氢燃料电池电动汽车（FCEV）绝非行走的“氢弹”。实际上，它是一种环保的交通工具，可在行驶中过滤空气，其唯一的副产品是水。这就是燃料电池电动汽车真正具有安全性的原因。

 

储氢罐的安全性已得到验证

 

对未知或陌生的恐惧，是人类的本能。对消费者而言，燃料电池电动汽车相对陌生，并且驾驶员可能对它不是很熟悉，但是它是否真如某些人所说具有一定的危险性？对未知的恐惧是否使我们忘记了氢电池的高效、环保特性，却因氢与氢弹相关使我们倍感恐惧？我们与研究人员及受邀的行业领先专家齐聚韩国燃料电池电动汽车技术的发源地，151amjs澳金沙门起亚汽车麻北环境技术研究中心展开讨论。我们的第一个问题是关于氢燃料电池的安全性。

 

我们会见了151amjs澳金沙门起亚汽车麻北环境技术中心氢电池系统设计小组负责人Hwang Ki-ho（左）及电池系统试验小组首席研究员Chung Myeong-ju（右）

 

氢的结构

 

氢能仍然被许多人误解。事实上，人们常把氢能与核能混为一谈。那么，这两者有何不同？

 

氢弹与氢燃料电池电动汽车技术关系不大，唯一的联系只有氢这个词。这种联系就如同我们周围的世界是由原子组成的，而原子弹中恰好包含原子这个词。更好地了解燃料电池电动汽车和氢弹背后的技术可以消除这种误解。

 

燃料电池电动汽车所利用的氢为氢分子形式。在约700bar的压力下对氢气加压并将其存储在低温罐中。为了产生动力，系统将氢气馈入低压电池并使其与氧气发生电化学反应以产生电能。储氢罐的高压存储的安全性和可靠性已经过全面的工程设计和试验，并达到了与传统标准CNG发动机相似的安全水平。

 

而氢弹中所使用的材料不是加压氢气，而是氘和氚（氢的同位素）。氘和氚只存在于非常极端的环境下；即使存在氘和氚，也需要极高的热量和压力（一亿多度、数千帕的压力）来实现氢弹的爆炸。引爆氢弹所需的此等热量和压力实际上需要引爆较小的核弹，以“点燃”聚变反应。与氢弹不同，燃料电池电动汽车仅将氧气和氢气结合起来即可发电。

 

大家都知道，氢容易被氧化或燃烧。那么，如果NEXO内部或外部起火，或者发生氢气泄漏，储氢罐是否安全？

 

 

上图所示是燃料电池电动汽车的众多消防安全测试之一。即使车辆起火，储氢罐也不会“着火”或爆炸。

 

首先，目前为止尚未出现因氢泄漏而导致的燃料电池电动汽车事故。氢气是一种比大气轻14倍的气体，因此如果有泄漏，它会立即蒸发到空气中。即使车辆起火，泄漏的氢气燃烧的可能性几乎不存在。

 

此外，车内配置有多个实时传感器，可检测燃料罐、供油系统和燃料电池堆上的任何泄漏。如果在标准操作期间或在损坏供油系统的外部撞击中检测到氢气泄漏，驾驶员的仪表盘显示屏会发出警告。安全系统甚至可能会关闭储氢罐的阀门，防止氢从燃料罐中大量喷出而导致其他危险。

 

如果发生火灾，导致储氢罐周围的温度急剧升高，则检测系统会将氢气从燃料罐强制排到大气中。由于采取了这些充分的安全措施，即使车辆已完全焚化，燃料罐也不会爆炸。另外，燃料罐外表面也会覆盖有防火涂层。在发生车辆起火、燃料泄漏和爆炸方面，燃料电池电动汽车比燃烧汽油的车辆安全得多。

 

在密闭空间（例如车库或隧道）中，发生氢气泄漏会如何呢？

 

