登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
在氢气安全系统中,氢气使用安全分为两类,即被动安全系统和主动安全系统。
被动安全系统包括的部件为排空口和氢瓶及氢管路上的安全阀,其部件特征为无需电气控制的机械部件,例如当管道内氢气压力过高时,安全阀会打开,过压的氢气就可以通过氢管路从排空口排到空气中。
主动安全系统是可通过电气控制的系统,其以氢系统控制器为核心,以氢系统各传感器、整车的部分传感器和其他控制器发送的信号等作为信息读取来源,以可控的电磁阀作为执行部件,当各传感器监控的状态出现异常时,能够主动控制阀门动作,关闭供氢系统,进而保证车辆和人员的安全。
3 燃料电池氢安全法规
燃料电池汽车的氢安全总是让人们充满担忧,美国能源部在氢安全的规范中也提到了保证安全是推进氢燃料电池汽车商业化的基础,为了确保燃料电池汽车的安全性达到传统汽车的水平,需要制定严格的法规和标准,进而在法律层面得到强制安全保证。
提到氢燃料电池汽车的安全,人们最关心的就是氢泄露和氢排放等氢气使用相关的问题。无论是国际上还是国内与燃料电池汽车相关的标准中,都提到了氢安全性的问题。
国际上与氢燃料电池相关的比较有代表性的标准为以下三项:国际标准化组织发布的与氢安全防护相关的ISO 23273:2013、全球统一汽车技术法规发布的GTR 13和SAE International发布的SAEJ2578。
3.1 ISO 23273:2013标准
该国际标准规定了燃料电池汽车车内外的氢安全防护和对人体防护方面的很多要求。
该标准适用的范围是用压缩氢气作为燃料电池动力系统燃料的燃料电池汽车,该标准关注的侧重点是车辆在正常操作时的情况和车辆单点故障时的情况,同时对具体的要求只做了概述性的规定。
例如该标准指出:在预设的区域内,比如无机械通风的车库、靠机械通风的建筑物或室外等场所,都必须满足车内外的正常排放均为不可燃的法规要求。
3.2 GTR 13法规
该法规是燃料电池安全的基础性法规,其适用于标称工作压力不超过70 MPa且最大加注压力为1.25倍标称工作压力的氢系统,同时要求该氢系统必须是稳固地连接在汽车上的。
该法规规定了正常使用情况和碰撞等特殊情况下,氢气的泄露、排放和报警故障的要求,规定了系统的完整性以及具体测试方法。
该法规明确规定了氢泄压系统、排气系统的具体要求,例如其规定:车辆尾排系统的氢气浓度,平均体积浓度任何时刻不允许超过8%,在连续测量的3s时间内,浓度不允许超过4%。
此外,该法规还规定了故障、氢泄漏和信号报警灯等多种情况下的具体要求。
3.3 SAE J2578标准
该标准不仅规定了燃料电池汽车的安全准则和方法,也规定了相关子系统的安全准则,提出了氢燃料电池系统集成在整车上的特殊要求,同时该标准还具体规定了氢燃料电池系统的具体要求和试验方法。
标准对燃料电池系统完整性进行了具体要求,对浸水、失效安全关断、汽车舱内潜在危险等情况进行了要求,也对排放、吹扫、通风和其他正常气体排放应满足的条件进行了要求。
此外,标准还规定了正常汽车排放测试和汽车不当或不利操作测试的标准和条件。
4 氢系统安全控制策略
为了保证燃料电池汽车的安全运行,以氢系统控制器为主,各传感器和执行部件为辅的氢管理系统发挥着重要的作用。
在正常工作时,氢管理系统与燃料电池控制系统通信,在不同的网络架构中氢管理系统也与整车控制系统通讯。
