氫氣和天然氣、汽油蒸汽一樣具有一定的危險性，只要按照安全標準操作，氫氣是一種比天然氣、汽油更為安全的氣體能源。目前氫燃料電池安全技術成熟，加拿大巴拉德、日本豐田、美國普拉格等國外企業(yè)多年產業(yè)運營經驗表明，氫燃料電池安全技術有保障，國內企業(yè)缺乏安全意識，不執(zhí)行安全操作標準、管理混亂、偷工減料，才是引發(fā)燃料電池汽車安全事故的最大隱患。

氫燃料安全嗎？張家口市“11·28”爆燃事故迅速將媒體注意力聚焦到“氫燃料安全”問題。若全社會消費者對“氫燃料安全”的認識不夠，必將阻礙我國氫能產業(yè)發(fā)展大戰(zhàn)略。針對“氫燃料引發(fā)爆燃事故”傳聞，各大媒體紛紛發(fā)文澄清誤解，向社會科普氫氣和天然氣、汽油蒸汽一樣有一定的危險性，在安全規(guī)范條件下使用，氫氣是一種安全的氣體能源，而管理混亂和不按照安全規(guī)范操作才是引發(fā)大多數安全事故的主因。

12月2日，國務院安委會辦公室、應急管理部門正式發(fā)布官方報告，“經初步調查，事故直接原因是：中國化工集團公司所屬的河北盛華化工有限公司氯乙烯氣柜發(fā)生泄漏，泄漏的氯乙烯擴散到廠區(qū)外公路上，遇明火發(fā)生爆燃，導致停放公路兩側等候卸貨車輛的司機等人員大量傷亡。調查中發(fā)現，該企業(yè)安全生產管理十分混亂。”可見，了解燃料電池汽車安全技術，提高行業(yè)安全管理水平，是目前國內氫燃料電池汽車產業(yè)成功落地的前提。

氫是易燃易爆化學危險品，但氫燃料電池汽車本身是安全的。事實上，讓人談氫色變的“興登堡空難“是對氫氣使用不當，加上極端外部環(huán)境變化造成的，就像鐵達尼號撞上冰山，屬于小概率事件。

從化學特性來講，氫燃料比汽油更安全。如表1所示，（1）當氫氣在空氣中的體積密度達到18.3%時遇到火源會爆炸，相比之下天然氣5.7%、汽油蒸汽1.1%的臨界點要高（2）氫氣密度僅是空氣的7%，擴散速度快（高壓氫氣和液氫的逃逸速度更快），底層空氣中很難聚集高濃度的氫，因此很難達到爆炸的臨界點。豐田的試驗表明，即使子彈擊穿了儲氫罐，由于氫氣快速逃逸，并不會發(fā)生爆炸。

但氫氣也并非完全沒有危險，氫氣有爆炸范圍更大，燃燒時產生的火焰幾乎不可見，無味無形等特點，因此主要安全問題在于防止氫氣泄露?；谶@個特性，衣寶廉潔院士曾經建議將氫燃料電池汽車停放在戶外最安全。所以，在做好了防止氫氣泄露的措施之后，氫燃料電池汽車比電動車、燃油車的安全性更好，這個技術成熟，難度也不高，只需要在生產、使用過程中嚴格按照安全標準進行就可以避免常規(guī)的安全事故發(fā)生。

如何保障燃料電池汽車安全？

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合材料來避免氫脆的發(fā)生。如豐田Mirai的儲氫罐由三層結構組成，最內是高強度聚合物，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達到相應的級別要求，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計、安裝安全設施，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，確保燃料電池汽車加氫、用氫的安全。如表3，主要監(jiān)控內容包括氫氣泄漏、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、各類閥門等關鍵部件不遭受危害性破壞。防碰撞設計除了關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監(jiān)控碰撞，并與車載氫監(jiān)控系統(tǒng)聯動，實現自動斷電、關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。

由于碰撞過程復雜，僅僅零部件的設計仍顯不足，整車上進行慣性開關的冗余設計以保萬無一失。發(fā)生碰撞時慣性開關被激活，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)出指令關閉儲氫瓶閥門，斷開氫氣供應，將氫氣的泄漏量降低至最低。

安全技術的案例分析

巴拉德氫燃料電池技術商業(yè)化最早，實際運營時間長，我們以巴拉德的產品為例，簡單說明上述安全技術的實際應用：（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探測，排放燃料電池的減壓裝置。這些措施能夠很好的預防氫氣泄露:（3）在發(fā)生意外之時，巴拉德燃料電池動力模塊的設計兼顧乘客和操作員的安全。比如：小泄漏會觸發(fā)預警，以便駕駛員在車輛仍然安全時停車。（4）碰撞傳感器設計用于激活“安全關閉”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比較成熟，在安全性設計方面考慮較為周到，事實上，巴拉德產品其安全性已經足以和燃油車媲美，這為我們自主技術研究提供了參考依據。

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千輛燃料電池汽車，數年來運行良好。綜上，加拿大、美國、日本的數家企業(yè)運營經驗證明了只要在設計上做好安全防護措施，操作時嚴格按照標準，氫氣在使用上是安全的。