對(duì)未知或不熟悉的恐懼是一種完全自然和人類的反應(yīng)。FCEV對(duì)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)相對(duì)較新，司機(jī)可能不熟悉，但它們真的像一些人描述的那樣危險(xiǎn)嗎？對(duì)未知的恐懼是否使我們忘記了氫燃料電池的高效環(huán)保特性，被與氫彈的詞聯(lián)想嚇壞了？以下是韓國(guó)現(xiàn)代汽車Mabuk環(huán)境技術(shù)中心專家對(duì)于氫安全問(wèn)題的回答。
01
關(guān)于氫的一般知識(shí)是它很容易氧化或可燃。如果車輛在NEXO內(nèi)部或外部發(fā)生火災(zāi)，或者如果車輛泄漏氫氣，儲(chǔ)氫瓶是否安全？
首先，沒(méi)有一例FCEV事故因氫氣泄漏而發(fā)生。氫氣是一種比大氣輕14倍的氣體，因此如果發(fā)生泄漏，它會(huì)立即擴(kuò)散到空氣中。即使在車輛起火的情況下，泄漏氫氣燃燒的可能性也幾乎不存在。
此外，還有多個(gè)實(shí)時(shí)傳感器可以檢測(cè)儲(chǔ)氫瓶，氫氣供給系統(tǒng)和燃料電池堆上的任何泄漏。如果在標(biāo)準(zhǔn)操作期間或在損壞氫氣供給系統(tǒng)的外部沖擊中檢測(cè)到氫氣泄漏，駕駛員的儀表板顯示屏?xí)l(fā)出警告。安全系統(tǒng)甚至可能阻塞儲(chǔ)氫瓶閥，防止氫氣從儲(chǔ)罐中大量噴射，這可能導(dǎo)致其他危險(xiǎn)。
如果火災(zāi)導(dǎo)致儲(chǔ)氫瓶周圍的溫度升高到過(guò)高的水平，探測(cè)系統(tǒng)會(huì)強(qiáng)制將氫氣從儲(chǔ)罐中排出到大氣中。由于這些冗余的安全措施，儲(chǔ)氫瓶不會(huì)爆炸;即使車輛經(jīng)過(guò)完全焚燒。儲(chǔ)罐本身覆蓋著防火涂層。在車輛火災(zāi)、泄漏和爆炸方面，F(xiàn)CEV比汽油燃燒汽車安全得多。
即使在車輛起火的情況下，儲(chǔ)氫瓶也不會(huì)'著火'或爆炸
02
密閉空間（例如車庫(kù)或隧道）中的氫氣泄漏怎么辦？
在非常特殊的情況下，富含氫氣的密閉環(huán)境可能導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸。NEXO中的氫氣密封系統(tǒng)旨在將任何泄漏抑制到政府氫氣泄漏政策標(biāo)準(zhǔn)的1/60，其安全性已多次得到驗(yàn)證。
此外，車庫(kù)或隧道實(shí)際上不是完全封閉的空間。有建筑法規(guī)定了通過(guò)這種結(jié)構(gòu)的氣流設(shè)施。除非故意違反這些定律，并且氣流被密封，否則導(dǎo)致爆炸的氫氣泄漏極不可能。
03
儲(chǔ)氫瓶使用什么材料，結(jié)構(gòu)如何，每種材料的強(qiáng)度是多少？
儲(chǔ)氫瓶的內(nèi)表面由薄聚酰胺襯里（尼龍）制成，可最大限度地減少氫氣滲透。外表面覆蓋著增強(qiáng)塑料（碳纖維+環(huán)氧樹(shù)脂），厚度為20-25mm，能夠保持700 bar的壓力。
關(guān)于儲(chǔ)氫瓶的安全性，強(qiáng)度是破裂安全的關(guān)鍵，而剛度對(duì)于耐用性很重要。強(qiáng)度是受力時(shí)的抗斷裂性，而剛度是受力時(shí)的抗變形性。碳纖維增強(qiáng)塑料在重量上比鋼有許多優(yōu)點(diǎn)。其中兩個(gè)好處是強(qiáng)度提高6倍，剛度提高4倍。換句話說(shuō)，增強(qiáng)塑料更輕，同時(shí)更可靠。
儲(chǔ)氫瓶經(jīng)受住了1.8米的跌落測(cè)試，而不會(huì)對(duì)其功能造成任何損害。子彈射入加壓為700bar的儲(chǔ)氫瓶，僅導(dǎo)致氫氣通過(guò)穿刺排放到大氣中，沒(méi)有爆炸。即使在與標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)燃機(jī)相同的條件下進(jìn)行的后沖擊測(cè)試中，儲(chǔ)氫瓶也噴射出所有氫氣，甚至沒(méi)有檢測(cè)到微量。即使發(fā)生車輛火災(zāi)，多余的耐火材料和安全機(jī)制也能防止升級(jí)，同時(shí)迅速排出氫氣，從而防止任何爆炸的可能性。這種全面的安全系統(tǒng)為NEXO贏得了Euro NCAP的第一個(gè)最高五星級(jí)總體評(píng)級(jí)。
