中汽中心工程院組織開展國內首例燃料電池堆氫氣燃爆實驗
時間：2023-05-31
2021年8月和12月，財政部等五部委聯合發布了《關于啟動燃料電池汽車示范應用工作的通知》，正式批復京津冀、上海、廣東、河南、河北城市群啟動示范應用工作，標志著我國燃料電池汽車產業正式進入了高速發展階段。通過一年多的示范應用開展，國內燃料電池汽車產業的發展與變化顯著，建立了較為完善的產業鏈體系。
但與此同時，氫能產業發展仍面臨許多掣肘，要想實現應用和大規模商業化推廣，必須首先解決“氫安全”問題。眾所周知，氫氣易燃易爆、爆炸限值范圍寬(4%～75%)、點火能量低、擴散系數大且易對材料力學性能產生劣化，在制備、儲存、運輸、加注和使用過程中均具有潛在的泄漏和爆炸危險?，F有研究成果表明，氫能基礎設施與燃料電池汽車的安全性取決于設計開發、運行監測以及應急防護的專業程度。
燃料電池堆作為燃料電池汽車中最核心的部件，是氫氣和氧氣發生電化學反應的場所。在車輛使用過程中，碰撞沖擊、超壓破損、疲勞失效、滲透累積等情況會引發堆芯氫氣泄漏，而極間短路、電弧放電、熱失控等情況會引燃受限空間內累積的氫氣。
2023年10月份即將實施的GB/T 20042.2-2023《質子交換膜燃料電池 第2部分：電池堆通用技術條件》中提出，燃料電池堆制造商應對所有合理的可預見的危險進行評估，在實際可行的條件下為燃料電池堆采取相應的安全措施，對電堆燃爆能量進行主被動控制，確保能量釋放時不危及周圍環境。
為進一步探究指導工程設計所需要的安全限值，中汽中心工程院于近日組織了國內首例燃料電池堆氫氣燃爆實驗。通過內部各壁面的高精度溫度/壓力傳感器，監測電堆內部氫氣點燃后產生的超壓與熱輻射，從聲／光／熱／力等多維度量化評價燃料電池堆燃爆對周圍人員、車輛結構、部件維修經濟性帶來的影響和危害。
圖氫燃料電堆模擬樣機氫氣爆炸試驗高速攝像結果
圖氫燃料電堆真實樣機氫氣爆炸試驗壓力及溫度傳感器布置
圖氫燃料電堆模擬樣機殼體氫氣爆炸試驗高速攝像部分結果
由實驗可知，無論是模擬樣機還是真實電堆，在燃爆瞬間都出現了較明顯的振動波從而導致高壓力峰值，對殼體的結構強度產生了影響。結構失效處會出現較強的噴射火和較高的溫度，表明電堆發生氫氣爆炸產生的能量在電堆氫安全開發過程中需重點關注。本次實驗結果也可為燃料電池發動機安全性能開發提供數據支撐，歡迎業界同仁交流。
中汽中心工程院在汽車安全領域已有十余年技術積淀，服務于氫能產業應用發展，我們致力于搭建氫安全技術研究平臺，開展對氫氣泄漏與燃爆的測試與仿真技術研究，構建符合氫能及燃料電池汽車應用場景的氫安全風險量化評估體系。
后續將為氫能制、儲、運、加、用全產業鏈提供涉氫主被動安全技術支撐，聯合行業共同探究氫能基礎設施及燃料電池汽車的安全限值，愿同各位同仁一道，為早日步入清潔能源時代不懈努力！
