燃料电池的要点和优势（再谈燃料电池的工作原理和安全性）

最近2年，燃料电池技术及整车发展似乎大有超越电动或混动汽车技术之势头2016年丰田mirai燃料电池汽车上市、量产甚至商业化实际上，对于燃料电池技术以及整车应用，早在10年前就在全球范围众多汽车厂商及科研单位所关注，并时不时的“露出”相关新技术获得验证、集成燃料电池驱动技术的整车进入测试等咨询，下面我们就来聊聊关于燃料电池的要点和优势?接下来我们就一起去了解一下吧!

燃料电池的要点和优势

最近2年，燃料电池技术及整车发展似乎大有超越电动或混动汽车技术之势头。2016年丰田mirai燃料电池汽车上市、量产甚至商业化。实际上，对于燃料电池技术以及整车应用，早在10年前就在全球范围众多汽车厂商及科研单位所关注，并时不时的“露出”相关新技术获得验证、集成燃料电池驱动技术的整车进入测试等咨询。

直到2017年4月，上海车展期间福田汽车集团欧辉8.5米燃料电池大巴上市，似乎国内众多非新能源媒体以及吃瓜群众纷纷表示，燃料电池大巴安全吗？这玩意背着好多气瓶满处跑会不会爆炸？

1、燃料电池大巴（汽车）驱动总成：

电堆（发动机）；氢燃料（存储钢瓶）；高压管路和阀体（氢燃料-电堆）；散热组件（用于电堆和空调）；空气滤清器总成（为电堆过滤杂质更低的氧气）；电堆控制系统；发电机（电堆产生的动力转化成电量）；驱动电机（电量转化为动力）；动力电池（存储发电机产生的额外电量）；电池控制系统；整车控制系统。

2、燃料电池大巴（汽车）运行原理：

燃料电池大巴（汽车）顶置钢瓶存储的氢燃料，“压”入电堆（“类似于传统动力发动机”）进行化学反应，所产生的的能量分为2路，1路传递给发电机至轴间电机驱动整车行驶；1路传递给发电机至动力电池存储富裕电量。要注意的是，氢燃料在电堆中进行的是化学反应，没有任何油、液、气混合燃烧环节。并不像传统内燃机，通过燃料与空气混合燃烧，产生的动力驱动车辆前进。

实际上，燃料电池大巴（汽车）与传统动力大巴（汽车）一样，只不过更换了不同动力总成。与传统动力大巴（汽车）相比，燃料电池大巴（汽车）的氢燃料在电堆催化后，除了产生电量，还有纯净水排出。

至于燃料电池大巴（汽车）被质疑的是否会爆炸问题，其实就是对电堆催化过程、氢燃料存储钢瓶可靠性不明白而产生。

燃料电池大巴（汽车）的动力源为钢瓶存储的纯度为99.99%氢气，即便遇到明火燃烧，也不会燃烧爆炸。氢气燃烧爆炸要满足3个条件：第1、体积浓度比是4.0％～75.6％；第2、氢气在密闭的空间内；第3、火源点燃。

对于燃料电池大巴（汽车）而言，使用的氢气浓度比为99.99%，远高于遇明火爆炸的4.0-75.6%浓度比的一般氢气。在耐压钢瓶存储中的氢气，如果遭遇来自外界的明火燃烧，则会自动关闭多级阀体。车载检测系统，侦测到钢瓶或管路出现氢燃料泄漏，控制系统会即刻关闭氢气输出，避免与氧气混合，确保不会自燃。

通过合理结构设计，燃料电池大巴（汽车）具备多重容错设定，保证氢燃料在不同危险环境下，或切断氢燃料输出、或封闭与氧气的混合。最重要的是，99.99%纯度的氢燃料，从本质上不具备燃烧的安全标定。

以福田欧辉8.5米燃料电池大巴为例：

电堆、空气滤清器、空调散热组件、高压阀体以及氢燃料存储钢瓶等核心分系统全部顶置。就是充分考虑了燃料电池能量转化的特性而做出的结构层面的的安全设定。

福田欧辉8.5米燃料电池大巴，用于旅游承运、公交运输等行业。作为人员密集的运输载具，将电堆和氢燃料存储钢瓶的燃料全部顶置，通过对以往国内外公交车辆出现的主被动安全事故大数据分析而来。

这就意味着作用于整车前、后、左、右四向的冲击力，几乎不会直接传递至顶置的电堆、钢瓶、高压管路和阀体。采用数字设计的车身钢结构，也将顶置动力总成所需的承重标定，和受到冲击后结构应力的变化考虑在内。

换句话说，将需要重度保护的电堆、燃料电池存储钢瓶和高压管路及阀体顶置，就是最好的被动安全设定。与电堆、存储钢瓶、管路和阀体关联的一系列安全传感器和控制系统，就是最好的主动安全设定。

福田欧辉8.5米燃料电池大巴，由福田汽车集团与亿华通和清华大学，正向联合研发。整车设计策略为：安全性、可靠性、承载效能、续航里程。依据燃料电池工作原理，调整车身结构，在可计算到的危险工况下，达到绝对的主被动安全。

应用在福田欧辉8.5米燃料电池大巴的安全设定项目如下：

1、顶置的氢燃料存储钢瓶，严格依据国家标准的处于30-35兆帕，而福田、亿华通及清华大学研发存储技术可以达到70兆帕。

2、在加氢站加注氢燃料时，加氢系统注入钢瓶的压力也保持在35兆帕，与整车钢瓶额定压力值等同。具备车载储氢钢瓶承受压力向下兼容更低的注入压力，已达到加氢储氢零压力差状态。

3、顶置的氢燃料存储钢瓶，在不可预料的危险工况下，即便出现爆燃事故，也会因更轻的比重，而向上传递大部分能量，不会影响车内载员安全。

实际上，福田欧辉8.5米、12米级别的燃料电池大巴，通过CAE分析和道路模拟仿真计算，在符合中国道路交通法规同时，还应用了大梁LNG（液态天然气）和CNG（压缩天然气）大巴丰富的高压管路和阀体的使用（制造）经验。

笔者有话说：

在中国西部市场普及多年的CNG（天然气）汽车多为后期换装，甚至更多城市的出租车强制使用CNG（压缩天然气）为动力的原厂车型。采用动力电池驱动的电动大巴，早已在中国数十座城市的公交市场大规模应用。作为新兴产物的燃料电池大巴，其实并不神秘。完全可以看做是CNG（压缩天然气）汽车和电动大巴的结合体。

至于安全性，没有百分之百的肯定，却可以从设计环节对燃料电池大巴的基础结构、主被动安全状态进行科学、严谨的设定。

笔者认为，全球首款用于大规模商业化公交运营的福田欧辉燃料电池大巴，作为第一个吃螃蟹的车型，被质疑、被否定可以理解。无论如何，这种新能源核心技术原创掌握并量产的行为值得鼓励，至于是否安全，还是日后让市场来检验吧。

文/电动GO网主编宋楠

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