在非常特殊的情况下，富含氢的密闭环境可能会发生火灾或爆炸。NEXO中氢气遏制系统旨在将任何泄漏抑制到法规关于氢气泄漏的政策标准的1/60以下，并且已多次验证其安全性。

此外，车库或隧道实际上并不是完全封闭的空间。建筑法规当中，对于此类空间的空气流动有着规定。除非有意违反这些法律，并且有机会制造完全没有空气流动的密闭环境，否则极不可能发生因氢泄漏而导致的爆炸。

 

储氢罐使用什么材料，其结构如何，每种材料的强度是多少？

 

 

储氢罐具有巨大的结构强度和刚度，不易受损。储氢罐的内表面由薄的聚酰胺衬里（尼龙）制成，可最大程度地减少氢的渗透。外表面覆盖有厚度为20-25mm的增强塑料（碳纤维+环氧树脂），能够保持70bar的压力。

 

强度是保持储氢罐安全性的关键，而刚度则对耐用性很重要。强度可以在受力时防止发生断裂，而刚度可以在受力时防止发生变形。碳纤维增强塑料在质量方面比钢材具有更多的优势。其中两个优势是强度提高了6倍，刚度提高了4倍。换句话说，增强塑料更轻时更可靠。

 

听起来撞击将很难对储氢罐造成任何损坏

 

储氢罐可以承受1.8米的跌落测试，而不会有任何功能上的损坏。当子弹射入加压为700bar的储氢罐中，只会导致氢气从刺孔的燃料罐中排放到大气中，而不会发生爆炸。即使是在与标准内燃机相同的条件下进行的后碰撞测试中，结果也是储氢罐中的氢气全部排出，甚至检测不到微量的氢含量。即使发生车辆起火，多余的耐火材料和安全机制也可以防止火势扩大，并迅速排出氢，从而防止发生爆炸。如此全面的安全系统使NEXO获得了欧洲新车安全评鉴协会（Euro NCAP）最高的五星级总体评级。

 

法规要求对储氢罐进行14种不同项目的安全性验证

 

 

麻北环境技术中心测试了哪些可以确保储氢罐的安全性、耐用性和其他指标的项目？

 

韩国国土交通省（MOLIT）关于《CNG压力容器安全条例》的行政通知规定了14项测试安全性的项目，包括破裂测试、篝火测试和渗透测试。此外，还进行了其他安全测试，包括前后碰撞测试、极端寒冷天气条件测试。

自早期开发以来，对NEXO储氢罐的测试已几乎增加了一倍。也提高了适用于批量生产的安全标准。该技术不仅需要满足国内外法规，而且还必须满足151amjs澳金沙门自身指定用于200多种独立测试的标准。也就是说，我们对安全性和耐用性设定的标准要比管理机构为我们设定的标准严格得多。

 

例如，已执行了12000次模拟运输过程中跌落损坏测试和针对复合材料的严重损坏的耐久性测试。此外，还对200多辆NEXO进行检查以查车辆的整体安全性。

 

储氢罐的内部压力非常高，为700bar。在将氢气馈入电池堆发电之前，如何控制压力？更重要的是，如何控制高压以避免对人体伤害？

 

燃料电池电动汽车的内部有一个燃料电池堆，可利用氢燃料和从外部大气中吸入的氧气来发电。燃料电池堆需要压力，并且所需的最小压力随着堆的期望电量输出而增加。储氢罐内部的标准压力约为350bar，但是随着技术的进步，其已可以承受更高的压力并具安全性和稳定性。现在该标准约为700bar，特别是在NEXO中，最大爆破压力达到了1575bar。

 

目前，立即降低储氢罐内的高压是一大挑战，因此，通过将氢燃料进料系统连接到燃料电池堆中，可以通过两个阶段来降低压力。首先，通过第一个减压装置可将700bar的压力降至16bar，然后在燃料电池堆的入口处，氢气与氧气发生反应以产生电能，压力会进一步下降至约1.0-1.5bar。

