1月20日-21日，由電池聯盟、中國電子節能技術協會電池專委會、中國高科技產業化研究會、清華大學、北京理工大學聯合舉辦的“2019氫燃料電池汽車產業技術峰會”在北京成功召開。

 

      中國運載火箭技術研究院十五所研究員靳殷實在發言時表示，對新能源汽車的企業進行規范管理，其中一項就是安全保證，它要通過“標準”中的一部分，要通過“標準”來進行規范。燃料電池汽車如果從設計、制造、運營、管理等等各個方面按照要求和法規去做，那么燃料電池汽車是很安全的。

 

      中國運載火箭技術研究院十五所研究員靳殷實演講實錄如下：

 

      新能源的朋友們早上好，我是來自航天科技公司第十五所，這里我和大家分享一下關于燃料電池汽車的安全方面的問題。

 

      目前公眾對燃料電池的安全性還是很關注的，純電動汽車最近隨著數量的增加，發生了很多事故。據統計去年純電動在國外發生了七次自燃的事故，這個事故不是使用不當，是他的正常使用的他自燃的情況，其中有五起是特斯拉的，據統計特斯拉是一個月燒一輛車這個數量還是比較大的，在國內這個數量也很大有四十多起事故，所以公眾還有政府對新能源汽車的安全是越來越擔憂，越來越重視。燃料電池使用的是氫氣，所以大家自然而然會想到這個燃料電池用氫氣的話他會不會也會帶來很大的安全事故？造成財產和人員的傷亡？這個報告就想在燃料電池汽車安全方面跟大家探討。

 

      分四個部分，首先講一下氫氣關于安全普遍的情況，氫氣他是排在元素周期表的第一位，因為氫氣的分子是最小的，因為最小可以想像他密封起來很難把它密封住，所以很容易泄露。

 

      有幾張照片，一是2013年在蘇州失去的個體戶他搞氫氣球，他裝在小車上，用高壓氣瓶來充氫氣結果發生了爆炸事故，爆炸事故以后把這個車彈的情況這個情況是很嚴重的，氫氣瓶完好無損的沒有問題，這個車已經被炸毀成這樣了，如果一顆手榴彈爆炸也不至于這樣的情況。

 

      這是廣東惠安的氫氣泄露造成的爆炸。這個是在清潔能源2015年的時間北京大學化學系博士做實驗，氫氣泄露出來以后沒有發現發生了爆炸，不幸的是博士身亡了，當時引起很大的震動。

 

      這是美國的電廠他在卸氫氣的時候減壓裝置泄露，這是廠區的爆炸，范圍還是比較大的。

 

      我們普通的公眾說這個氫氣發生爆炸，實際上是籠統的說法，氫氣的風險分兩個方面，第一個方面是氫氣的容器發生了爆炸，就是我們所說的氫氣罐。

 

      這個也分兩種情況，一種是氫氣罐是完好無損的，由于外界的溫度升高等原因使氫氣的壓力升高，升高到氣瓶不能承受壓力的情況下發生了爆炸。

 

      還有一種情況是壓力還屬于正常，但是氫氣罐他的結構遭到了破壞，比如說使用的時間過長他的強度降低，或者是他的氫氣罐的受到了撞擊造成了爆炸，這個意思就是說他的氫氣瓶一定要處于安全的狀態，免得發生事故。一般這種情況比較少，我們大家所說的氫氣的爆炸，實際上大家很籠統的指就是氫氣泄露以后彌散在空間里面，和空氣混合起來，發生的爆炸實際上在學術上應該叫“爆燃”但這個爆燃的威力也是很大的，蘇州的這次事故也是爆燃的。爆炸和爆燃是兩回事兒，爆炸是氫氣在空氣中彌散以后，他達到了可以氧化反應的條件，然后反應以后他基本上是同時在個空間里進行反應這是爆燃。在結果上有一些區別，比如說是反應時間，爆炸的反應時間是相當短了，在10-5秒，爆燃是在幾百毫秒到幾十毫秒。他的壓力很大，爆燃的藥理是兩個兆帕爆燃是每秒鐘能到幾十米到數百米的速度，兩個是完全不一樣的。

 

      大家會說氫氣爆燃以后他產生的威力具體有多大，一個是氫氣如果在空氣中的量，他的濃度越大他的量也越來越大，這個濃度最大的時候是27%-28%大概是這個數值，因為你空氣再多，他的氧沒那么多，最大的情況下是爆燃以后是空氣還有剩下的氧氣等等這些氣體他可以上升兩千多度，壓力增大七到八倍。

 

