燃料電池汽車安全性主要是車載氫系統(tǒng)的安全，包括高壓儲氫罐、供氫系統(tǒng)和燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。本文從材料選擇、氫泄漏監(jiān)測、防靜電、防爆和阻燃等五個角度重點說明如何在技術(shù)層面保障燃料電池汽車的安全。

1、材料選擇

車載高壓儲氫瓶一般選擇鋁合金或復(fù)合材料來避免氫脆的發(fā)生。如豐田Mirai的儲氫罐由三層結(jié)構(gòu)組成，內(nèi)是高強度聚合物，中間層是碳纖維和聚合物的混合材料，外層是剝離纖維和聚合物的混合材料。供氫系統(tǒng)管道及閥門采用適用于氫氣的材料，如抗氫脆的不銹鋼、鋁合金材料或聚合物，在元器件承壓上留有足夠的安全余量。

2、元器件防護

為了防止電路中產(chǎn)生電火花點燃氫氣，燃料電池汽車的電氣元件、管路、閥門都要采用相應(yīng)的防爆、防靜電、阻燃、防水、防鹽霧材料。如為了防止繼電器觸點動作放出電弧引燃氫氣，氫安全系統(tǒng)中一般選用防爆固態(tài)繼電器。此外，元器件的防水防塵、線束阻燃的級別也應(yīng)達到相應(yīng)的級別要求，這些都比普通的燃油車、電動汽車有著更高的要求。

3、車載氫系統(tǒng)安全防護

主要通過對高壓儲氫瓶和氫氣管道進行安全設(shè)計、安裝安全設(shè)施，來保障供氫系統(tǒng)的安全。如圖1，車載氫系統(tǒng)的安全防護體系主要包括排空管、安全閥、手動截止閥、單向閥、泄壓球閥、碰撞傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、電磁閥、碰撞傳感器等。一旦發(fā)生意外，氫系統(tǒng)控制器會把監(jiān)控信息傳給安全部件，各安全部件及時動作，使燃料電池汽車處于安全狀態(tài)。各安全部件功能見表2。

4、氫系統(tǒng)安全監(jiān)控

車載氫系統(tǒng)的安全監(jiān)控是防護的前提，是對儲氫瓶系統(tǒng)、乘客艙、燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)以及尾氣排放處的氫氣泄漏、系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)溫度、電氣元件及其他器件進行實時監(jiān)控，燃料電池汽車加氫、用氫的安全。如表3，主要監(jiān)控內(nèi)容包括氫氣泄漏、加注過程、儲氫瓶溫度、供氫管路壓力、電氣元件短路等。

5、碰撞安全防護

這類防護是為了保證發(fā)生碰撞時儲氫系統(tǒng)、氫氣管路、燃料電池電堆、各類閥門等關(guān)鍵部件不遭受危害性破壞。防碰撞設(shè)計除了關(guān)鍵零部件具有防撞能力外，還通過位置布置、固定裝置保護和慣性開關(guān)監(jiān)控碰撞，并與車載氫監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動，實現(xiàn)自動斷電、關(guān)閉閥門等保護性措施。如燃料電池巴士的高壓儲氫瓶防止在車身頂部，發(fā)生泄漏時氫氣可以迅速排放到大氣中。

高壓儲氫瓶是燃料電池車主要安全隱患所在，通過足夠強度的專用固定支架將儲氫瓶、瓶閥和高壓管路集成在一起，并用鋼帶支撐，以限制在碰撞過程中高壓氫瓶的位移，避免因碰撞造成氫氣的泄漏。

由于碰撞過程復(fù)雜，僅僅零部件的設(shè)計仍顯不足，整車上進行慣性開關(guān)的冗余設(shè)計以保萬無一失。發(fā)生碰撞時慣性開關(guān)被激活，將碰撞信號傳送至氫系統(tǒng)控制器，氫系統(tǒng)控制器立即發(fā)出指令關(guān)閉儲氫瓶閥門，斷開氫氣供應(yīng)，將氫氣的泄漏量降低至低。

安全技術(shù)的案例分析

巴拉德氫燃料電池技術(shù)商業(yè)化早，實際運營時間長，我們以巴拉德的產(chǎn)品為例，簡單說明上述安全技術(shù)的實際應(yīng)用：（1）如果巴拉德的燃料電池模塊發(fā)生泄露，它會啟動“故障保護”。（2）巴拉德燃料電池系統(tǒng)包括：板載泄漏檢測，通風(fēng)系統(tǒng)，以防止泄漏達到易燃水平，通過煙霧探測器或熱探測器進行火災(zāi)探測，排放燃料電池的減壓裝置。這些措施能夠很好的預(yù)防氫氣泄露:（3）在發(fā)生意外之時，巴拉德燃料電池動力模塊的設(shè)計兼顧乘客和操作員的安全。比如：小泄漏會觸發(fā)預(yù)警，以便駕駛員在車輛仍然安全時停車。（4）碰撞傳感器設(shè)計用于激活“安全關(guān)閉”序列，鎖定罐中的高壓氫，并將高壓組件與系統(tǒng)隔離。這些都使得乘員有一定的時間進行疏散。

巴拉德氫燃料電池技術(shù)比較成熟，在安全性設(shè)計方面考慮較為周到，事實上，巴拉德產(chǎn)品其安全性已經(jīng)足以和燃油車，這為我們技術(shù)研究提供了參考依據(jù)。

此外，美國有超過3%的叉車使用了燃料電池系統(tǒng)，大多為普拉格提供，多年來運營情況較好。豐田在美國也投入了數(shù)千輛燃料電池汽車，數(shù)年來運行良好。綜上，加拿大、美國、日本的數(shù)家企業(yè)運營經(jīng)驗證明了只要在設(shè)計上做好安全防護措施，操作時嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)，氫氣在使用上是安全的。