燃料電池汽車氫安全與故障處理策略研究

氫燃料電池汽車以氫氣作為燃料，氫氣具有無色無味、氣體分子小易泄漏、爆炸濃度范圍寬(4%～75%)的特點(diǎn)，氫燃料電池汽車的氫安全在當(dāng)下備受關(guān)注，也是其推廣需要克服的重要問題之一。

當(dāng)氫燃料電池汽車發(fā)生氫安全故障后應(yīng)有合理的故障處理方式保障車輛及駕乘人員安全，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)故障的危害嚴(yán)重程度劃分不同的故障等級(jí)，匹配相應(yīng)的控制策略。

為此，特嗨針對(duì)先進(jìn)成熟車型的氫安全測(cè)試，對(duì)車輛故障策略進(jìn)行了全面分析，形成了一整套測(cè)評(píng)體系，其成果對(duì)燃料電池汽車行業(yè)在整車氫安全、故障診斷、售后維修等方面有所啟發(fā)。

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燃料電池汽車氫安全故障等級(jí)

根據(jù)對(duì)駕乘人員和燃料電池系統(tǒng)的危害方向燃料電池系統(tǒng)的故障可以分為三類：

根據(jù)對(duì)駕乘人員和燃料電池系統(tǒng)的危害程度燃料電池系統(tǒng)的故障可以分為三級(jí)：

一級(jí)故障定義為嚴(yán)重影響燃料電池汽車的運(yùn)行或?qū)︸{乘人員安全造成威脅的故障，稱為嚴(yán)重故障，這類故障需要燃料電池系統(tǒng)緊急停機(jī)；

二級(jí)故障指影響燃料電池系統(tǒng)的正常運(yùn)行但不影響人員安全的故障，稱為一般故障，這類故障需要燃料電池系統(tǒng)受限運(yùn)行；

三級(jí)故障指不影響燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行，短時(shí)間內(nèi)可接受的故障，稱為輕微故障，這類故障僅需持續(xù)監(jiān)控即可。

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燃料電池汽車氫安全測(cè)評(píng)方案

對(duì)于燃料電池系統(tǒng)傳感器故障和執(zhí)行器故障測(cè)試可通過斷開其電源線或信號(hào)線的方法觸發(fā)故障，對(duì)于氫氣泄漏測(cè)試可通過在氫氣濃度傳感器位置釋放含有一定氫氣濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體來模擬燃料電池系統(tǒng)氫氣泄漏。觸發(fā)故障時(shí)可設(shè)計(jì)工況使燃料電池系統(tǒng)及整車處于不同的工作狀態(tài)，以探究不同狀態(tài)下的整車及燃料電池系統(tǒng)應(yīng)對(duì)策略。

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燃料電池汽車氫安全測(cè)評(píng)案例

4%濃度氫氣泄漏

當(dāng)車輛低速行駛、燃料電池系統(tǒng)保持工作狀態(tài)，機(jī)艙氫氣濃度傳感器檢測(cè)到4%濃度的氫氣泄漏時(shí)，車輛儀表發(fā)出高頻報(bào)警提示音持續(xù)提示駕駛員，同時(shí)伴有“檢查燃料電池系統(tǒng)，盡快安全停車”的文字顯示，在儀表左側(cè)位置出現(xiàn)代表FCEV故障的橙色三角標(biāo)識(shí)。

車輛在檢測(cè)到氫氣4%濃度泄漏后不僅持續(xù)對(duì)駕駛員進(jìn)行提示，燃料電池系統(tǒng)也進(jìn)行了急停處理，燃料電池快速泄載，氫氣進(jìn)氣壓力設(shè)定值降至默認(rèn)值30kPaA不再進(jìn)行氫氣供應(yīng)。

【策略設(shè)計(jì)亮點(diǎn)】散熱風(fēng)扇開始運(yùn)轉(zhuǎn)，目的是對(duì)泄漏到機(jī)艙內(nèi)的氫氣進(jìn)行吹散稀釋，防止氫氣聚集。

燃料電池系統(tǒng)以及散熱風(fēng)扇的一系列動(dòng)作表明4%氫氣濃度泄漏在本次測(cè)試車輛的控制策略中危險(xiǎn)等級(jí)極高，屬于對(duì)人員安全可能造成嚴(yán)重影響的故障。這種嚴(yán)重威脅人員和車輛安全的氫氣泄漏故障，若不及時(shí)應(yīng)對(duì)將有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

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總結(jié)

燃料電池系統(tǒng)在發(fā)生可能對(duì)人員安全造成嚴(yán)重影響的故障后，須發(fā)出明顯的聲光報(bào)警以引起駕駛員足夠的重視，為避免發(fā)生人員傷亡事件燃料電池系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置安全有效的措施。

提升燃料電池汽車氫安全水平才能更好地發(fā)揮燃料電池汽車環(huán)保、高效的優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)綠色出行和可持續(xù)發(fā)展。