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韩国现代专家阐述NEXO燃料电池汽车氢安全关键技术

2021-12-27 | 编辑:鄂机教育网 | 来源:未知 | 浏览量:

  对未知或不熟悉的恐惧是一种完全自然和人类的反应。FCEV对消费者来说相对较新,司机可能不熟悉,但它们真的像一些人描述的那样危险吗?对未知的恐惧是否使我们忘记了氢燃料电池的高效环保特性,被与氢弹的词联想吓坏了?以下是韩国现代汽车Mabuk环境技术中心专家对于氢安全问题的回答。

  1、关于氢的一般知识是它很容易氧化或可燃。如果车辆在NEXO内部或外部发生火灾,或者如果车辆泄漏氢气,储氢瓶是否安全?

  首先,没有一例FCEV事故因氢气泄漏而发生。氢气是一种比大气轻14倍的气体,因此如果发生泄漏,它会立即扩散到空气中。即使在车辆起火的情况下,泄漏氢气燃烧的可能性也几乎不存在。

  此外,还有多个实时传感器可以检测储氢瓶,氢气供给系统和燃料电池堆上的任何泄漏。如果在标准操作期间或在损坏氢气供给系统的外部冲击中检测到氢气泄漏,驾驶员的仪表板显示屏会发出警告。安全系统甚至可能阻塞储氢瓶阀,防止氢气从储罐中大量喷射,这可能导致其他危险。

  如果火灾导致储氢瓶周围的温度升高到过高的水平,探测系统会强制将氢气从储罐中排出到大气中。由于这些冗余的安全措施,储氢瓶不会爆炸;即使车辆经过完全焚烧。储罐本身覆盖着防火涂层。在车辆火灾、泄漏和爆炸方面,FCEV比汽油燃烧汽车安全得多。

  

韩国现代专家阐述NEXO燃料电池汽车氢安全关键技术

 

  FCEV上的众多消防安全测试之一。即使在车辆起火的情况下,储氢瓶也不会"着火"或爆炸

  2、密闭空间(例如车库或隧道)中的氢气泄漏怎么办?

  在非常特殊的情况下,富含氢气的密闭环境可能导致火灾或爆炸。NEXO中的氢气密封系统旨在将任何泄漏抑制到政府氢气泄漏政策标准的1/60,其安全性已多次得到验证。

  此外,车库或隧道实际上不是完全封闭的空间。有建筑法规定了通过这种结构的气流设施。除非故意违反这些定律,并且气流被密封,否则导致爆炸的氢气泄漏极不可能。

  3、储氢瓶使用什么材料,结构如何,每种材料的强度是多少?

  储氢瓶的内表面由薄聚酰胺衬里(尼龙)制成,可最大限度地减少氢气渗透。外表面覆盖着增强塑料(碳纤维+环氧树脂),厚度为20-25mm,能够保持700 bar的压力。

  关于储氢瓶的安全性,强度是破裂安全的关键,而刚度对于耐用性很重要。强度是受力时的抗断裂性,而刚度是受力时的抗变形性。碳纤维增强塑料在重量上比钢有许多优点。其中两个好处是强度提高6倍,刚度提高4倍。换句话说,增强塑料更轻,同时更可靠。

  4、它是否可以抵抗撞击造成的任何损害?

  储氢瓶经受住了1.8米的跌落测试,而不会对其功能造成任何损害。子弹射入加压为700bar的储氢瓶,仅导致氢气通过穿刺排放到大气中,没有爆炸。即使在与标准内燃机相同的条件下进行的后冲击测试中,储氢瓶也喷射出所有氢气,甚至没有检测到微量。即使发生车辆火灾,多余的耐火材料和安全机制也能防止升级,同时迅速排出氢气,从而防止任何爆炸的可能性。这种全面的安全系统为NEXO赢得了Euro NCAP的第一个最高五星级总体评级。

  5、测试哪些项目以确保储氢瓶的安全性,耐用性和其他指标?

  韩国国土交通省(MOLIT)关于《CNG压力容器安全条例》的行政通知列出了14项安全测试,包括破裂测试、篝火测试和渗透测试。此外,还进行了其他安全测试,包括前后碰撞测试,极端寒冷和天气条件测试。

  自早期开发以来,NEXO储氢瓶的测试几乎翻了一番。提高了批量生产的安全标准。该技术不仅需要满足国内外法规的要求,还需要满足现代汽车自己指定的200多项单独测试标准。也就是说,我们对安全性和耐用性的标准比管理机构制定的标准要严格得多。

  例如,模拟运输过程中损坏的跌落损坏测试和针对复合材料急性损坏的耐久性测试均进行了12000次。此外,还使用了200多个NEXO来彻底审查车辆的整体安全性。

  6、储氢瓶的内部压力非常高,为700bar。如何控制压力?更重要的是,如何控制高压以避免对人造成伤害?

