在進(jìn)入二十一世紀(jì)時(shí)，環(huán)境污染、全球變暖、能源短缺的壓力，使傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)面臨前所未有的挑戰(zhàn)，汽車(chē)制造商都努力嘗試使用新能源來(lái)提高汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)環(huán)保特性。各國(guó)政府及各大汽車(chē)制造商都紛紛投入巨資進(jìn)行質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)電動(dòng)汽車(chē)的研究與開(kāi)發(fā)。燃料電池汽車(chē)技術(shù)與傳統(tǒng)汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)相比，具有下面的優(yōu)勢(shì)。

(1)效率高

燃料電池的工作過(guò)程是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程，不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)換效率較高，1999年戴姆勒一克萊斯勒推出的燃料電池概念車(chē)NECAR 4從油箱到車(chē)輪的能量效率為37.7％，而高效汽油機(jī)和柴油機(jī)汽車(chē)整車(chē)效率分別為16－18％和22－24％

(2)續(xù)駛里程長(zhǎng)

采用燃料電池系統(tǒng)作為能量源，克服了純電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程短的缺點(diǎn)，其長(zhǎng)途行駛能力及動(dòng)力性已經(jīng)接近于傳統(tǒng)汽車(chē)。

(3)綠色環(huán)保

燃料電池沒(méi)有燃燒過(guò)程，以純氫作燃料，生成物只有水，屬于零排放。采用其它富氫有機(jī)化合物用車(chē)載重整器制氫作為燃料電池的燃料，生產(chǎn)物除水之外還可能有少量的CO2，接近零排放。

(4)過(guò)載能力強(qiáng)

燃料電池除了在較寬的工作范圍內(nèi)具有較高的工作效率外，其短時(shí)過(guò)載能力可達(dá)額定功率的200％或更大。

(5)低噪音

燃料電池屬于靜態(tài)能量轉(zhuǎn)換裝置，除了空氣壓縮機(jī)和冷卻系統(tǒng)以外無(wú)其它運(yùn)動(dòng)部件，因此與內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相比，運(yùn)行過(guò)程中噪音和振動(dòng)都較小。

(6)設(shè)計(jì)方便靈活

燃料電池汽車(chē)可以按照X－By－Wire的思路進(jìn)行汽車(chē)設(shè)計(jì)，改變傳統(tǒng)的汽車(chē)設(shè)計(jì)概念，可以在空間和重量等問(wèn)題上進(jìn)行靈活的配置。

在燃料電池汽車(chē)國(guó)際大開(kāi)發(fā)的背景下，根據(jù)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略需要，中國(guó)國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)的“十五”計(jì)劃把燃料電池城市客車(chē)列為電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)中的一個(gè)重要子課題。燃料電池城市客車(chē)項(xiàng)目從2002年初啟動(dòng)，清華大學(xué)汽車(chē)安全與節(jié)能?chē)?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為研究工作的主要承擔(dān)單位，第一輛原型車(chē)已經(jīng)在2002年底通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收。

1、整車(chē)氫源與動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇

設(shè)計(jì)863燃料電池城市客車(chē)首先要選擇適合于中國(guó)的經(jīng)濟(jì)條件和道路條件的氫源方案與動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

1.1氫源方案比較車(chē)上供氫系統(tǒng)可分為車(chē)載制氫和車(chē)載純氫兩大類(lèi)。

1.1.l 車(chē)載制氫

車(chē)載制氫需要內(nèi)部高溫的燃料處理器，通過(guò)重整或部分氧化等方式由燃料中獲得氫。用于車(chē)載制氫的燃料可以是醇類(lèi)(甲醇、乙醇、二甲醚等)、烴類(lèi)(柴油、汽油、LPG、甲烷等)。其它物質(zhì)如氨、金屬或金屬氫化物等也可以作為制氫原料。

從技術(shù)上看，醇類(lèi)燃料制氫的溫度較低，制氫反應(yīng)容易實(shí)現(xiàn)。其中甲醇通常被認(rèn)為是最為合適的車(chē)載制氫燃料。DaimlerChrysler公司的Necars，于2002年6月4日完成了橫穿美國(guó)東西部的壯舉，行程3000余英里，充分證明甲醇車(chē)載重整制氫燃料電池汽車(chē)的技術(shù)可行性。

烴類(lèi)比醇類(lèi)制氫難度大，主要表現(xiàn)在重整的溫度高和硫的脫除。烴類(lèi)燃料中，天然氣由于是氣態(tài)燃料，車(chē)載儲(chǔ)運(yùn)比較困難，并且車(chē)載重整最難，工作溫度最高，一般不作為燃料電池車(chē)載氫源的燃料。

其它制氫方法中，氨因?yàn)樽鳛橹茪湓铣杀靖摺⒂休^大的腐蝕性，而且氨完全裂解溫度高，因此不適宜選為車(chē)載制氫燃料。而金屬或金屬氫化物水解制氫，由于其高能耗和高成本、以及原料制備過(guò)程中的高排放，只能用于特殊的場(chǎng)合，而不適合于大規(guī)模的汽車(chē)行業(yè)。

