燃料電池汽車氫電安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的研究

吳迪　文醉

摘 要：隨著人們環(huán)保意識的提高，發(fā)展與推廣燃料電池汽車逐漸引起人們的重視。燃料電池汽車涉及較多專業(yè)知識，其中保障燃料電池汽車安全是研究工作的重點(diǎn)。目前，很多國家已制定安全方面的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范燃料電車汽車行業(yè)。為更好的促進(jìn)我國燃料電池汽車行業(yè)的發(fā)展，我國應(yīng)提高認(rèn)識，做好氫電安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的研究。本文立足燃料電池工作原理，對國外有關(guān)燃料電池汽車安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，介紹我國燃料電池汽車安全測評項(xiàng)目，提出相關(guān)建設(shè)策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：燃料電池汽車；法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)；研究

近年來，燃油汽車數(shù)量猛增，給環(huán)境造成嚴(yán)重污染，促進(jìn)溫室效應(yīng)的發(fā)生，給人類的未來發(fā)展構(gòu)成較大威脅，因此，汽車行業(yè)必須在燃料方面做出新的變革，應(yīng)大力推廣與應(yīng)用新能源汽車。燃料電池汽車是新能源汽車的主要代表，其對環(huán)境友好，是未來汽車行業(yè)的主要發(fā)展方向。但燃料電池汽車中氫是主要原料，存在一定安全隱患，因此，為保證燃料電池汽車安全，需做好相關(guān)安全法規(guī)研究，及時(shí)制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為燃料電池汽車更好的應(yīng)用、普及奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 燃料電池的工作原理

燃料電池為燃料電池汽車的運(yùn)行提供必需的電能，其構(gòu)成復(fù)雜，包括陽極、陰極、電解質(zhì)、外部電路等。燃料電池的工作主要利用質(zhì)子交換膜技術(shù)，即，在覆蓋有催化劑的質(zhì)子交換膜作用下，氫氣在陽極被分解為質(zhì)子。質(zhì)子在質(zhì)子交換膜作用下到達(dá)陰極。氫氣分解時(shí)釋放電子，電子經(jīng)過負(fù)載被引至陰極，如此便產(chǎn)生電能。在陽極催化劑作用下發(fā)生如下反應(yīng)：H2→2H++2e。在陰極催化劑作用下，發(fā)生反應(yīng)：0.5O2+2H++2e→H2O。

通過分析燃料電池工作原理不難發(fā)現(xiàn)，燃料電池汽車具備以下優(yōu)點(diǎn)：零排放或近似零排放，給環(huán)境不會造成污染。同時(shí)，運(yùn)行平穩(wěn)、無噪聲，因此，當(dāng)前很多國家開始重視燃料電池汽車的研發(fā)。眾所周知，燃料電池汽車研發(fā)專業(yè)性強(qiáng)，尤其以氫氣為原料，具有一定的安全隱患，因此，做好燃料電池汽車安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的研究，構(gòu)建完善的標(biāo)準(zhǔn)體系是基礎(chǔ)性工作。

2 國外燃料電池汽車安全法規(guī)分析

國外在燃料電池汽車方面的研究較早，尤其為推動燃料電池汽車行業(yè)發(fā)展，制定較多安全法規(guī)。我國應(yīng)充分認(rèn)識到研究國外燃料電池安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的重要性，即，對我國燃料電池汽車安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的制定具有較高的參考價(jià)值，可使我國少走彎路，提高規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)制定效率，因此，我國職能部門應(yīng)注重收集與研究發(fā)達(dá)國家有關(guān)燃料電池汽車氫電安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，立足我國燃料電池汽車氫電安全規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際，認(rèn)真分析規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)存在的不足，認(rèn)真學(xué)習(xí)，積極借鑒，及時(shí)加以完善，制定符合我國燃料電池汽車行業(yè)實(shí)際的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