      如果氫氣泄露最小是4%，在這個濃度下，他的燃爆大概是兩三個大氣壓，數值看樣子還不大，如果一個平方米的話就是二三十噸，這個力就很大了，一般車輛的車箱根本就承受不了這個力，所以這個力持要求是釋放起來，破壞力持也是很大的。

 

      所以為了發生爆燃防止他氫氣在空氣的濃度比較在4%-75%，不能在這個范圍里面，一般低于4%了，我們檢測有一個要求。因為氫氣點燃的能量很小，很小的能量就能點燃，溫度不能高與五百度，在這個范圍里面就能保證安全。

 

      燃料電池汽車的安全方面，大概分三個方面：機械安全、電安全、氫安全。

 

      機械安全是我們傳統的燃油車發展幾十年了，已經做的很不錯了，電安全主要是電動汽車上來研究的事情。我這個報告主要涉及的是氫安全，這里有一個總體的安全措施，我們考慮這個氫氣的安全可以和我們制水的安全類似，堵不住的時候，就會想到疏的辦法。氫氣也是這樣，因為氫氣實際上要百分之百的把它堵死，是很難辦到的，他總會泄露一點，這樣給他一個泄露的區間，讓他泄露到某個地方，泄露的量也要進行控制。表格里面的內容就是具體的一些措施了。

 

      我就具體的安全性講一下，燃料電池汽車的燃料電池系統的結構，對于大巴車來說氣瓶都放在車頂，對絞車來說是放在底板或者后排的作為下，發動機放在底板，大巴車有時候放在車頂有時候在車的尾部。

 

      燃料汽車安全分幾個方面，第一個是加氫，第二個是供氫的，第三個是發動機。

 

      在加氫站因為汽車的儲氫罐用完了之后壓力比較，由于壓差的原因氫氣充裝到氣瓶里是這么個原理，在加氫的過程有這么幾種危險，一個是氫氣泄露，第二個是氫氣過壓，檢測失效或者控制失效，第三個是升溫過高。

 

      首先說一下溫升的問題，溫度過高的話對氣瓶的強度和壽命是有影響的，咱們大家經常會聽到介紹燃料汽車，幾分鐘就完了，它是加氫過程是氣體壓縮過程，這個過程必然要有個溫升，解決的措施有兩條，第一個是預冷，加之前我預冷到五六十度，這樣的話溫升以后他會到合適的問題。第二個是控制加氫的速度，不能太快，太快的話溫升就過快了，通過這兩個措施來進行，所以大家知道這個不是說我汽車的問題，不是說我燃料電池的問題，是加氫過程的問題。對加氫系統還要采取的措施是超壓保護，放空保護。因為我們傳統加油過程如果大家會發現出了故障，或者有什么異常情況你沒有什么情況就不用動他，這個速度非常快，所以這個整個加氫的控制要自動進行，所以加氫槍是可以檢測的，比如對這個溫度，壓力，還有加氫的啟動信號還有立刻停止等等，如果出現異常的話會立刻的切斷保證安全。加氫口在標準上有這么個標準，他的加氫口也具體進行了要求，比如說要有防靜電措施，還有防止超壓的措施，還有防止材料，防止他長期使用清脆的這些。在燃料電池電動汽車安全要求這個里面對供氫裝置的氣密性，耐溫性，相容性，耐氧老化性，液靜壓強度，耐異常壓力等等。

 

      第二供氫系統。主要的是高壓氣瓶，他有一些不變的是風險大，壓力大，所以業內很多人士開發了新的路線，主流的還是高壓氣瓶，供氫系統整個的系統的組成，他的位置剛才也說過了，供氫性他的種類分這么幾種，最重要的是氣瓶，氣瓶過壓就是溫升過高，氣瓶損壞，這個氣瓶損壞他的原因沖撞，擠壓，還有劃傷，外界的腐蝕，失火，極端溫度變化等等這些原因，密封失效造成氫氣泄露，檢測失效造成氫氣管泄露。現在氣瓶主流的是三型瓶是鋁膽，碳纖維繞氣瓶。他降低成本會更明顯一些。

 

      70兆帕和35兆帕大家去想象不是一倍的關系，70兆帕的儲氫率是壓力越大，越不容易壓縮，這不是線性關系。

 

      為什么技術路線走到了三型瓶，主要的原因是用在車上，因為用在車上儲氫率要高，儲氫的密度要大，最重要的是安全，從這個角度考慮儲氫罐的發展，這個三型瓶國內的技術已經非常成熟的，我這個表格很老，也有五六年了。三型瓶他要做35兆帕他要做水壓試驗。他的壓力要做到三十多個兆帕。壽命是15年，壽命是很長的，咱們早些年的上海世博會還有北京的奧運會進行的示范運行的這些燃料電池的這些車輛當時運行的時間都不長，有的燃料電池有問題，但是氣瓶都是好的，現在還經常能夠接觸到這樣的情況，那個氣瓶用的次數不多，還可以接著使用。

