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        燃料電池汽車車載氫氣安全的分析及探索

        2016-05-30 10:48:04吳東來
        時代汽車 2016年8期
        關(guān)鍵詞:安全汽車

        吳東來

        摘 要:隨著我國科技技術(shù)不斷進(jìn)步,汽車領(lǐng)域的科技也得到了質(zhì)的飛躍,現(xiàn)如今的汽車燃料電池車載氫氣技術(shù)已經(jīng)被汽車行業(yè)廣泛使用。但是,車載燃料電池氫氣安全問題也時有發(fā)生,例如車載氫氣系統(tǒng)、汽車氫氣泄露、氫氣儲存等。本文重點(diǎn)提出燃料電池汽車車載氫氣安全問題,以及解決這些問題的方法。

        關(guān)鍵詞:燃料電池;車載氫氣;汽車;安全

        1 車載氫氣燃料電池汽車概述

        車載氫氣燃料電池汽車是一種新能源汽車,它是通過氫氣和氧氣通過燃料電池進(jìn)行反映,進(jìn)而產(chǎn)生動力,由于氫氣、氧氣都是燃燒能力極強(qiáng)的氣體,其能量也是非常大的,氫氣和氧氣在放映過程中產(chǎn)生能量效率非常強(qiáng),而且氫氣和氧氣燃燒反映后產(chǎn)生的是水,對于環(huán)境來說幾乎是沒有任何危害的。而且氫氣和氧氣是人們生活中比較常見的氣體,對于二者的收集相對是比較容易的,而且也可以通過化學(xué)反應(yīng)來生產(chǎn)氫氣和氧氣。但是,氫氣是一種易爆的氣體,而氧氣是一種易燃的氣體,二者應(yīng)用到汽車上依舊存在一定的隱患,特別是易爆的氫氣。這就使得汽車燃料電池有一定的危險性,把氫氣作為燃料最重要的一點(diǎn)就是保障人們的安全,如圖1所示。

        2 燃料電池汽車車載氫氣安全措施

        氫氣是讓人又愛又恨的一種氣體,氫氣與其他的燃料雖然有很多相似之處。但是,氫氣卻也與其他燃料不同,氫是一種密度最輕的元素,或者說是最小的元素,很容易從微型小孔中泄露,由于氫氣是非?;钴S的氣體,如果與氧氣融合不恰當(dāng)容器引起爆炸,這使得很多人認(rèn)為氫氣是一種很危險的氣體,如果應(yīng)用到車上,想做到相對安全是不可能的。但是,隨著社會不斷的發(fā)展,氫氣的應(yīng)用變得越來越廣泛,現(xiàn)如今就有很多工業(yè)在適用氫氣作為燃料,而且作為世界頂端科技的美國航天局( NASA)對氫氣的儲存已經(jīng)長達(dá)幾十年,氫氣也是火箭的主要燃料。對氫氣的研究既然有了前車之鑒,我們更多的是吸取,挑選適合儲存氫氣的容器,這樣可以從根本上減少氫氣泄露的問題。

        在現(xiàn)如今的車載氫氣燃料電池汽車上,有很多輔助裝置來保護(hù)燃料電池汽車的安全性。例如安全閥、電磁閥、熱溶栓、溫度傳感器以及壓力傳感器等,這些輔助工具能夠?qū)崟r的反映燃料電池的情況,以及能有效的控制燃料電池出現(xiàn)問題的情況,實現(xiàn)了手動、半自動、全自動的操作模式,大大提高了車載氫氣燃料電池汽車的安全性,如圖 2所示。

        氫氣是一種易燃易爆的氣體,所以,控制溫度也是其中重要的一環(huán),溫度傳感器就是作為監(jiān)控溫度的一種手段,溫度傳感器可以有效測試氫氣瓶內(nèi)的溫度,對于氣瓶溫度的變化顯示到駕駛室的儀表盤上,駕駛?cè)藛T可以通過儀表盤上的數(shù)據(jù)可以判斷出汽車內(nèi)部是否有情況發(fā)生。壓力傳感器與普通汽車的郵箱測試器一個道理,是判斷氣瓶中氫氣剩余多少的作用,能夠正確判斷剩余的氫氣能否進(jìn)行正常的行駛,如果氣瓶內(nèi)壓力不足,就會通過表盤進(jìn)行變燈顯示,讓駕駛員了解氣瓶內(nèi)氫氣剩余情況。在充氣的過程中,管路電磁閥的作用就會凸顯出來,因為氣瓶和燃料電池是分離開的,在給氣瓶充氣時,能夠有效防止氣體接觸到電池。燃料電池汽車主要是燃料電池為汽車提供能量,就像是家用電器一樣,必須使用 220V電壓,否則就會承受不住壓力而出現(xiàn)安全問題。燃料電池也是同樣道理,燃料電池要求氫氣出入要有一定的數(shù)值,如果氫氣輸入過多就會導(dǎo)致燃料電池承受不住壓力自動熄火,或者出現(xiàn)安全隱患,如果氫氣輸入過少,就會嚴(yán)重影響正常使用,在這個過程中就需要一個“變壓器”,

        汽車行業(yè)稱之為“減壓閥”,減壓閥能夠調(diào)節(jié)氫氣瓶輸出壓力,讓氫氣輸出壓力能夠與燃料電池適應(yīng)壓力相匹配。如果出現(xiàn)氣瓶壓力問題,針閥能夠?qū)馄恐械臍錃膺M(jìn)行安全放空。

