谭明波 王景欢
武汉中极氢能产业创新中心有限公司检测分公司，武汉中极氢能产业创新中心有限公司 湖北 武汉 430078
摘要：燃料电池汽车是未来新能源汽车主要类型之一，为确保其在道路事故中的安全性能，需要对其在碰撞过程中的乘员保护性能做相应的检测与鉴定。基于此，笔者结合多年的工作经验，本文针对燃料电池汽车的结构特点，提出了燃料电池汽车存在的碰撞安全性问题，给出了解决燃料电池汽车碰撞安全性问题的方法。希望本文能起到抛砖引玉的作用。
关键词：燃料电池汽车；安全性能；检测方法
导言：
当下最流行的新能源汽车莫过于电动汽车。与纯电动汽车和混合动力汽车相比，燃料电池电动汽车是未来电动汽车发展的方向与趋势。为保障今后燃料电池电动汽车在道路上行驶安全，需要对其安全性能进行研究分析，通过制定相关的法规要求，检测燃料电池电动汽车在设计和制造过程中是否满足安全性能要求。在道路事故中，碰撞是造成伤害的主要原因，所以研究燃料电池电动汽车碰撞安全性能显得格外重要。
1 燃料电池汽车被动安全性能检测的必要性
在当前的国际形势下，中国的原油进口增长量和汽车消耗石油资源的状况，若不加以控制，将严重影响到中国的能源安全性，并对大气造成巨大的污染。而燃料电池汽车被称为绿色环保汽车，是解决石油能源危机和减少排放、改善环境、实现可持续发展的一个较为有效的途径。燃料电池汽车以氢作为燃料，由氢和氧通过燃料电池产生电能，由电力驱动汽车进行运动。这一过程不但有很高的能量利用效率，而且排放物只有水，基本上没有污染。交通运输领域是石化燃料的主要应用领域之一，发展燃料电池汽车，对于改变交通运输领域现有的能源供应方式，具有非常重要意义。然而，一种新的能源系统要得到推广和应用，其安全性是应该首先关心的问题；对燃料电池汽车而言，也是如此。氢的各种内在特性，决定了燃料电池汽车有不同于常规能源汽车的危险特征，如车载燃料系统的易燃、易泄漏，以及高压的电驱动模块等；而且由于氢的使用范围不广，经验不够丰富，汽车使用者对燃料电池的可接受心理也存在着较大问题，所以为了燃料电池汽车的进一步发展以及相关安全标准的制定，对燃料电池汽车的碰撞安全问题进行研究是很有必要的。
2 燃料电池汽车碰撞安全性问题分析
2.1 燃料电池汽车的结构特点
基于燃料电池汽车的组成系统，燃料电池汽车相对于传统汽车在前舱结构、车身底部、后舱结构的布置上，有较大变化。前舱区域：去除了传统汽车的发动机及变速箱，加人了质量和体积较大的动力控制装置以及水泵和空气过滤器，在副车架上安装了主减速器和电机以及空压机，统称为驱动模块。车身底部：去除了油箱及管路系统，安装了电堆、二次电池、氢泵、散热器、冷却水泵、加湿器等装置，统称为动力电池模块。动力电池模块的电压为300V。后舱区域：去除了备胎，安装了氢瓶和固定支架，以及氢瓶固定钢带，统称为氢瓶模块。由于氢气的密度较小，氢瓶的储氢压力高达35MPa。
从上述分析，可以了解燃料电池汽车的结构主要有如下3个特点：高压电气装置；高压储氢系统；氢能的本身特性，如易燃、易泄漏、氢脆等。
2.2 燃料电池汽车存在的碰撞安全性问题
2.2.1泄漏性：氢是最轻的元素，比液体燃料和其他气体燃料更容易从小孔中泄漏。如果发生泄漏，氢气就会迅速扩散。与汽油、丙烷、天然气相比，氢气具有较大的浮力（快速上升）和较强的扩散性（横向移动）。在空气中，氢的燃烧范围很宽，而且着火能很低，氢气火焰几乎是看不到的，因为在可见光范围内，燃烧的氢放出的能量很少。因此接近氢气火焰的人可能会不知道火焰的存在，凶此增加了危险。