 

氢气在700bar的高压下储存在燃料罐中，并在供给燃料电池模块的过程中减压至16bar，由于高压和气体的可燃性，该过程存在一定的风险。因此，工程师应用了各种安全机制和逻辑，从更基本的泄漏检测传感器到更复杂的高压和中压传感器、逻辑传感器来检测过大的压力和微小的泄漏。安全机制还包括仅在点火开关关闭时，才允许充电的逻辑，以及可以检测在充电期间可能发生的氢气泄漏的逻辑。

 

NEXO总共含有三个储氢罐；乘客座椅下有2个，行李箱中有1个

 

我们团队的目标是确保车辆驾驶员的行车安全

 

 

储氢罐的耐用性或安全性是否会受到燃料电池电动汽车的长期运行的影响？

 

我们团队的目标是确保车辆驾驶员的行车安全。覆盖在储氢罐外壳的碳纤维复合材料层层叠叠数十层。这意味着碳纤维涂层受损坏只会发生在几股之内，并且不会影响燃料罐的安全性或耐用性。

 

储氢罐部件符合最高的安全标准，并且根据最严格的认证条件进行认证。实际上，这些燃料罐能够承受相当于海平面以下15km或更深的外部压力，可以承受每日充压长达123年，并且在充压至700bar后静置即可安全。尽管设计了这样的安全余量，但法规上规定的使用寿命最长为15年（欧洲为20年）或4000次（欧洲为5000次），以先到者为准。因此，我们对储氢罐的设计远远超出了法规所规定的安全性和耐用性标准。

 

去年，NEXO赢得了欧洲新车安全评鉴协会欧洲汽车安全性能评估的第一个最高五星总体评级。团队克服了哪些挑战才能获得该评级？

 

NEXO有三个储氢罐，每个储氢罐尺寸相同。在三个燃料罐中，2号燃料罐和3号燃料罐位于后悬架的两侧。为了改善乘坐体验，我们将扭力梁悬架换成多连杆系统。这就需要一个螺栓固定装置来铰接支撑件和下臂，这是靠近燃料罐的突出部件。在碰撞测试中，我们发现突出的螺栓可能会对储氢罐的复合表面造成损坏，因此采用金属板将螺栓和燃料罐的易损部分包住。我们通过安全预防措施对其进行了再次测试，发现即使在撞击情况下，突起也不会撞到储氢罐。

 

NEXO一直是燃料电池电动汽车的领导者，在世界各地饱受好评

 

该团队正在跟进下一代燃料电池电动汽车的NEXO车型。团队在安全性和性能方面设定了哪些目标？

 

消除对储氢罐的不切实际的恐惧将是一个主要目标。我们正在开发一种用于储氢罐的智能罐，它可以为车辆操作员提供有关该罐状态的实时通知。在燃料电池电动汽车及其储氢罐的安全性方面，我们已经取得相当不错的成就。从消费者的角度来看，我们知道人们对储氢罐存在一些不安，我们正在尝试从工程角度解决这一问题。

 

所有这一切的关键因素是降低成本。燃料电池电动汽车的普及将需要可与传统内燃机汽车媲美的较低的价格。目前，储氢罐的成本过高是主要障碍。我们的研究旨在实现这三个目标：使用成本更低的储氢罐和更远的里程制造出更安全的车辆。例如，我们正在研究替代性的储氢方法。而不是高压储罐，我们正在研究液体或固态氢存储，以及各种其他方式来最大化存储效率。储氢罐中的存储效率是通过存储的氢气总质量除以储氢罐的质量来衡量的。NEXO燃料罐的效率为5.7％，是世界上最高的。

 

当前的储氢罐太过于笨重并且占用了太多空间。我们团队正在寻找方法，以通过不同的储罐形状提高空间利用效率。随着储氢罐变得越来越轻巧、制造成本越来越低，燃料电池电动汽车将变成主流。