        3 燃料電池汽車車載氫氣的安全性測試

        3.1 氫氣泄露檢測

        在燃料電池汽車出場之前就要做一次安全性測試,由于氫氣是一種低密度的氣體,檢查泄露最常規(guī)的方法就是液體檢測,其方法與測試輪胎漏氣部位的原理差不多。通常的安全性測試就是將一些惰性氣體注入到氣瓶之中,例如氦氣和氮?dú)猓@種氣體密度小,而且活躍性低,之后進(jìn)行水體氣泡檢測以及皂泡實驗,對所有連接點(diǎn)進(jìn)行有效測試,水體測驗只是一方面,但是其成本最低,而且效果也不錯。再有就是一些高科技測試手段,例如氦質(zhì)譜檢測儀、紅外線檢測、超聲波檢測等,但是成本較高,而且測試過程中比較復(fù)雜,更多的是應(yīng)用在高級車輛中。

        3.2 系統(tǒng)振動檢測

        由于車載氫氣燃料電池汽車是一種新型能源汽車,起步相對較晚,技術(shù)不能說是完善,對于很多環(huán)節(jié)都要進(jìn)行全面檢測,以防燃料電池汽車在經(jīng)歷劇烈振動之后產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象。氫氣瓶與燃料電池,或者是一些輔助工具都要進(jìn)行一個整體的振動檢測,統(tǒng)稱為系統(tǒng)振動檢測。其具體檢測方式是垂直加速度,也可以叫做重力加速度(速度單位為 8g),之后燃料汽車再以水平加速度進(jìn)行振動測試(速度單位為 2g),在經(jīng)過指定的振動試驗后,燃料電池汽車再進(jìn)行整個氣密性的系統(tǒng)檢查。

        3.3 追尾碰撞安全以及防追尾檢測

        任何汽車在研究過程中都把防追尾以及追尾安全作為重點(diǎn)考慮對象。對于車載氫氣燃料電池汽車的防追尾問題,重點(diǎn)是氫氣泄露等安全性能。如果氫氣泄露在與氧氣結(jié)合,要是有一點(diǎn)火就很容易引起爆炸,所以,追尾安全性是非常重要的一環(huán)。測試的根本目的是,在燃料汽車被追尾產(chǎn)生碰撞時,保證內(nèi)部氫氣不會泄露,汽車因為碰撞起火等問題。

        4 車載氫氣燃料電池汽車的日常安全維護(hù)

        4.1 氫氣瓶以及相關(guān)系統(tǒng)日常安全維護(hù)

        氫氣作為一種非常活躍的氣體,其本身是沒有任何腐蝕性的,也不同于氧氣容器與其他材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但是由于其比較活躍,自身的反映會影響到其他金屬質(zhì)量,俗稱“氫脆”現(xiàn)象又稱白點(diǎn),在金屬內(nèi)部產(chǎn)生裂痕,這很容易導(dǎo)致氫氣泄露。所以,這就要求車載氫氣系統(tǒng)要符合國家標(biāo)準(zhǔn),保證定期日常維護(hù)。氫氣泄露現(xiàn)象無論怎么提高科技,都是有一定幾率發(fā)生的,因此,這就對所以的車載氫氣系統(tǒng)提出更高的要求,車內(nèi)許多傳感器是反映氫氣瓶中氫氣是否出現(xiàn)異常反應(yīng)的關(guān)鍵。所以,有關(guān)人員要定時對汽車的氣密性以及各個傳感原件進(jìn)行檢測、維護(hù)。

        4.2 燃料電池的日常維護(hù)

        燃料電池也是車內(nèi)重要的零部件之一。燃料電池在生產(chǎn)過程中,就要考慮車載氫氣燃料電池汽車自身的安全性,由于燃料電池與車載氫氣系統(tǒng)是燃料電池汽車的兩大重要組成部分,如果燃料電池出現(xiàn)問題,那么氫氣系統(tǒng)做的再完善也無濟(jì)于事,對于燃料電池的維護(hù)相比較氫氣系統(tǒng)不是那么復(fù)雜,但是其作用是非常關(guān)鍵的。對于日常維護(hù)重點(diǎn)是要檢查燃料電池是否老化、異常,對于燃料電池連接處要定時進(jìn)行清理,以免造成積灰導(dǎo)致接觸不良或者是短路,并且要增強(qiáng)通風(fēng)對流結(jié)構(gòu),加強(qiáng)氫氣的流通,以免造成氫氣的聚集。

        5 結(jié)束語

        現(xiàn)如今世界傳統(tǒng)能源短缺,石油、煤炭已經(jīng)在社會的發(fā)展中出現(xiàn)供給不足的情況,并且隨著全球工業(yè)不斷增加,傳統(tǒng)能源的弊端也日益凸顯出來。隨著人們的環(huán)保意識越來越強(qiáng),傳統(tǒng)能源已經(jīng)不是人類發(fā)展的必要能源,人們更多的是追求新能源、綠色能源。車載氫氣燃料電池汽車就是人們在汽車領(lǐng)域做出的一項突破,雖然在安全性還有待完善,但是隨著科技技術(shù)不斷發(fā)展,未來的新能源汽車必定會成為汽車領(lǐng)域的主流,人們與自然環(huán)境更加和諧。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 詹姆斯 .拉米尼,安德魯 .迪克斯.燃料電池系統(tǒng)———原理設(shè)計應(yīng)用[M] .北京:科學(xué)出版社,2014.12-13

        [2]馮文,王淑娟,倪維斗等.氫能的安全性和燃料電池汽車的氫安全問題[J] .太陽能學(xué)報,2013,24(5): 677-682.

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