 

      在這個氣瓶設計上面有一個重要的設計原則就是未爆先漏的原則，這個氣瓶在異常情況下安全措施全部失效，這個時候可以讓他漏，就是讓他的內膽先露，從碳纖維里面先漏，但是不允許爆炸，另外左邊這個圖是我在日本看的展覽會照片的，這個是專門把它進行壓力，讓他升壓，最后的結果撐開這么個圖，實際上碳纖維像螞蟻一樣纏繞在氣瓶上面，它不會產生彈片，它如果裂開的話只會氣體釋放出來，所以還是比較安全。

 

      另外供氫裝置他對氣瓶進行保護，對氣瓶的材料，對管路在設計上和材料的選擇采取這些措施。

 

      總體來講供氫系統采取的過壓保護，過流保護，過溫保護，泄露保護、應急保護、燃料檢測，壓力檢測，放空管路等等，這些設計超過了對他的功能方面的設計。在標準方面怎么檢測，對燃料電池電動汽車車載氫系統技術條件，在這個常溫壓力循環試驗，未爆先漏試驗，槍擊試驗，極端溫度壓力循環試驗，環境試驗，加速應力爆破試驗，跌落試驗這些。比如說槍擊實驗，因為這個氣瓶他是碳纖維纏繞，它就怕外泄的銳器劃傷了碳纖維來考核這點的。還有跌落試驗也是考量車輛在發生事故的情況下，比如說翻車沖撞等等。

 

      第三個方面說一下燃料電池發動機，它有四個組成部分跟安全相關的是兩部分。在燃料電池發動機里面，第一個就是電堆起火，電堆起火的原因是膜電極損壞，另外一個就是電堆造成機械損壞或者腐蝕，高溫的情況下。然后氫氣泄露是密封失效等等這些情況。

 

      燃料電池堆里面主要是雙極板了。他在這個狹小的空間里面，一個三十千瓦的燃料電極堆是有四升到八升的氫氣在燃料電池堆里面。它被雙極板分割開，在流道里面，這個比較小。如果出現了事故的話燃料電池外泄會有檢測的，就會發現這些物理量會有異常情況，如果發現肯定要斷開，斷開以后這個情況就在里邊燃燒的情況不會繼續發生下去，我們已經從事了十多年的燃料電池研發工作，我們還沒有發現這個情況，我們也沒聽說過另外，我們也經常和衣寶廉院士在一塊交流，他也搞了一輩子的燃料電池了，他也從來沒聽說過燃料電池堆發生爆炸的情況，有著火的情況也不是我們說的這個，是氫氧燃料電池堆，因為用的是純氧，所以出現的情況會更大一些，這種情況也有燃燒的，但不是整堆燃燒，是有幾片。當然外界很快把氧氣氫氣斷掉這個事故就不會蔓延了，燃料電池堆里面，如果六升的氫氣產生多大的能量，實際上就是1.8克的汽油，能量也不是很大。

 

      燃料電池電堆安全要求對安全性做了具體要求：材料必須要能夠承受振動，沖擊，多變的溫度等等耐腐蝕，還專門要求了對燃料電池堆的參數，包括空氣，還有電流電壓密切要檢測他，如果發現異常要關機的。

 

      在結構上面也有要求，這個燃料電池堆在三個方面承受五個氣的加速度，對氣密性，也具體的進行了要求。

 

      在整車方面，主要是泄露，整車主要是考核的泄露。從正車的采取的措施，他也包括了加氫口對于氫氣的排放，因為燃料電池堆為了正常的反映他是需要排放氫氣的，國家標準也是允許的，但是這個排放氫氣是對他有要求，就是排放的位置有要求，再一個排放的量有要求，要監測它，還有一種氫氣在異常情況下為了安全要卸壓，這個情況對他的排放的量和位置也有要求，不能排放到乘客的艙里邊，不能排放到行李艙，也不能排放到有電器的地方，有具體要求。

 

      這個是在發生火災下對氫氣濃度的要求，這個對報警裝置也進行了具體的要求。還有如果燃料電池汽車發生了事故，發生了碰撞，這個泄露量在六十分鐘以內不能超過每分鐘118升，你可以泄露，但是量要慢一點，這樣的救援都有一個機會，這樣小的量，不至于產生大的風險。我主要是講燃料電池汽車，另外還有氫氣的制氫和加氫站我就不細說了。