按照氢管理系统的工作场景,氢系统的安全控制策略分为以下四个方面:加氢安全策略、储氢安全策略、氢泄露及排氢安全策略和碰撞及整车紧急安全策略。
4.1 加氢安全策略
在国内外,燃料电池汽车的储氢形式以高压气态储氢为主,目前储氢压力分为两个等级,即35MPa和70MPa。在高压氢气加注过程中,车载氢瓶内氢气容易快速升温,存在安全隐患。
为了实现氢气的安全快速加注,常采用氢气预冷、温升控制和分级优化加注策略相结合的方法,同时车载氢管理系统与加氢站通过红外信号实时通讯,时刻检测加注过程中的各项参数。
氢气预冷:如果气源为常温,则在氢气加注过程中,气瓶温度会快速增加,并很容易达到氢瓶的安全温度限制,如果此过程靠自然冷却,则加注时间会很长,也就无法达到快速加注的目标,所以在氢气加注之前,通过对氢气进行制冷,使气源温度达到-40 ℃,然后再用低温氢气进行加注。
温升控制加注:在氢加注过程中,即使进行氢气预冷,也不能保证加注流量很大时气瓶温度始终在安全限值以下,因此为了平衡氢气加注速度和氢瓶温升,需要通过控制气瓶内的压力上升速度和氢气加注流量的方式控制气瓶温度。
分级加注:通常加氢站的储氢罐按照压力级别分成三组,压力从高到低分别是高级瓶组、中级瓶组和低级瓶组。在加注过程中,加氢机将按照控制程序,按照从低压到高压的顺序依次供应氢气。
其中,气源阶梯切换的判断常以气瓶内平均压力变化速率为依据,进而可按照低级瓶组到中级瓶组再到高级瓶组的顺序从各级储氢罐中取气,按照此方式也提高了各级储氢罐中的氢利用率。氢气的分级加注流程如图2所示。
图2 氢气分级加注流程图
4.2 储氢安全策略
为了保证储氢安全,氢管理系统需要监测氢瓶内的温度和压力,监测管路上的压力,同时还需监测各传感器、执行器以及通讯信号的通断等,并结合实际情况进行故障上报和处理。
典型氢管理系统的传感器和执行器信号类型和特点如表1所示。
表1 氢管理系统传感器和执行器信号类型
氢系统控制器读取传感器信号,并通过相应的策略进行参数计算。
以氢瓶内压力监测的计算为例,首先氢控制器按照预设的采样速率,如每10 ms采集一次氢瓶内压力,连续采集6次,并计算出这6次压力的最大值和最小值,将6次采样的压力值求和,再减去最大值和最小值,最后除以4得到的就是去除极值后的平均值,该数值作为氢气压力的有效值。
每一次有效值时的获取,都将重新采样6次新的压力值,然后再按照上面的方式进行计算。
氢系统控制器还需对计算后的参数进行判断和故障处理。
例如,在氢瓶的温度超过报警温度时,氢系统控制器会发出控制信号立即关闭电磁阀,并将报警信号发送给整车控制系统和燃料电池控制系统,发送请求结束系统工作的请求,发送的信号中也包括故障气瓶编号的信息,并在仪表上提示驾驶员,同时使用声音提醒驾驶员采取紧急安全措施。
4.3 氢泄露及排氢安全策略
由于氢气的易燃易爆特性,对氢泄露和排氢浓度的监控和处理显得尤为重要。
在燃料电池系统工作中,为排出氢气路蓄积的水,需要按照一定的时间间隔进行排气操作,不可避免会有少量氢气排出系统,而为了保证安全,必须确保排出其他的氢浓度低于可燃值。
因此,常规方案是将排出的氢与空气路排出的废气在混合腔内充分混合,同时监测排氢的浓度,当排氢浓度高于预设的限值时,需降低排氢时间,同时增加空气的排气量使排出的混合气低于预设值。
一般情况下,常采用高精度的氢气浓度传感器监控氢泄漏,为实现实时监控车内氢含量的目标,需要在燃料电池发动机附近、乘客舱顶棚和储氢瓶附近布置多个传感器,任何监控的位置发生氢泄漏,均需要采取安全措施,确保车辆和乘客安全。