車(chē)載制氫避免了固定的氫制取、運(yùn)輸和加注等基礎(chǔ)設(shè)施及車(chē)載儲(chǔ)氫系統(tǒng)的技術(shù)問(wèn)題和投資。不過(guò)，在目前中國(guó)進(jìn)行燃料電池汽車(chē)自主開(kāi)發(fā)的起步階段，選用車(chē)載純氫方案更加合理。首先，車(chē)載制氫需要復(fù)雜的高溫燃料處理器，其技術(shù)成熟度不及車(chē)載純氫方案。其次，有研究表明，車(chē)載純氫方案在整車(chē)能量效率、預(yù)期總成本(包括基礎(chǔ)設(shè)施、燃料和車(chē)輛)、減少污染和溫室氣體排放、減少石油依賴(lài)和可持續(xù)性發(fā)展方面，都比車(chē)載制氫方案有利。

1.l.2車(chē)載純氫

車(chē)載純氫方案的燃料鏈包括了氫集中制備、分離純化、及儲(chǔ)運(yùn)分配等過(guò)程。在燃料電池汽車(chē)本身的設(shè)計(jì)中，主要考慮車(chē)載純氫的儲(chǔ)存技術(shù)。車(chē)載純氫儲(chǔ)存方法主要分為：高壓氫氣儲(chǔ)存、液態(tài)氫儲(chǔ)存、金屬貯氫、活性炭吸附貯氫和碳納米材料貯氫幾種。

(1)高壓氧氣儲(chǔ)存

用氧氣壓縮機(jī)把氫氣壓縮灌人到車(chē)上攜帶壓力容器中，是目前最簡(jiǎn)單和最常用的車(chē)載純氫儲(chǔ)存方法。世界已有的燃料電池大客車(chē)示范項(xiàng)目中，采用這種車(chē)載儲(chǔ)氫方法的就占了大多數(shù)。耐高壓的儲(chǔ)氫壓力容器及材料是這種方法的關(guān)鍵。

高壓氫氣存儲(chǔ)方法的主要問(wèn)題是：①容量小。中國(guó)大量使用的是以普通鋼材制成的壓力容器，儲(chǔ)氫壓力為15Mpa時(shí)，氫的重量?jī)H占總重量的1％，體積容量約0.008kgH2/L。不過(guò)，當(dāng)使用特種高強(qiáng)度奧氏體鋼材料制成的容器時(shí)，儲(chǔ)氫重量可達(dá)總重量的2％－6％。②安全性差。高壓容器本身就需要特殊的照顧與維護(hù)，況且容器中裝的是易燃易爆又易滲漏的氫氣。車(chē)禍時(shí)可能有嚴(yán)重的后果。③實(shí)施問(wèn)題。容器壓力愈高，充氫站的建設(shè)、壓縮運(yùn)行所化的代價(jià)愈高。而且充裝1立方米氫氣要耗電0.5度左右、而1立方米氫氣經(jīng)燃料電池發(fā)電僅得2度電。

(2)液態(tài)氫儲(chǔ)存

戴姆勒一克萊斯勒公司研制開(kāi)發(fā)的NECAR3型和NECAR4型以及通用公司研制開(kāi)發(fā)的“氫動(dòng)一號(hào)”燃料電池電動(dòng)汽車(chē)均采用液氫為燃料。理論上，在各種儲(chǔ)氫方式中，無(wú)論是從體積密度還是從重量密度的角度看，只有氫氣以液態(tài)儲(chǔ)存才能達(dá)到最高的儲(chǔ)存密度。目前，液氫存儲(chǔ)的重量比約5％－7.5％，體積容量約0.04kgH2/L。不過(guò)，由于低溫容器的熱漏損，液氫的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸對(duì)注，以及氫液化消耗大量的能量等問(wèn)題，使攜帶液氫規(guī)模實(shí)施是不可行的。

(3)金屬氫化物儲(chǔ)氫

該方法首先使氫與金屬形成金屬氫化物，加熱后，金屬氫化物分解脫氫而得氫氣。

金屬氫化物儲(chǔ)氫與壓力容器儲(chǔ)氫相比：①單位重量的儲(chǔ)氧量并不高，儲(chǔ)氫材料加上容器后，單位重量的儲(chǔ)氫量低于高性能材料的壓力容器，儲(chǔ)氫重量為總重量的1.5％以下。②單位體積的儲(chǔ)氫容量有所提高，為0.05kgH2/L。③儲(chǔ)氫壓力為1－ZMPa，遠(yuǎn)低于壓力容器，提高了安全性，充氫站要求及充氫能耗皆降低。④金屬氫化物對(duì)氫氣中的少量雜質(zhì)如O2，H2O，CO等有較高的敏感度，高于燃料電池電極催化劑的敏感度，因而提高了對(duì)原料氫的質(zhì)量要求。⑤存在金屬氫化物的機(jī)械強(qiáng)度、反復(fù)充放后的粉碎等問(wèn)題。目前，金屬氫化物可反復(fù)充放的次數(shù)不多且價(jià)格昂貴，所以以金屬氫化物作為儲(chǔ)氫方法的運(yùn)行費(fèi)用是很高的。③儲(chǔ)氧化物的容器要能夠耐高壓，還要有足夠的換熱面積，能夠迅速的傳遞吸氧和放氫反應(yīng)過(guò)程中釋放或者需要的熱量。