首先，美國制定SAE J2578《燃料電池汽車安全的推薦性做法》，對如何進(jìn)行燃料電池的測試進(jìn)行闡述，涉及電力系統(tǒng)安全、燃料電池系統(tǒng)安全、燃料系統(tǒng)要求等諸多內(nèi)容。同時(shí)，對發(fā)生故障時(shí)的性能給與明確要求，即，當(dāng)發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，燃料電池汽車需能夠?qū)⑷剂舷到y(tǒng)關(guān)閉，并能完成階段性的安全警告。其次，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中也做出相關(guān)規(guī)定，即，設(shè)計(jì)燃料電池汽車時(shí)應(yīng)考慮運(yùn)行條件、環(huán)境因素的影響，尤其燃料電池的放電、安裝位置、氫關(guān)閉系統(tǒng)等不得違法標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容。另外，在國際公認(rèn)的GTR 13全球技術(shù)法規(guī)中，對在順序試驗(yàn)、型式試驗(yàn)中的加壓儲氫系統(tǒng)提出明確要求。最后，在參考GTR 13歐盟對燃料電池汽車也做出相關(guān)規(guī)定，涉及車載氫系統(tǒng)、關(guān)鍵閥件、氣瓶等諸多內(nèi)容。

3 我國燃料電池汽車安全檢測項(xiàng)目

經(jīng)多年努力，我國在燃料電池汽車上也制定了較多的標(biāo)準(zhǔn)，使得燃料電池汽車的安全體系越來越完善。以GB/T 24549-2009標(biāo)準(zhǔn)為例，要求進(jìn)行燃料電池汽車測試時(shí)需滿足以下內(nèi)容要求。

3.1 一般要求

燃料電池汽車屬于汽車范疇，因此，其必須滿足已有的汽車方面規(guī)范法規(guī)要求。當(dāng)然為將其與傳統(tǒng)汽車區(qū)分開來，需將燃料電池汽車類型的警示，張貼在外部。

3.2 具體系統(tǒng)要求

燃料電池汽車構(gòu)成復(fù)雜，包括壓縮氫氣儲存系統(tǒng)、加氫口、排氣裝置等。為保證安全，標(biāo)準(zhǔn)對其均提出明確要求。其中壓縮氫氣儲存系統(tǒng)應(yīng)能將罐中的氣體溫度顯示出來，顯然為滿足這一要求應(yīng)將傳感器布置在儲氫容器合適位置。另外，能夠?qū)毫^高、過低做出預(yù)警，及時(shí)阻斷燃料的供應(yīng)，尤其當(dāng)氫泄露時(shí)，燃料系統(tǒng)需及時(shí)做出切斷氫氣開關(guān)動作。加氫口同樣需滿足一定要求，即，安裝專門的防塵蓋，組織污染物、液體、灰塵等的進(jìn)入。同時(shí)，應(yīng)清晰標(biāo)識出加注口可承受的最大壓力，并做防靜電處理。另外，加注口應(yīng)能承受來自不同方向的670N的作用力，尤其需保證良好氣密性。針對排氣裝置，如燃料電池汽車發(fā)生事故或故障，應(yīng)能及時(shí)放氣、通風(fēng)。其中放氣的方向、方位應(yīng)和火源、電源、人等保持安全距離。一方面，為避免氫氣威脅人的生命安全，應(yīng)將放氣裝置設(shè)計(jì)在較高位置。另一方面，連接管道所用材質(zhì)應(yīng)具有較高的熔點(diǎn)，不易燃燒。

另外，能夠?qū)錃庑孤蹲龀霭踩憫?yīng)，即，探測器需能及時(shí)檢測到氫氣泄露，并達(dá)到50%LEL之前發(fā)出警報(bào)，提醒駕駛員及時(shí)做相關(guān)處理。當(dāng)氫氣濃度接近75%LEL時(shí)，應(yīng)將電源、氫氣源自動切斷。為保證燃料電池汽車用電安全，標(biāo)準(zhǔn)對絕緣性、觸電防護(hù)、電壓標(biāo)識等方面做了明確規(guī)定，即，禁止直接接觸動力系統(tǒng)外漏部分以及動力系統(tǒng)帶電部件。同時(shí)，要求各電平臺、電路之間具有良好的絕緣性。