氢泄露传感器的布置如图3所示,图中传感器布置在了后备箱的最高点①、乘客舱②和前机舱③附近,有的传感器布置方案也在储氢瓶口处增设氢传感器。
氢系统控制器将多个氢浓度传感器的采集值进行处理,并取其中的最大值作为氢泄露的报警值,氢系统控制器会将该最大值上报燃料电池控制系统和整车控制系统,当最大值超过限值时,氢系统控制器还将发送报警信息,并执行相应的举措。
氢泄漏报警分为四类,其一是氢浓度传感器故障,另外三类是三级泄露报警,按照氢泄露浓度不同依次为轻度报警、中度报警和紧急报警。
轻度报警又称一级泄露报警,指空气中的氢含量在0.4%到1%之间,氢系统控制器将轻度氢气泄露报警信息上报燃料电池控制器系统和整车控制系统,并提示驾驶员有氢泄露异常;
中度报警又称二级泄露报警,指空气中的氢含量在1%到2%之间,氢系统控制器将向燃料电池控制器系统和整车控制系统上报严重的氢气泄露报警,并提示驾驶员立即停车;
紧急泄露报警又称三级泄露报警,指空气中的氢含量超过2%时,氢系统控制器向燃料电池控制器系统和整车控制系统上报紧急泄漏报警,同时进入故障处理模式,立即关闭氢瓶上的电磁阀,并声光报警提示司机氢气泄露,具体控制措施如表2所示。
4.4 整车紧急状态安全策略
车辆出现碰撞、燃料电池电堆故障或其他整车紧急状态下,氢系统也将进行相应的措施来保证安全。
在部分燃料电池系统中,除了通过CAN总线在各控制器之间传输报警信号之外,还设计了应急硬线连接装置,能够保证系统有效并可靠地快速响应。具体硬线应急安全原理如图4所示。
图中的应急安全硬线装置由碰撞开关、急停开关、氢系统控制器控制端和整车控制控制端等四个端口同时控制,实际应用中控制端口也可以按照相同的原理增加或减少。
表2 氢泄露报警控制措施
当急停开关或碰撞开关断开时,之前保持高电平的安全线将变为低电平,氢系统控制器和整车控制器都将收到低电平应急信号,氢系统将进入安全应急状态,停止供氢并报警提示。
当整车控制器识别出整车异常或燃料电池系统异常时,将把安全线拉为低电平,通知氢系统或其他获取该信号的系统进入安全应急状态。同样的,氢系统控制器也能拉低安全线并让系统进入安全应急状态,来达到保证车辆及人员安全的目的。
图4 应急安全原理示意图
5 总结与展望
(1)氢由于其固有的特性,氢安全问题在一定程度上制约了氢燃料电池汽车的应用和发展,因此让更多人了解氢气,了解燃料电池氢系统以及了解氢应用的安全实例就显得尤为重要。在氢能相关技术进步的同时,做好氢安全知识的科普具有重要意义。
(2)我国在燃料电池汽车领域的起步相对较晚,虽然已经发布了氢安全相关的标准法规,但仍需在实践中不断完善和补充,进而从法律角度严格保障燃料电池汽车的安全性与传统车相当。
(3)燃料电池汽车氢安全策略已基本形成了比较完善的框架,在加氢、储氢、排氢、氢泄露及紧急情况等各环节均能保证安全,随着仿真模拟的进步,安全试验的积累和优化,多种故障分析方法的广泛应用以及传感器技术不断提高,必将推动燃料电池汽车商业化、规模化、产业化发展的历史进程。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
北极星氢能网获悉,6月4日下午4时,在临港区碳纤维产业园民用复材区上空,一架四旋翼氢动力无人机轻盈悬停、垂直起降,姿态稳定,标志着四旋翼氢动力无人机成功实现威海首飞。这架无人机由科泰克(山东)特种装备科技有限公司(以下简称“科泰克”)和深圳氢蓝时代动力科技有限公司(以下简称“氢蓝时
