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淺析燃料電池汽車氫電安全法規標準

類別:電力安全 發布時間:2019-11-07 瀏覽人次:

摘 要:隨著人們環保意識的提高,發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知識,其中保障燃料電池汽車安全是研究工作的重點。目前,很多國家已制定安全方面的法規標準,用于規范燃料電車汽車行業。為更好的促進我國燃料電池汽車行業的發展,我國應提高認識,做好氫電安全法規標準的研究。本文立足燃料電池工作原理,對國外有關燃料電池汽車安全法規標準進行分析,介紹我國燃料電池汽車安全測評項目,提出相關建設策略,以供參考。


近年來,燃油汽車數量猛增,給環境造成嚴重污染,促進溫室效應的發生,給人類的未來發展構成較大威脅,因此,汽車行業必須在燃料方面做出新的變革,應大力推廣與應用新能源汽車。燃料電池汽車是新能源汽車的主要代表,其對環境友好,是未來汽車行業的主要發展方向。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,需做好相關安全法規研究,及時制定行業標準,為燃料電池汽車更好的應用、普及奠定堅實基礎。


1、燃料電池的工作原理

燃料電池為燃料電池汽車的運行提供必需的電能,其構成復雜,包括陽極、陰極、電解質、外部電路等。燃料電池的工作主要利用質子交換膜技術,即,在覆蓋有催化劑的質子交換膜作用下,氫氣在陽極被分解為質子。質子在質子交換膜作用下到達陰極。氫氣分解時釋放電子,電子經過負載被引至陰極,如此便產生電能。在陽極催化劑作用下發生如下反應:H2→2H++2e。


在陰極催化劑作用下,發生反應:0.5O2+2H++2e→H2O。


通過分析燃料電池工作原理不難發現,燃料電池汽車具備以下優點:零排放或近似零排放,給環境不會造成污染。同時,運行平穩、無噪聲,因此,當前很多國家開始重視燃料電池汽車的研發。眾所周知,燃料電池汽車研發專業性強,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標準的研究,構建完善的標準體系是基礎性工作。

淺析燃料電池汽車氫電安全法規標準

2、國外燃料電池汽車安全法規分析


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發展,制定較多安全法規。我國應充分認識到研究國外燃料電池安全法規標準的重要性,即,對我國燃料電池汽車安全法規標準的制定具有較高的參考價值,可使我國少走彎路,提高規范標準制定效率,因此,我國職能部門應注重收集與研究發達國家有關燃料電池汽車氫電安全法規標準,立足我國燃料電池汽車氫電安全規范標準實際,認真分析規范標準存在的不足,認真學習,積極借鑒,及時加以完善,制定符合我國燃料電池汽車行業實際的規范標準。


首先,美國制定SAEJ2578《燃料電池汽車安全的推薦性做法》,對如何進行燃料電池的測試進行闡述,涉及電力系統安全、燃料電池系統安全、燃料系統要求等諸多內容。同時,對發生故障時的性能給與明確要求,即,當發生危險時,燃料電池汽車需能夠將燃料系統關閉,并能完成階段性的安全警告。其次,國際標準化組織在相關標準中也做出相關規定,即,設計燃料電池汽車時應考慮運行條件、環境因素的影響,尤其燃料電池的放電、安裝位置、氫關閉系統等不得違法標準內容。另外,在國際公認的GTR13全球技術法規中,對在順序試驗、型式試驗中的加壓儲氫系統提出明確要求。最后,在參考GTR13歐盟對燃料電池汽車也做出相關規定,涉及車載氫系統、關鍵閥件、氣瓶等諸多內容。


3、我國燃料電池汽車安全檢測項目


經多年努力,我國在燃料電池汽車上也制定了較多的標準,使得燃料電池汽車的安全體系越來越完善。以GB/T24549-2009標準為例,要求進行燃料電池汽車測試時需滿足以下內容要求。


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范法規要求。當然為將其與傳統汽車區分開來,需將燃料電池汽車類型的警示,張貼在外部。


3.2 具體系統要求


燃料電池汽車構成復雜,包括壓縮氫氣儲存系統、加氫口、排氣裝置等。為保證安全,標準對其均提出明確要求。其中壓縮氫氣儲存系統應能將罐中的氣體溫度顯示出來,顯然為滿足這一要求應將傳感器布置在儲氫容器合適位置。另外,能夠對壓力過高、過低做出預警,及時阻斷燃料的供應,尤其當氫泄露時,燃料系統需及時做出切斷氫氣開關動作。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、灰塵等的進入。同時,應清晰標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,如燃料電池汽車發生事故或故障,應能及時放氣、通風。其中放氣的方向、方位應和火源、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,應將放氣裝置設計在較高位置。另一方面,連接管道所用材質應具有較高的熔點,不易燃燒。


另外,能夠對氫氣泄露做出安全響應,即,探測器需能及時檢測到氫氣泄露,并達到50%LEL之前發出警報,提醒駕駛員及時做相關處理。當氫氣濃度接近75%LEL時,應將電源、氫氣源自動切斷。為保證燃料電池汽車用電安全,標準對絕緣性、觸電防護、電壓標識等方面做了明確規定,即,禁止直接接觸動力系統外漏部分以及動力系統帶電部件。同時,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標準構建策略


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,我國應做好相關標準內容的研究,及時制定、修訂相關標準,具體應注重以下內容的落實:


首先,氫氣具有易燃易爆特點,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,主要由傳感器負責檢測、預警,一旦傳感器靈敏度出現問題,后果不堪設想,因此,應在標準中增加關于傳感器靈敏度方面的規定,具體可參考GTR13中的相關內容。


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一,因此,對標準進行修訂時,應為標準的統一化做出努力,即,當燃料電池汽車工作中發生單點泄露,導致半封閉、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。例如,當濃度超過2%±1%時,應及時預警;當超過3%±1%時,主截止閥應能及時關閉,切斷氫氣輸送。同時,當濃度超過2%時報警時應顯示為黃色,超過3%時報警應顯示紅色。


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。但是如停放在廠區或一些大型公交公司則容易導致氫氣聚集,引發安全事故,因此,做好汽車的氫氣泄露評估則顯得尤為重要。評估時應將其停放在密閉的空間中,將壓力增加到100%的標稱工作壓力,并將氫氣泄露量控制在0.15NL/min以內。另外,為實時獲知氫氣泄露量,應注重氫氣泄露探測器的安裝,數量至少一個。


最后,注重在線絕緣檢測。燃料電池本質上為發電系統,內部存在大量電能,并且壓力較高,內部結構復雜,如絕緣性不好,會大大增加觸電事故發生機率。目前的絕緣性檢測僅在燃料電池不工作狀態下的檢測,因此,為提高安全性,應在標準中增加在線絕緣檢測方面的內容。


5、結語

燃料電池汽車不僅滿足人們的出行需要,而且污染較小,具有廣闊的發展前景,因此,我國職能部門應提高認識,積極向國外發達國家學習先進經驗,尤其做好氫電安全法規標準研究。本文通過研究得出的結論有:


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


(2)我國雖然已制定相關安全規范標準,但因我國燃料電池汽車技術起步較晚,部分安全標準需要進一步研究,在實踐中不斷補充標準內容,尤其應注重借鑒發達國家經驗,逐漸完氫電安全法規標準,為我國燃料電池汽車行業的穩步發展創造良好條件。


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