05
測(cè)試哪些項(xiàng)目以確保儲(chǔ)氫瓶的安全性，耐用性和其他指標(biāo)？
韓國(guó)國(guó)土交通省（MOLIT）關(guān)于《CNG壓力容器安全條例》的行政通知列出了14項(xiàng)安全測(cè)試，包括破裂測(cè)試、篝火測(cè)試和滲透測(cè)試。此外，還進(jìn)行了其他安全測(cè)試，包括前后碰撞測(cè)試，極端寒冷和天氣條件測(cè)試。
自早期開(kāi)發(fā)以來(lái)，NEXO儲(chǔ)氫瓶的測(cè)試幾乎翻了一番。提高了批量生產(chǎn)的安全標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)不僅需要滿足國(guó)內(nèi)外法規(guī)的要求，還需要滿足現(xiàn)代汽車自己指定的200多項(xiàng)單獨(dú)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。也就是說(shuō)，我們對(duì)安全性和耐用性的標(biāo)準(zhǔn)比管理機(jī)構(gòu)制定的標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)格得多。
例如，模擬運(yùn)輸過(guò)程中損壞的跌落損壞測(cè)試和針對(duì)復(fù)合材料急性損壞的耐久性測(cè)試均進(jìn)行了12000次。此外，還使用了200多個(gè)NEXO來(lái)徹底審查車輛的整體安全性。
法律要求儲(chǔ)氫瓶在14種不同的測(cè)試項(xiàng)目上進(jìn)行安全測(cè)試
06
儲(chǔ)氫瓶的內(nèi)部壓力非常高，為700bar。如何控制壓力？更重要的是，如何控制高壓以避免對(duì)人造成傷害？
FCEV內(nèi)部有一個(gè)燃料電池堆，使用氫燃料和從外部大氣中吸入的氧氣發(fā)電。燃料電池堆需要壓力，并且所需的最小壓力隨著電堆的所需電輸出而增加。儲(chǔ)氫罐的標(biāo)準(zhǔn)壓力約為350bar，但技術(shù)的進(jìn)步允許更大的壓力，安全性和穩(wěn)定性。現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)壓力約為700bar，特別是在NEXO的情況下，最大爆破壓力達(dá)到1575bar。
立即降低儲(chǔ)氫瓶?jī)?nèi)的高壓是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因此通過(guò)連接到燃料電池堆的氫燃料供給系統(tǒng)，壓力在兩階段過(guò)程中被抑制。首先，通過(guò)第一個(gè)減壓裝置將700bar的壓力降低到16bar，然后在氫氣與氧氣反應(yīng)發(fā)電的燃料電池堆入口處，壓力進(jìn)一步下降到約1.0-1.5bar。
氫氣在700bar的高壓下儲(chǔ)存在儲(chǔ)氫瓶中，當(dāng)它被供應(yīng)到燃料電池模塊時(shí)，它在16bar時(shí)進(jìn)行減壓，并且由于氣體的高壓和可燃性，該過(guò)程涉及一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此，工程師應(yīng)用了各種安全機(jī)制和邏輯。從更基本的泄漏檢測(cè)傳感器到更復(fù)雜的高壓和中壓傳感器，邏輯傳感器可檢測(cè)超壓和微泄漏。安全機(jī)制還包括僅在點(diǎn)火關(guān)閉時(shí)才允許加氫的邏輯，以及可以檢測(cè)加氫過(guò)程中可能發(fā)生的氫氣泄漏的邏輯。
NEXO總共有三個(gè)儲(chǔ)氫瓶;2個(gè)在乘客座位下面，1個(gè)在后備箱里
07
儲(chǔ)氫瓶的耐用性或安全性是否受到FCEV長(zhǎng)期運(yùn)行的影響？
涂覆在儲(chǔ)氫瓶外殼上的碳纖維復(fù)合材料以數(shù)十種圖案分層。這意味著對(duì)碳纖維涂層的任何損壞僅限于局部幾股，并且不會(huì)影響儲(chǔ)罐的安全性或耐用性的性能。