6月5日,银川市人民政府关于印发《苏银产业园高质量发展实施方案(2025-2027年)》的通知,通知指出,聚焦硅基、碳基材料,高性能纤维材料等领域,依托20GW异质结单晶材料智慧工厂等项目,加速布局新一代异质结专用切片、电池、组件、钙钛矿等光伏材料产业。原文如下:银川市人民政府办公室关于印发《苏
北极星氢能网获悉,近日,氢动科技河南氢动“氢车万里行”活动发车仪式在郑州海尔产业园内隆重举行。本次活动由河南氢动与宇通商用车联合主办,携手飞洁冷链(客户单位)、天宏城配(运营单位),共同启动氢燃料冷藏物流车的规模化示范运营,标志着河南省氢能绿色冷链物流发展逐步走向市场化、规模化。
北极星售电网获悉,6月5日,宁夏银川市人民政府办公室关于印发《苏银产业园高质量发展实施方案(2025-2027年)》(以下简称《方案》)的通知。《方案》指出,以新能源开发利用为牵引,以绿电园区建设为支撑,积极推进源网荷储、分布式微能网、虚拟电厂等新型电力系统建设,构建绿电直供、绿色算力、绿色
2025年,交通运输体系的绿色低碳转型成为政策焦点之一,是推动高质量发展的重要抓手。在“双碳”目标与国七排放标准升级的双重驱动下,氢燃料电池技术被列为重型车辆零碳转型的重要路径。美国戈尔的GORE-SELECT®质子交换膜凭借其高效能、耐久性等特性,将推动氢燃料电池的应用发展,成为重型车辆行业
北极星氢能网获悉,近日,四川省经济和信息化厅发布《四川省氢能产业中长期发展规划(2025—2035年)》,其中指出:到2027年,全省累计推广应用氢燃料电池汽车超4000辆,打造1—2条氢能轨道交通示范线;有序推进制氢、加氢基础设施建设,累计建成加氢站(含制氢加氢一体站)超40座,打造1—2个可再生能
北极星氢能网获悉,6月4日,安徽省第二批氢能环卫车交付运营仪式在六安市金安区举行。明天氢能公司向福龙马集团六安子公司交付新车钥匙,标志着安徽省第二批氢能环卫洗扫车正式交付运营。在六安市发展氢能产业的坚定路线下,明天氢能与福龙马集团强强联合,双方共同努力在当地打通了氢能源环卫车辆应用
日前,河南平顶山市政府印发《平顶山市空气质量持续改善实施方案》。方案提出,推进重点行业污染深度治理。全市新建(改扩建)火电、钢铁、水泥、焦化项目要达到超低排放水平。水泥、焦化企业按要求基本完成有组织和无组织超低排放改造。2025年9月底前,钢铁、水泥、焦化企业力争完成清洁运输超低排放
北极星氢能网获悉,今年以来,川维化工紧抓重庆市“西部氢谷”建设、西部陆海新通道“氢走廊”发展机遇,做好氢气产销工作,5月氢气产品销量超50吨,创氢能生产装置投产以来月度新高,重庆地区市场占有率超80%。川维化工是“成渝氢走廊”重庆片区的主要源头生产企业,采用中国石化自主成套技术,利用天
北极星储能网获悉,6月3日消息,福建省科学技术厅等四部门关于组织申报2025年高校产学研联合创新项目的通知,新材料方向包括,锂离子电池、燃料电池等关键材料及工程化技术;电池梯级利用与绿色回收技术;乏燃料后处理技术;先进锂离子电池、动力锂离子电池凝胶聚合物电解质、高离子电导率和高稳定的无
北极星售电网获悉,近日,重庆市能源局发布关于市六届人三次会议第1243号代表建议办理情况的答复函。答复文件明确,重庆实施“百万千瓦屋顶部署推进”光伏式和“千乡万村驭风”行动,截至2025年3月,全市风电、光伏发电装机规模分别达到256万千瓦、352万千瓦,新能源装机将从“十三五”末提升6.3%至16.