4 我國燃料電池汽車氫電安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建策略

為保證燃料電池汽車盡快的普及，在明確安全性方面的要求上，我國應(yīng)做好相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的研究，及時(shí)制定、修訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具體應(yīng)注重以下內(nèi)容的落實(shí)：

首先，氫氣具有易燃易爆特點(diǎn)，做好氫氣的檢測，對保證燃料電池汽車安全性意義重大。考慮到氫泄露時(shí)，主要由傳感器負(fù)責(zé)檢測、預(yù)警，一旦傳感器靈敏度出現(xiàn)問題，后果不堪設(shè)想，因此，應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)中增加關(guān)于傳感器靈敏度方面的規(guī)定，具體可參考GTR 13中的相關(guān)內(nèi)容。

其次，目前來看，不同國家在整車氫氣泄露探測方面的要求并未統(tǒng)一，因此，對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂時(shí)，應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一化做出努力，即，當(dāng)燃料電池汽車工作中發(fā)生單點(diǎn)泄露，導(dǎo)致半封閉、封閉空間氫氣體積濃度增大，需能夠針對不同濃度做出相應(yīng)。例如，當(dāng)濃度超過2%±1%時(shí)，應(yīng)及時(shí)預(yù)警；當(dāng)超過3%±1%時(shí)，主截止閥應(yīng)能及時(shí)關(guān)閉，切斷氫氣輸送。同時(shí)，當(dāng)濃度超過2%時(shí)報(bào)警時(shí)應(yīng)顯示為黃色，超過3%時(shí)報(bào)警應(yīng)顯示紅色。

目前情況下，以貨車、客車為主的燃料電池汽車停放空間較開闊，可不考慮整車氫氣泄露的檢測。但是如停放在廠區(qū)或一些大型公交公司則容易導(dǎo)致氫氣聚集，引發(fā)安全事故，因此，做好汽車的氫氣泄露評估則顯得尤為重要。評估時(shí)應(yīng)將其停放在密閉的空間中，將壓力增加到100%的標(biāo)稱工作壓力，并將氫氣泄露量控制在0.15NL/min以內(nèi)。另外，為實(shí)時(shí)獲知?dú)錃庑孤读浚瑧?yīng)注重氫氣泄露探測器的安裝，數(shù)量至少一個。

最后，注重在線絕緣檢測。燃料電池本質(zhì)上為發(fā)電系統(tǒng)，內(nèi)部存在大量電能，并且壓力較高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如絕緣性不好，會大大增加觸電事故發(fā)生機(jī)率。目前的絕緣性檢測僅在燃料電池不工作狀態(tài)下的檢測，因此，為提高安全性，應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)中增加在線絕緣檢測方面的內(nèi)容。

5 結(jié)語

燃料電池汽車不僅滿足人們的出行需要，而且污染較小，具有廣闊的發(fā)展前景，因此，我國職能部門應(yīng)提高認(rèn)識，積極向國外發(fā)達(dá)國家學(xué)習(xí)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，尤其做好氫電安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)研究。本文通過研究得出的結(jié)論有：

（1）燃料電池中氫氣是重要原料，因氫氣具有易燃易爆特點(diǎn)，危險(xiǎn)性較高，因此，我國職能部門應(yīng)在明確燃料電池工作原理的基礎(chǔ)上，積極完善相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，保障燃料電池汽車安全性。

（2）我國雖然已制定相關(guān)安全規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，但因我國燃料電池汽車技術(shù)起步較晚，部分安全標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)一步研究，在實(shí)踐中不斷補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，尤其應(yīng)注重借鑒發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗(yàn)，逐漸完氫電安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，為我國燃料電池汽車行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展創(chuàng)造良好條件。

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