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當前能源和環境問題日益緊張，世界上石油等傳統能源面臨枯竭的嚴重考驗。同時，由動力機械使用傳統能源引起的環境污染日益威脅到人們的生活，溫室氣體的排放、酸雨的形成無不與使用傳統燃料相關。因此發展為動力機械使用的清潔可替代燃料，成為目前亟待解決的問題。
在此背景之下開發出了使用清潔能源氫氣作為燃料的燃料電池汽車［1］。這種新能源汽車由氫氣和氧通過燃料電池產生的電能提供動力，氫氧反應這一過程不僅有極高的能量利用效率，而且排放物只有水，對環境沒有任何污染［2］。但是，氫氣本身的特性如泄漏性、爆炸性和氫脆等，使得燃料電池汽車存在著一定的安全隱患，這種新能源動力系統的安全性成為人們首先關心的問題。這些安全問題包括儲氫安全、車載氫氣系統的安全、燃料電池汽車發生碰撞以及發生氫氣泄露時的安全等。因此，為了燃料電池汽車的推廣使用，有必要對其安全性進行深入研究。
1 燃料電池汽車的儲氫安全
對燃料電池汽車來講，氫氣的存儲應當密度高、輕便、安全而且經濟。一臺裝有 24 L 汽油可行駛 400 km 的汽車，行駛同樣的距離，靠燃燒方式需消耗 8 kg 氫，靠電池供能則僅需 4 kg 氫。4kg 的氫氣在室溫和一個大氣壓下體積為 45 000L，這對汽車載氫是不現實的。目前限制燃料電池汽車推廣的最主要因素就是氫氣的儲存問題。目前比較常用的儲氫技術有高壓壓縮儲氫、深冷液化儲氫、金屬氫化物儲氫、碳納米管吸附儲氫及有機液體氫化物儲氫等［3］。
目前大多數燃料電池汽車都采用高壓壓縮儲氫方法，但是要攜帶足夠行駛 400 ～500 km 的高壓氣態氫，容器必須由能經受住高達70 MPa 壓力的復合材料制成［4］。同濟大學研制的燃料電池汽車超越 1 號使用的是 20 MPa、50 L 車用壓縮氫氣鋁膽復合氣瓶儲氫; 大連新源動力研制的燃料電池轎車使用 30 MPa、40 L 車用壓縮氫氣鋁膽復合氣瓶儲氫; 北京奧運會燃料電池示范車使用 35MPa、140 L 車用壓縮氫氣瓶儲氫; 武漢理工大學的楚天 2 號中巴車使用 20 MPa、汽車用壓縮氫氣鋁膽復合氣瓶儲氫; 奔馳公司采用車頂設置高壓儲氫容器儲氫。目前德國、美國和加拿大等國已經通過了 37． 5 MPa 的高壓氫罐的相應測試以及生產許可，工作壓力可高達68． 9 MPa 的高壓氫罐也已經通過了相應的實驗［5 －6］。如此高的壓力容器，如果發生撞車，后果不堪設想。因此越來越多的人開始關注新的儲氫方式，以減少高壓儲氫的危險。
液態氫存儲具有較高的能量質量比，約為氣態時的 3 倍，但液態氫將氣態氫冷卻到 － 235 ℃才能得到，耗損太大。另外，液態氫難以存儲，無法避免蒸發（ 每天大約損失 1% ～3%） ，車輛停放時間長時，蒸發的氫就會浪費，因此液態氫存儲要求具有良好的絕熱措施。德國戴姆勒 － 克萊斯勒公司研發的 NECAR 系列和美國通用公司的“氫動一號”都是以液態氫為燃料［7］。
金屬氫化物儲氫是指在 3 ～ 6 MPa 下讓氫與金屬結合形成合金，在需要的時候加熱使氫化物分解脫氫而得到氫氣。這一技術結構簡單、使用安全，但是金屬的重量是個無法忽視的問題，與攜帶的氫相比，金屬的重量太大。
選擇儲氫材料代替高壓儲氫來滿足高儲氫密度可減小燃料電池汽車的危險性; 采用氨硼烷儲氫可保證在燃料電池操作溫度下釋放大量氫氣以供燃料電池汽車長距離行駛。文獻［8］分析了燃料電池汽車采用液氫、高壓氣氫和金屬氫化物儲氫 3 種不同儲氫方案的安全性和實用性，結果表明液氫方案的加注站安全性、泄漏安全性和易操作性方面優于氣氫方案，并且在有效載荷與空間、燃料經濟性、續駛里程、加速性能和最高車速等實用性方面也好于氣氫方案。
雖然人們在儲氫材料的選擇方面做了很多研究，但是這些儲氫材料的儲氫效率目前還明顯低于高壓儲氫，因此有必要在儲氫方式的選擇上做進一步研究，以提高燃料電池汽車的儲氫安全。
2 車載供氫系統的安全措施
為了保證燃料電池汽車的安全穩定運行，需要設計一套安全有效的供氫系統。在燃料電池汽車上，供氫系統一般包括電磁閥、安全閥、溢流閥、熱熔栓、手動截止閥、溫度傳感器和壓力傳感器等在內的輔助安全裝置，其示意圖如圖 1 所示［9］。車載供氫系統安全措施應從預防與監控兩方面著手。從預防的角度來說，筆者以國內研發的燃料電池中巴車為例，給出了車載供氫安全實例。
如圖 1 所示，燃料電池中巴車隨車攜帶 6 個高壓氫氣罐，在這些氫氣罐上安裝溫度傳感器用來檢測氣罐內氣體溫度，由這些傳感器將氣罐內氣體的溫度信號發送到駕駛室儀表盤上，通過氣體溫度的變化來判斷外界是否有異常情況發生。例如氣體溫度突然急劇上升，如排除溫度傳感器故障之外，則在氫氣罐周圍可能有火警發生。