北极星氢能网获悉,6月4日下午4时,在临港区碳纤维产业园民用复材区上空,一架四旋翼氢动力无人机轻盈悬停、垂直起降,姿态稳定,标志着四旋翼氢动力无人机成功实现威海首飞。这架无人机由科泰克(山东)特种装备科技有限公司(以下简称“科泰克”)和深圳氢蓝时代动力科技有限公司(以下简称“氢蓝时
6月5日,银川市人民政府关于印发《苏银产业园高质量发展实施方案(2025-2027年)》的通知,通知指出,聚焦硅基、碳基材料,高性能纤维材料等领域,依托20GW异质结单晶材料智慧工厂等项目,加速布局新一代异质结专用切片、电池、组件、钙钛矿等光伏材料产业。原文如下:银川市人民政府办公室关于印发《苏
北极星氢能网获悉,近日,氢动科技河南氢动“氢车万里行”活动发车仪式在郑州海尔产业园内隆重举行。本次活动由河南氢动与宇通商用车联合主办,携手飞洁冷链(客户单位)、天宏城配(运营单位),共同启动氢燃料冷藏物流车的规模化示范运营,标志着河南省氢能绿色冷链物流发展逐步走向市场化、规模化。
北极星售电网获悉,6月5日,宁夏银川市人民政府办公室关于印发《苏银产业园高质量发展实施方案(2025-2027年)》(以下简称《方案》)的通知。《方案》指出,以新能源开发利用为牵引,以绿电园区建设为支撑,积极推进源网荷储、分布式微能网、虚拟电厂等新型电力系统建设,构建绿电直供、绿色算力、绿色
2025年,交通运输体系的绿色低碳转型成为政策焦点之一,是推动高质量发展的重要抓手。在“双碳”目标与国七排放标准升级的双重驱动下,氢燃料电池技术被列为重型车辆零碳转型的重要路径。美国戈尔的GORE-SELECT®质子交换膜凭借其高效能、耐久性等特性,将推动氢燃料电池的应用发展,成为重型车辆行业
北极星氢能网获悉,6月4日,安徽省第二批氢能环卫车交付运营仪式在六安市金安区举行。明天氢能公司向福龙马集团六安子公司交付新车钥匙,标志着安徽省第二批氢能环卫洗扫车正式交付运营。在六安市发展氢能产业的坚定路线下,明天氢能与福龙马集团强强联合,双方共同努力在当地打通了氢能源环卫车辆应用
日前,河南平顶山市政府印发《平顶山市空气质量持续改善实施方案》。方案提出,推进重点行业污染深度治理。全市新建(改扩建)火电、钢铁、水泥、焦化项目要达到超低排放水平。水泥、焦化企业按要求基本完成有组织和无组织超低排放改造。2025年9月底前,钢铁、水泥、焦化企业力争完成清洁运输超低排放
北极星氢能网获悉,今年以来,川维化工紧抓重庆市“西部氢谷”建设、西部陆海新通道“氢走廊”发展机遇,做好氢气产销工作,5月氢气产品销量超50吨,创氢能生产装置投产以来月度新高,重庆地区市场占有率超80%。川维化工是“成渝氢走廊”重庆片区的主要源头生产企业,采用中国石化自主成套技术,利用天
北极星售电网获悉,近日,重庆市能源局发布关于市六届人三次会议第1243号代表建议办理情况的答复函。答复文件明确,重庆实施“百万千瓦屋顶部署推进”光伏式和“千乡万村驭风”行动,截至2025年3月,全市风电、光伏发电装机规模分别达到256万千瓦、352万千瓦,新能源装机将从“十三五”末提升6.3%至16.
