4.2.3　氢系统安全防护

氢系统的防护措施主要是对高压储氢瓶及氢气管路进行安全设计，安装各种安全设施。燃料电池氢系统如图4-2所示[2]。燃料电池汽车的氢系统安全防护体系由排空管、安全阀、手动截止阀、单向阀、泄压球阀、碰撞传感器、温度传感器、压力传感器、电磁阀、碰撞传感器等构成，并在监控系统中设定相应的防护值，一旦发生异常状况，则通过氢系统控制器将各种监控信息传递给各种安全设施，及时断开或关闭，使燃料电池汽车处于安全状态。

图4-2　燃料电池氢系统示意图

氢系统的部件主要包括加氢口、氢气过滤器、单向阀、减压阀、电磁阀、排空口、限流阀、安全阀、针阀、温度传感器、压力传感器和氢系统控制器等。

氢系统的安全设施的主要功能如下：

①气瓶安全阀 当储氢瓶氢气压力超过设定值后能自动泄压。如瓶体温度由于某种原因突然升高造成瓶内气体压力升高，当压力超过安全阀设定值时，安全阀自动泄压，保证气瓶在安全的工作压力范围之内。

②温度传感器 通过气体温度的变化判断外界是否有异常情况发生。如果气体温度突然急剧上升，若非温度传感器故障，则在气瓶周围可能有火警发生，可通过氢系统控制器立即报警。

③气瓶电磁阀 气瓶电磁阀为12V直流电源驱动，无电源时处于常闭状态，主要起开关气瓶的作用，与氢气泄漏报警系统联动。当系统正常通电工作时，电池阀处于开启状态，一旦泄漏氢气浓度达到保护值则自动关闭，从而达到切断氢源的目的。

④手动截止阀 通常处于常开状态，当气瓶电磁阀失效时可以手动切断氢源。电磁阀和手动截止阀联合作用，可有效避免氢气泄漏。

⑤压力传感器 用于判断气瓶中剩余氢气量，保证车辆的正常行驶。当压力低于某值时可以提示驾驶员加注氢气。

⑥加气口 在加注时与加氢机的加气枪相连，具有单向阀的功能。

⑦单向阀 在加气口损坏时，阻止气体向外泄漏。

⑧管路电磁阀 在给氢气瓶充气时，可有效防止气体进入燃料电池。

⑨减压阀 将氢气的压力调节到燃料电池所需要的压力。当出现异常情况时，可以与针阀、安全阀联动将氢气瓶中的残余氢气安全放空。

⑩热熔栓[3] 设置在高压氢瓶内，可防止周边着火导致氢瓶发生爆炸。一旦温度传感器检测到储氢瓶周边温度过高，则氢瓶内的热熔栓将熔化，使氢气低流速释放。如果周边有火源，只出现氢气缓慢燃烧而避免爆燃情况发生。

氢气安全系统分为两类，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。