在此背景之下開發出了使用清潔能源氫氣作為燃料的燃料電池汽車［1］。這種新能源汽車由氫氣和氧通過燃料電池產生的電能提供動力，氫氧反應這一過程不僅有極高的能量利用效率，而且排放物只有水，對環境沒有任何污染［2］。但是，氫氣本身的特性如泄漏性、爆炸性和氫脆等，使得燃料電池汽車存在著一定的安全隱患，這種新能源動力系統的安全性成為人們首先關心的問題。這些安全問題包括儲氫安全、車載氫氣系統的安全、燃料電池汽車發生碰撞以及發生氫氣泄露時的安全等。因此，為了燃料電池汽車的推廣使用，有必要對其安全性進行深入研究。
1 燃料電池汽車的儲氫安全
對燃料電池汽車來講，氫氣的存儲應當密度高、輕便、安全而且經濟。一臺裝有 24 L 汽油可行駛 400 km 的汽車，行駛同樣的距離，靠燃燒方式需消耗 8 kg 氫，靠電池供能則僅需 4 kg 氫。4kg 的氫氣在室溫和一個大氣壓下體積為 45 000L，這對汽車載氫是不現實的。目前限制燃料電池汽車推廣的最主要因素就是氫氣的儲存問題。目前比較常用的儲氫技術有高壓壓縮儲氫、深冷液化儲氫、金屬氫化物儲氫、碳納米管吸附儲氫及有機液體氫化物儲氫等［3］。
目前大多數燃料電池汽車都采用高壓壓縮儲氫方法，但是要攜帶足夠行駛 400 ～500 km 的高壓氣態氫，容器必須由能經受住高達70 MPa 壓力的復合材料制成［4］。同濟大學研制的燃料電池汽車超越 1 號使用的是 20 MPa、50 L 車用壓縮氫氣鋁膽復合氣瓶儲氫; 大連新源動力研制的燃料電池轎車使用 30 MPa、40 L 車用壓縮氫氣鋁膽復合氣瓶儲氫; 北京奧運會燃料電池示范車使用 35MPa、140 L 車用壓縮氫氣瓶儲氫; 武漢理工大學的楚天 2 號中巴車使用 20 MPa、汽車用壓縮氫氣鋁膽復合氣瓶儲氫; 奔馳公司采用車頂設置高壓儲氫容器儲氫。目前德國、美國和加拿大等國已經通過了 37． 5 MPa 的高壓氫罐的相應測試以及生產許可，工作壓力可高達68． 9 MPa 的高壓氫罐也已經通過了相應的實驗［5 －6］。如此高的壓力容器，如果發生撞車，后果不堪設想。因此越來越多的人開始關注新的儲氫方式，以減少高壓儲氫的危險。
液態氫存儲具有較高的能量質量比，約為氣態時的 3 倍，但液態氫將氣態氫冷卻到 － 235 ℃才能得到，耗損太大。另外，液態氫難以存儲，無法避免蒸發（ 每天大約損失 1% ～3%） ，車輛停放時間長時，蒸發的氫就會浪費，因此液態氫存儲要求具有良好的絕熱措施。德國戴姆勒 － 克萊斯勒公司研發的 NECAR 系列和美國通用公司的“氫動一號”都是以液態氫為燃料［7］。
金屬氫化物儲氫是指在 3 ～ 6 MPa 下讓氫與金屬結合形成合金，在需要的時候加熱使氫化物分解脫氫而得到氫氣。這一技術結構簡單、使用安全，但是金屬的重量是個無法忽視的問題，與攜帶的氫相比，金屬的重量太大。
選擇儲氫材料代替高壓儲氫來滿足高儲氫密度可減小燃料電池汽車的危險性; 采用氨硼烷儲氫可保證在燃料電池操作溫度下釋放大量氫氣以供燃料電池汽車長距離行駛。文獻［8］分析了燃料電池汽車采用液氫、高壓氣氫和金屬氫化物儲氫 3 種不同儲氫方案的安全性和實用性，結果表明液氫方案的加注站安全性、泄漏安全性和易操作性方面優于氣氫方案，并且在有效載荷與空間、燃料經濟性、續駛里程、加速性能和最高車速等實用性方面也好于氣氫方案。
雖然人們在儲氫材料的選擇方面做了很多研究，但是這些儲氫材料的儲氫效率目前還明顯低于高壓儲氫，因此有必要在儲氫方式的選擇上做進一步研究，以提高燃料電池汽車的儲氫安全。
2 車載供氫系統的安全措施
為了保證燃料電池汽車的安全穩定運行，需要設計一套安全有效的供氫系統。在燃料電池汽車上，供氫系統一般包括電磁閥、安全閥、溢流閥、熱熔栓、手動截止閥、溫度傳感器和壓力傳感器等在內的輔助安全裝置，其示意圖如圖 1 所示［9］。車載供氫系統安全措施應從預防與監控兩方面著手。從預防的角度來說，筆者以國內研發的燃料電池中巴車為例，給出了車載供氫安全實例。
如圖 1 所示，燃料電池中巴車隨車攜帶 6 個高壓氫氣罐，在這些氫氣罐上安裝溫度傳感器用來檢測氣罐內氣體溫度，由這些傳感器將氣罐內氣體的溫度信號發送到駕駛室儀表盤上，通過氣體溫度的變化來判斷外界是否有異常情況發生。例如氣體溫度突然急劇上升，如排除溫度傳感器故障之外，則在氫氣罐周圍可能有火警發生。
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