儲(chǔ)氫瓶部件符合最高的安全標(biāo)準(zhǔn)，其認(rèn)證條件是最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)之一。事實(shí)上，這些儲(chǔ)罐能夠承受相當(dāng)于海面下15公里或更深的外部壓力，并且在700bar壓力下充裝后離開(kāi)后安全。盡管有這樣的設(shè)計(jì)安全裕度，但法律使用壽命最長(zhǎng)為15年（歐洲為20年）或4，000小時(shí)（歐洲為5，000小時(shí)），以先到者為準(zhǔn)。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)的儲(chǔ)氫瓶遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)法律規(guī)定的安全性和耐用性標(biāo)準(zhǔn)。
我們測(cè)試了大約45，000次充裝過(guò)程，然后在跌落后或極端天氣條件下又測(cè)試了15，000次。沒(méi)有必要比駕駛基于化石燃料的內(nèi)燃機(jī)時(shí)感到更焦慮，也就是說(shuō)儲(chǔ)氫瓶幾乎沒(méi)有爆炸的可能性。
08
NEXO獲得了歐洲汽車安全性能評(píng)估計(jì)劃Euro NCAP的第一個(gè)最高五星總體評(píng)級(jí)。團(tuán)隊(duì)克服了哪些挑戰(zhàn)才能達(dá)到該評(píng)級(jí)？
NEXO有三個(gè)儲(chǔ)氫瓶，每個(gè)儲(chǔ)罐的大小相同。為了提高行駛質(zhì)量，我們將扭力梁懸架換成了多連桿系統(tǒng)。這需要一個(gè)螺栓固定裝置來(lái)鉸接支撐和下臂，這是靠近儲(chǔ)罐的突出部件。在碰撞測(cè)試中，我們發(fā)現(xiàn)突出的螺栓可能對(duì)儲(chǔ)罐的復(fù)合表面造成危險(xiǎn)，并用金屬板容納螺栓和儲(chǔ)罐的脆弱部分。我們?cè)俅螠y(cè)試了安全預(yù)防措施，發(fā)現(xiàn)即使在撞擊情況下，突出部分也不會(huì)影響儲(chǔ)氫瓶。
09
團(tuán)隊(duì)正在跟進(jìn)NEXO，推出另一款下一代FCEV。團(tuán)隊(duì)在安全性和性能方面設(shè)定了哪些目標(biāo)？
消除對(duì)儲(chǔ)氫瓶的毫無(wú)根據(jù)的恐懼將是一個(gè)主要目標(biāo)。我們正在開(kāi)發(fā)一種用于儲(chǔ)氫的智能儲(chǔ)罐，為車輛操作員提供儲(chǔ)罐狀態(tài)的實(shí)時(shí)通知。考慮到FCEV及其儲(chǔ)氫瓶的安全性，我們已經(jīng)處于一個(gè)相當(dāng)好的位置。從更面向消費(fèi)者的角度來(lái)看，我們理解儲(chǔ)氫瓶存在一些不安，我們正試圖從工程的角度解決這個(gè)問(wèn)題。
所有這一切背后的一個(gè)關(guān)鍵因素是成本降低。FCEV的普及將需要更低的價(jià)格，與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車相當(dāng)。儲(chǔ)氫瓶的高成本是目前的主要障礙之一。我們的研究旨在實(shí)現(xiàn)這三個(gè)目標(biāo)：使用更便宜的儲(chǔ)氫瓶制造更安全的車輛和更高的續(xù)航里程。例如，我們正在研究氫氣儲(chǔ)存的替代方法;我們正在尋找液體或固態(tài)存儲(chǔ)，而不是高壓罐，以及各種其他手段，以最大限度地提高存儲(chǔ)效率。儲(chǔ)氫瓶中的儲(chǔ)存效率是根據(jù)儲(chǔ)存的總氫氣的重量除以儲(chǔ)罐的重量來(lái)衡量的。NEXO儲(chǔ)氫瓶是世界上效率最高的儲(chǔ)罐之一，為5.7%。目前的儲(chǔ)氫瓶體積龐大，并不是最節(jié)省空間的。團(tuán)隊(duì)正在尋找通過(guò)不同的儲(chǔ)罐形狀和外形尺寸提高這方面效率的方法。
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