124AUTOTIMEAUTOMOBILEDESIGN|汽车设计燃料电池汽车碰撞后氢泄漏主动安全系统设计与研究周雅夫姜振华大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室运载工程与力学学部汽车工程学院辽宁省大连市116024摘要：为了降低燃料电池汽车碰撞后氢泄漏的危害，本文从氢特性的角度分析了车载用氢的安全问题，开展了氢泄漏主动安全系统的设计和研究，着重阐述了主动安全控制策略，为燃料电池汽车碰撞后氢泄漏主动安全系统的进一步发展提供了一定的参考。关键词：燃料电池汽车碰撞氢泄漏主动安全控制策略1前言随着全球一体化进程的快速推进，高效无污染的新型能源已成全球未来发展的势趋。在新能源技术发展过程中，燃料电池汽车具有零污染、续航里程长、加氢速度快、氢能来源广、转换效率高和能量密度大等[1]优点，正在成为未来汽车发展的主流方向。氢作为一种新兴的清洁能源，具有许多不同于传统燃料能源的物理特性，但也存在着诸多安全问题[2]。①泄漏性氢是目前元素周期表中最轻的元素，具有分子直径小、质量轻、密度低的特点。在相同条件下，以天然气为参考基准，对比不同状态下丙烷和氢相对于天然气的泄漏率如表1所示[3]。结果表明，与其他车用气体燃料相比，氢本身的特性使其更容易从缝隙或者孔隙中泄漏。状态天然气丙烷氢扩散状态1.00.633.8湍流状态1.00.62.83层流状态1.01.381.26表1丙烷和氢相对于天然气的泄漏率②扩散性当氢出现泄漏时，氢将在空间上快速上升，并伴随着向各个方向迅速扩散，同时浓度显著下降。在相同的普通环境条件下，氢的扩散系数约为0.6cm2/s，天然气的扩散系数约为0.16cm2/s，而汽油气的扩散系数约为0.05cm2/s，所以在相同条件下，氢比其他车用气体或者液体燃料具有更大的扩散性。③燃爆性氢是一种极易燃的气体，且无色无味。在空气中，氢的燃烧极限范围为4%-75%，爆炸极限范围为13%-18.3%，可燃极限范围和爆炸极限范围都比较宽泛，虽然氢的燃点为574℃，但是氢在空气中的最小着火能量仅为0.019mJ，使得氢在空气中极容易发生快速点燃和爆炸。④氢脆由于氢与金属材料长期接触后进入其内部后，局部浓度达到饱和后引起金属塑性下降，使得金属材料的机械性能发生严重退化，诱发形成细小的裂纹而最终发生脆断的现象。氢燃料电池汽车在使用过程中，经常受到路况、天气和人员等多种因素影响，极易发生碰撞，大大增加了车载氢系统氢DesignandResearchofActiveSafetySystemforHydrogenLeakageafterFuelCellVehiclesCollisionZhouYafuJiangZhe...