  FCEV内部有一个燃料电池堆,使用氢燃料和从外部大气中吸入的氧气发电。燃料电池堆需要压力,并且所需的最小压力随着电堆的所需电输出而增加。储氢罐的标准压力约为350bar,但技术的进步允许更大的压力,安全性和稳定性。现在的标准压力约为700bar,特别是在NEXO的情况下,最大爆破压力达到1575bar。

  立即降低储氢瓶内的高压是一项挑战,因此通过连接到燃料电池堆的氢燃料供给系统,压力在两阶段过程中被抑制。首先,通过第一个减压装置将700bar的压力降低到16bar,然后在氢气与氧气反应发电的燃料电池堆入口处,压力进一步下降到约1.0-1.5bar。

  氢气在700bar的高压下储存在储氢瓶中,当它被供应到燃料电池模块时,它在16bar时进行减压,并且由于气体的高压和可燃性,该过程涉及一定的风险。因此,工程师应用了各种安全机制和逻辑。从更基本的泄漏检测传感器到更复杂的高压和中压传感器,逻辑传感器可检测超压和微泄漏。安全机制还包括仅在点火关闭时才允许加氢的逻辑,以及可以检测加氢过程中可能发生的氢气泄漏的逻辑。

  7、储氢瓶的耐用性或安全性是否受到FCEV长期运行的影响?

  涂覆在储氢瓶外壳上的碳纤维复合材料以数十种图案分层。这意味着对碳纤维涂层的任何损坏仅限于局部几股,并且不会影响储罐的安全性或耐用性的性能。

  储氢瓶部件符合最高的安全标准,其认证条件是最严格的标准之一。事实上,这些储罐能够承受相当于海面下15公里或更深的外部压力,并且在700bar压力下充装后离开后安全。尽管有这样的设计安全裕度,但法律使用寿命最长为15年(欧洲为20年)或4,000小时(欧洲为5,000小时),以先到者为准。因此,我们设计的储氢瓶远远超过法律规定的安全性和耐用性标准。

  我们测试了大约45,000次充装过程,然后在跌落后或极端天气条件下又测试了15,000次。没有必要比驾驶基于化石燃料的内燃机时感到更焦虑,也就是说储氢瓶几乎没有爆炸的可能性。

  8、NEXO获得了欧洲汽车安全性能评估计划Euro NCAP的第一个最高五星总体评级。团队克服了哪些挑战才能达到该评级?

  NEXO有三个储氢瓶,每个储罐的大小相同。为了提高行驶质量,我们将扭力梁悬架换成了多连杆系统。这需要一个螺栓固定装置来铰接支撑和下臂,这是靠近储罐的突出部件。在碰撞测试中,我们发现突出的螺栓可能对储罐的复合表面造成危险,并用金属板容纳螺栓和储罐的脆弱部分。我们再次测试了安全预防措施,发现即使在撞击情况下,突出部分也不会影响储氢瓶。

  9、团队正在跟进NEXO,推出另一款下一代FCEV。团队在安全性和性能方面设定了哪些目标?

  消除对储氢瓶的毫无根据的恐惧将是一个主要目标。我们正在开发一种用于储氢的智能储罐,为车辆操作员提供储罐状态的实时通知。考虑到FCEV及其储氢瓶的安全性,我们已经处于一个相当好的位置。从更面向消费者的角度来看,我们理解储氢瓶存在一些不安,我们正试图从工程的角度解决这个问题。

  所有这一切背后的一个关键因素是成本降低。FCEV的普及将需要更低的价格,与传统的内燃机汽车相当。储氢瓶的高成本是目前的主要障碍之一。我们的研究旨在实现这三个目标:使用更便宜的储氢瓶制造更安全的车辆和更高的续航里程。例如,我们正在研究氢气储存的替代方法;我们正在寻找液体或固态存储,而不是高压罐,以及各种其他手段,以最大限度地提高存储效率。储氢瓶中的储存效率是根据储存的总氢气的重量除以储罐的重量来衡量的。NEXO储氢瓶是世界上效率最高的储罐之一,为5.7%。目前的储氢瓶体积庞大,并不是最节省空间的。团队正在寻找通过不同的储罐形状和外形尺寸提高这方面效率的方法。

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