北极星氢能网获悉,5月30日,质子汽车首批次出口澳大利亚氢燃料重卡发车仪式圆满举行,正式开启质子汽车进军澳大利亚及新西兰新能源重卡市场新征程,也标志着质子汽车国际化战略再次迈出关键一步。据悉,此次出口车辆搭载行业量产最大功率240kW氢燃料系统和新一代电驱桥,最大续航里程达500公里,匹配A
北极星氢能网获悉,近日,雄韬股份成功中标中广核白鹭综合服务(深圳)有限公司氢燃料电池车辆移动应急发电技术服务项目。本次中标标志着雄韬股份在氢能领域的综合实力再获权威认可,同时也将进一步巩固公司在氢能领域的优势地位。项目将搭载雄韬股份自主研发和生产的的VISTAH系列氢燃料电池发动机系统
2025年6月10-13日,全球光储行业年度盛会——SNECPVES第十八届(2025)国际太阳能光伏和智慧能源储能及电池技术与装备(上海)大会暨展览会(简称2025SNECPVES国际光伏储能两会)即将震撼开幕!会议时间:2025年6月10-12日会议地点:国家会展中心上海洲际酒店(上海市诸光路1700号)展览时间:2025年6月11-
北极星售电网获悉,6月6日,河北省发展和改革委员会发布关于促进能源领域民营经济发展若干细化举措的通知。文件提出,支持民营企业积极投资智能微电网。深化分布式智能电网规划建设、运行控制、运营模式等与大电网责权划分的研究探索,支持民营企业投资建设分布式智能电网,与电网企业创新形成合作共赢
北极星氢能网获悉,近日,浙江省科技厅正式批复认定由浙江德创环保科技股份有限公司(以下简称“德创环保”)牵头、绍兴文理学院共同组建的“浙江省制氢用离子膜功能材料与技术重点实验室”。该实验室的成立标志着浙江省在氢能关键材料领域取得重要进展,将为我国绿色氢能产业链的自主可控发展提供关键
北极星氢能网获悉,6月4日,中国能建党委书记、董事长宋海良在上海与上海市委常委、浦东新区区委书记李政,上海市政府副秘书长、浦东新区区委副书记、区长吴金城举行会谈。双方就深化能源电力、城市建设、数能融合、交能融合、国际合作等领域合作,助力浦东加快打造社会主义现代化建设引领区进行深入交
北极星氢能网获悉,6月4日下午4时,在临港区碳纤维产业园民用复材区上空,一架四旋翼氢动力无人机轻盈悬停、垂直起降,姿态稳定,标志着四旋翼氢动力无人机成功实现威海首飞。这架无人机由科泰克(山东)特种装备科技有限公司(以下简称“科泰克”)和深圳氢蓝时代动力科技有限公司(以下简称“氢蓝时
北极星储能网获悉,6月6日,阳泉市能源局印发《阳泉市能源领域碳达峰实施方案》,提到,鼓励大数据中心、电动汽车充(换)电站、虚拟电厂运营商以及储能运营商作为市场主体参与用户侧储能项目建设。积极构建多层次智能电力系统调度体系,提高电网调度智能化水平。到2025年,全市实现快速灵活的需求侧响
6月5日,银川市人民政府关于印发《苏银产业园高质量发展实施方案(2025-2027年)》的通知,通知指出,聚焦硅基、碳基材料,高性能纤维材料等领域,依托20GW异质结单晶材料智慧工厂等项目,加速布局新一代异质结专用切片、电池、组件、钙钛矿等光伏材料产业。原文如下:银川市人民政府办公室关于印发《苏
北极星氢能网获悉,6月4日,好风光氢能与中交三公局正式携手,好风光氢能董事长王小成代表公司与中交三公局、中交三公局华中建设有限公司分别签署《风光氢氨醇/氢储项目开发、投资及工程合作框架协议》、《风光氢醇项目合作协议》。此次签约,双方一致同意在绿色能源领域开展全面、深度的合作,双方将
北极星氢能网获悉,近日,氢动科技河南氢动“氢车万里行”活动发车仪式在郑州海尔产业园内隆重举行。本次活动由河南氢动与宇通商用车联合主办,携手飞洁冷链(客户单位)、天宏城配(运营单位),共同启动氢燃料冷藏物流车的规模化示范运营,标志着河南省氢能绿色冷链物流发展逐步走向市场化、规模化。
北极星售电网获悉,6月5日,宁夏银川市人民政府办公室关于印发《苏银产业园高质量发展实施方案(2025-2027年)》(以下简称《方案》)的通知。《方案》指出,以新能源开发利用为牵引,以绿电园区建设为支撑,积极推进源网荷储、分布式微能网、虚拟电厂等新型电力系统建设,构建绿电直供、绿色算力、绿色
北极星氢能网获悉,为加快铁路机车绿色低碳转型,保障老旧型铁路内燃机车动力源系统改造的有序开展,近日,国家铁路局组织编制《老旧型铁路内燃机车动力源系统改造管理规定》(以下简称《规定》),向社会公开征求意见。《规定》中提到,老旧型铁路内燃机车动力源系统改造,是将老旧型铁路内燃机车的化
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!