爆固态继电器；元器件的防水防尘等级为IP67 ， 以后将逐步提高；线束材料的阻燃级别：垂直燃烧V0和水平燃烧ＨＢ级 ， 均为最高等级要求 。
2.3 氢系统安全防护
氢系统的防护措施 ， 主要是对高压储氢瓶及氢气管路进行安全设计 ， 安装各种安全设施 。 如2-1车载氢系统功能框图所示 ， 燃料电池汽车的氢系统安全防护体系是由排空管、安全阀、手动截止阀、单向阀、泄压球阀、碰撞传感器、温度传感器、压力传感器、电磁阀、碰撞传感器等构成 ， 并在监控系统中设定相应的防护值 ， 一旦发生异常状况 ， 则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 。
汽车|燃料电池汽车系统安全发展趋势
本文插图

▲图2-1车载氢系统功能框图
氢系统的安全设施主要功能如下：
（1）气瓶安全阀：当储氢瓶氢气压力超过设定值后能自动泄压 。 例如在瓶体温度由于某种原因突然升高造成瓶内气体压力升高 ， 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 。
（2）温度传感器：通过气体温度的变化判断外界是否有异常情况发生 。 如果气体温度突然急剧上升时 ， 若非温度传感器故障 ， 则在气瓶周围可能有火警发生 ， 可通过氢系统控制器立即报警 。
（3）气瓶电磁阀：气瓶电磁阀为12V直流电源驱动 ， 无电源时处于常闭状态 ， 主要起开关气瓶的作用 ， 与氢气泄漏报警系统联动 。 当系统正常通电工作时 ， 电池阀处于开启状态 ， 一旦泄漏氢气浓度达到保护值则自动关闭 ， 从而达到切断氢源的目的 。
（4）手动截止阀：通常处于常开状态 ， 当气瓶电磁阀失效时可以手动切断氢源 。 电磁阀和手动截止阀联合作用 ， 可有效地避免了氢气泄漏 。
（5）压力传感器：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 。
（6）加气口：在加注时与加氢机的加气枪相连 ， 具有单向阀的功能 。
（7）单向阀：在加气口损坏时 ， 阻止气体向外泄漏 。
（8）管路电磁阀：在给氢气瓶充气时 ， 可有效防止气体进入燃料电池 。
（9）减压阀：将氢气的压力调节到燃料电池所需要的压力 。 当出现异常情况 ， 可以与针阀、安全阀联动将氢气瓶中的残余氢气安全放空 。
（10）热熔栓：设置在高压氢瓶内 ， 可防止周边着火导致氢瓶发生爆炸 。 一旦温度传感器检测到储氢瓶周边温度过高 ， 则氢瓶内的热熔栓将熔化 ， 使氢气低流速释放 ， 如果周边有火源 ， 只出现氢气缓慢燃烧而避免爆燃情况发生 。
2.4 氢系统安全监控
车载氢系统安全监控主要是对储氢瓶系统、乘客舱、燃料电池发动机系统以及尾气排放处的氢气泄露、系统压力、系统温度、电气元件及其他器件进行实时监控 ， 确保燃料电池在加氢、用氢过程中的安全 。 氢气安全监控系统主要包括氢系统控制器、氢气泄漏传感器、温度传感器和压力传感器等元器件 。 氢系统控制器在工作过程中 ， 氢系统控制器监控氢瓶及氢管路安全、氢气泄漏状态及整车运行状态 ， 只要出现异常 ， 随时主动关闭供氢系统 ， 保证燃料电池车辆安全 。


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