2.2.2高电压：燃料电池汽车内装有高电压的动力回路，由数十块甚至几百块储能单元（如单体电池）串联或者并联组成的储能系统（如动力电池组）的电压远远超过安全电压，所以存在人员触电、电气短路、电解液泄漏等问题。
2.2.3乘员保护：由于燃料电池汽车前舱结构的变化，对于乘员的生存空间和车身的吸能特性产生影响，所以应重新设计和考虑车内乘员的保护效果。
2.2.4氢瓶保护：对于高压氢瓶的固定支架和钢带应有足够的强度，以保证在碰撞过程中，高压氢瓶的动态位移不会太大，而造成连接管路的断裂和变形，避免氢气的大量泄漏。
3 燃料电池汽车碰撞后高压电气安全检测分析
燃料电池电动汽车在碰撞后也存在高压电气安全的问题，所以在碰撞试验的过程中，需要对其相关的性能进行检测。参考法规《电动汽车碰撞后安全要求》（GB/T 31498—2015）以及燃料电池电动汽车的特征，将高压电气安全检测分为以下几个部分。
3.1 触电防护要求
为了防止高压对乘员带来电击伤害，燃料电池电动汽车碰撞后应满足触电防护要求。绝缘电阻检测：测量负载端和REESS端的绝缘电阻阻值，判断在基本防护或单点失效的情况下，流进人体的电流是否在安全电流范围以内。具体测量方法参考《电动汽车碰撞后安全要求》。低电能检测：从能量角度出发，要求在碰撞后5～60s后，负载端所释放的电能小于0.2J。低电压检测：为确保安全电压，要求在碰撞试验结束后5～60s间测量电力系统负载端高压母线的电压值均不大于30V交流或60V直流。物理防护检测：碰撞试验后对车辆进行直接接触测试和间接接触测试，要求车身直接防护能满足IPXXD的要求以及外露的可导电部件与电平台之间电阻值小于0.1Ω。
3.2 REESS端安全要求
对于燃料电池汽车来说，碰撞后存在电池起火爆炸风险和燃料起火爆炸的风险，所以在碰撞后，要切断各类供需系统之间的联系，主要为燃料与燃料电池堆、电池与电力负载。主要检测项为REESS端不起火爆炸，REESS端气体泄漏不得超过出规定值，REESS电解液泄露不得超过出规定值。
3.3 REESS位移要求
为确保安全，要求碰撞结束后，REESS端不得伸入乘员舱，内部元器件不得伸出保护壳，对于氢气瓶和电池的位移不得超过规定值。
4 燃料电池汽车碰撞安全性问题的解决方法
虽然，燃料电池汽车存在着不同于传统汽车的碰撞安全性问题。但通过必要的研究，并结合国内外的相关标准，将它的各种安全问题量化、清晰化，并建立起有效的碰撞安全性能评价体系，才能使这种新能源汽车技术健康发展并最终得到广泛有效的应用。
5结语
总之，对于燃料电池汽车进行各类形式的碰撞试验，不仅需要按照各类形式的碰撞标准法规进行试验，试验过程中，也需做到以下几方面，一方面在试验前，按照碰撞标准对车辆进行处理，同时将氢气排空，用相同体积的氦气替代进行试验；另一方面试验过程中除了考核乘员损伤指标以外，还需增加相关检测项目，也要按照表格内的评价指标对其进行相应的考核；此外，需要对试验后的车辆进行隔离观察，待确认安全以后，再进行相应的处理。
参考文献：
[1]孙振东.基于燃料电池汽车碰撞安全性的研究[J].2019.
[2]李建秋.燃料电池汽车研究现状及发展[J].2017.
[3]潘番，王大志.燃料电池汽车碰撞安全性仿真研究[J].2017.