 

      第三個部分我們說一下從管理上講我們來如何保證燃料電池汽車的安全，首先要完善法規和標文，要依法設計，依法制造，依法運營，這個很重要。現在整車的和燃料電池汽車相關的整車的標準有八個，因為我這個表相對早一點，這其中有幾個是燃料電池汽車進行搶險的時候，車用燃料電池系統現行的是五個標準，車載氫氣系統也是五個標準，燃料電池自身的標準很多，有幾十個。我們比較關注的就是安全方面，這個安全方面有這些標準，一個是氫氣使用安全技術規程這個標準，咱們只要是，我建議大家是搞燃料電池多學習一下，這是一個很基本的要求，它對這個氫氣，包括我們在實驗室怎么用的他都比較具體。用處也很大。第二個是氫氣安全的基本要求，氫氣發生器安全技術要求，加氫站安全技術規范，加氫站用儲氫裝置安全技術要求。氫能車輛加氫設施安全運行管理規程。小心燃料電池車用低壓儲氫裝置的安全試驗方法。燃料電池電動汽車，燃料電池堆安全要求。燃料電池電動汽車安全要求。工業起升車輛用燃料電池發電系統第一部分安全。

 

      氫能車輛加氫設施安全運行管理規范。最后一個是建筑設計防火規范，最后一個標準早十幾年就有這個標準，大家要去搞燃料電池，比如說廠房建設啊選址啊等等，就要看這個了，這個對你的建筑，對你的裝修這些有具體的要求。

 

      工信部2017年發布了39號文件，對新能源汽車的管理，更嚴格起來，其中對新能源汽車的企業要進行規范管理，一個就是安全保證，它要通過剛才說的那些標準的其中的一部分，要通過標準來進行規范。

 

      另外就是要提高民眾的安全意識，普及一下氫能源的知識，他的爆炸范圍要縮小一些，氫氣的點火能量很小。在所有氣體里邊等于氫氣的點火能量則小有一點點靜電都可以把它點燃，氫氣最危險的地方不是這些，他泄露出來之后沒有味道，也沒有顏色，對保健有很大的作用。還有很大的產業在做這個方面，這個氫氣他的危險性在于他泄露以后我們感知不到，氫氣的特性很清了，一個是往上跑，再一個他會向四周進行擴散。所以他如果有泄露他是一邊往上跑，一邊往四周擴散。他是這么個特性，我們要建一個實驗室，我們要建一個車間的話，我們肯定要有幾點要求，一個是通風要有強迫通風，要有檢測氫氣的報警器，要有這幾個方面來監測他保證安全。這個實驗很，廣泛流傳就是兩輛車一輛是普通的燃油車，槍擊。槍擊了以后燃油車的油箱打破，著火，油就泄露出來，他在地面越擴越大。然后對燃料電池車槍擊以后火苗是像上跑的，氣放完了，車還好著，這個是極限狀態，它可以說明燃料電池汽車是比較安全的，但不會像這么安全，氫氣著完了車還是好的，大家要高度重視這個，這個很多安全機構做了大量的實驗，這個也不細說了。

 

      氫氣爆炸和燃燒他的具體的這么個條件，如果先漏出來以后他的濃度越來越高，這時候有火的話就是爆燃了，但是如果先有火，然后氫氣再泄露，這個時候是燃燒，所以是這么兩種情況的。一般在工程上，在標準上面設置氫氣安全的話，他的監測都在4%里邊的50%和25%，線路是這樣設的，不能到4%，到了就很危險了，實際上我們做了多少年的情況了，發生氫氣著火沒有碰上過，這個還是比較少。

 

      氫氣如果泄露要避免，一個是防止靜電不能有火花，一個是要疏散人員和報警。具體采取措施就是哪個快就采取哪個。

 

      總而言之燃料電池汽車如果我們從設計制造運營管理等等各個方面按照要求和法規去做燃料電池汽車是很安全的，為什么我做這個報告，因為公眾往往要提出，一說燃料電池汽車首先說安全不安全，地方的官員對這個產業的發展，他在審批的時候最會想到不安全，不安全出的事故他擔責任，所以對這個產業的發展都是不太利的，所以我做這個報告也是在這方面說明它還是很安全的。

 

       第四個簡單說一下我們單位，我們單位是航天科技集團下屬第一研究院，第十五研究所，我們下屬有四個公司，其中一個公司就是做燃料電池的，我們給軍方做的都通過了評審和鑒定，也試用過。我們出口量很大，曾向日本出口五百臺，我們自己也有整車廠。謝謝！

      (根據嘉賓現場演講整理，未經本人審閱。)