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十六、氢燃料汽车采取了哪些安全防范措施?

1.制作材料方面

目前高压储氢瓶采用铝合金或合成材料制作(图1-61),以减少“氢脆”现象(指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、裂纹甚至开裂)。国内的燃料电池汽车主要采用铝内胆加碳纤维缠绕的Ⅲ型氢气瓶。

图1-61 丰田氢燃料汽车的高压储氢瓶

氢气管道以及阀件都采用适合氢介质的材料,例如抗氢脆的不锈钢(316L)、铝合金或者聚合物。

2.防爆阻燃方面

为了防止电路电火花点燃氢气,燃料电池汽车的电气元器件、管路、阀体采取了防爆、防静电、阻燃、防水、防盐雾设计。例如,氢检测传感器选用防爆型,而不用触点式传感器;为了防止继电器触点产生电弧而点燃氢气,选用了防爆固态继电器。

此外,元器件的防水防尘等级为IP67。线束材料的阻燃级别为:垂直燃烧V0和水平燃烧HB级,均为最高等级要求。

3.氢气传输方面

针对氢气传输系统,在高压储氢瓶以及氢气管路上安装了各种安全设施(图1-62)。

(1)高压储氢瓶安全阀 当瓶内氢气压力升高到超过设定值时,安全阀自动泄压,保证高压储氢瓶压力处在安全范围内。

图1-62 车载氢气传输系统示意图

(2)温度传感器 如果高压储氢瓶周围有火警发生,该传感器检测到周边温度急剧上升,氢系统控制器会立即报警。

(3)高压储氢瓶电磁阀 它由12V直流电驱动,起开关作用,与氢气泄漏报警系统联动。该电磁阀无电源时关闭,通电后开启,一旦泄漏的氢气浓度达到保护值自动关闭,从而切断氢气流。

(4)手动截止阀 它处于常开状态,当高压储氢瓶电磁阀失效时可以手动关闭,切断氢气源。电磁阀和手动截止阀联合作用,可以有效避免氢气泄漏。

(5)加氢口 在加氢时与加氢机的加氢枪相连,具有单向阀的功能。

(6)单向阀 当加氢口损坏时,它阻止氢气瓶内的氢气向外泄漏。

(7)电磁阀 在给高压储氢瓶充气时,它能防止氢气进入燃料电池。

(8)减压阀 它将氢气的压力调节到燃料电池需要的压力。若出现异常情况,可以与针阀、安全阀联动,将高压储氢瓶中的剩余氢气安全放空。

(9)热熔栓 它设置在高压储氢瓶内,一旦传感器检测到高压储氢瓶周边温度过高,热熔栓熔化,让氢气低流速释放,即使周边有火源,只会出现氢气缓慢燃烧,能避免高压储氢瓶爆炸。

4.泄漏监控方面

氢气自动监控系统包括氢系统控制器、氢气泄漏传感器、温度传感器和压力传感器等,主要针对储氢瓶系统、乘客舱、燃料电池发动机等易于聚集和泄漏氢气的部位,实时监控氢气泄漏、系统压力、系统温度,确保燃料电池在加氢、用氢过程中的安全。

氢系统控制器负责监控储氢瓶及氢气管道、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。当任何一个传感器检测到的氢气体积含量超过氢爆炸下限(空气中的氢气体积含量为4%)的10%、25%和50%时,氢系统控制器会分别发出一级、二级、三级声光报警信号(表1-5)。

表1-5 氢气泄漏控制表

5.碰撞防护方面

目前燃料电池混合动力客车的高压储氢瓶安放在车辆顶部的前端,燃料电池模块放在客车顶部的后端(图1-63),使用强度足够的专用储氢系统固定支架,将高压储氢瓶组、高压储氢瓶阀以及高压管路组合在一起,并用钢带支撑,以保证在碰撞中高压储氢瓶的位移不会太大,避免连接管路断裂、变形而导致氢气大量泄漏。

图1-63 燃料电池混合动力客车系统布置示意图

燃料电池混合动力客车至少设置了2个惯性开关(冗余设计),并且处在车身的不同部位。当发生碰撞时惯性开关被激活,碰撞信号传送至氢系统控制器,氢系统控制器立即下达指令,关闭储氢瓶阀门,切断氢气供应,将氢气的泄漏量降低至最少。 MMeTcLjBtSJL3e4Bu96QyaCBK6pQuNHDsKT0hf1Vl7mBaF6SrPkZCBi89MbKjBHl

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