(4)活性炭吸附貯氫

活性炭低溫吸附具有相當(dāng)好的儲(chǔ)氫能力，在-196℃，4.2MPa時(shí)，活性炭的儲(chǔ)氫量約總重的5％。但是考慮到-196℃的低溫、4.2MPa的壓力，兼有高壓容器法和液氫法的弱點(diǎn)，在車(chē)上也不是可行的方法。

(5)碳納米材料貯氫

納米碳管被認(rèn)為是一種非常有潛力的高容量的儲(chǔ)氫材料。然而目前所報(bào)道的其高儲(chǔ)氫容量爭(zhēng)議很大。此外，納米碳管的價(jià)格昂貴，目前還未解決其規(guī)模制備的方法，加上納米碳放氫難，放氫的容量低，放氫速率低，實(shí)際應(yīng)用困難，所以其技術(shù)的發(fā)展難以預(yù)測(cè)，至少在較短的時(shí)間內(nèi)是不可能實(shí)際應(yīng)用的。

不同的儲(chǔ)氫方法對(duì)氫氣純度的要求也不盡相同。儲(chǔ)氫方法對(duì)氫氣純度的要求。高壓氫用的是純氫，而其它儲(chǔ)氫方法要求的是高純氫或超純氫。氫的純化分離能耗成本很高，因此對(duì)氫的純度要求越高則存儲(chǔ)方法的成本越大。

綜合來(lái)看，現(xiàn)階段在中國(guó)發(fā)展燃料電池汽車(chē)，從技術(shù)難度、成本、能耗等方面考慮，在對(duì)儲(chǔ)氫容器體積要求較低的燃料電池城市客車(chē)上，高壓氫氣儲(chǔ)氫具有一定的優(yōu)勢(shì)。因此，863燃料電池城市客車(chē)采用高壓氣瓶?jī)?chǔ)氫的方案。

1.2整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

燃料電池汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有多種，目前各國(guó)研究的燃料電池大客車(chē)中主要有純?nèi)剂想姵?/SPAN>(PFC)、燃料電池和輔助電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)(FC＋B)、燃料電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)(FC＋C)、燃料電池加輔助電池加超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)(FC＋B＋C)四種結(jié)構(gòu)。

純?nèi)剂想姵仄?chē)只有燃料電池一個(gè)能量源，汽車(chē)所有功率負(fù)荷都由燃料電池承擔(dān)。這種結(jié)構(gòu)中燃料電池的額定功率大，成本高，對(duì)冷起動(dòng)時(shí)間、耐起動(dòng)循環(huán)次數(shù)、負(fù)荷變化的響應(yīng)等提出了很高的要求。

燃料電池和輔助電池混合驅(qū)動(dòng)是一種比較流行的結(jié)構(gòu)。采用燃料電池和輔助電池的雙動(dòng)力源結(jié)構(gòu)主要基于以下原因：(1)當(dāng)前燃料電池的動(dòng)態(tài)性能欠佳，而汽車(chē)的工作狀態(tài)總是在較大的范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)變化，燃料電池不能隨時(shí)滿足汽車(chē)的功率需求，增加輔助電池可以起到快速調(diào)節(jié)功率的作用；(2)燃料電池最佳的負(fù)荷率在額定功率20％－40％的范圍內(nèi)，為了實(shí)現(xiàn)整車(chē)能量效率最佳，增加輔助電池調(diào)節(jié)燃料電池的功率輸出，可使其工作點(diǎn)盡量保持在效率最佳的范圍內(nèi)。(3)目前燃料電池的成本還很高，從降低整車(chē)價(jià)格的方面來(lái)考慮，適當(dāng)減小燃料電池的額定功率，用輔助電池來(lái)彌補(bǔ)不足的功率輸出，可以在一定程度上降低整車(chē)成本。

863燃料電池城市客車(chē)在動(dòng)力結(jié)構(gòu)上采用了三種能量源混合的形式。選擇蓄電池和超級(jí)電容組合的原因，主要基于以下兩點(diǎn)：(1)蓄電池的能量密度比較大，在驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，可以長(zhǎng)時(shí)間提供足夠的輔助能量；(2)超級(jí)電容的功率密度比較大，在需要比較大的輔助功率時(shí)，發(fā)揮主要作用，特別是在汽車(chē)制動(dòng)能量回收的過(guò)程中，回收較大的回饋功率，進(jìn)而延長(zhǎng)電池使用壽命，提高汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的效率。

863燃料電池城市客車(chē)在行駛過(guò)程中，由燃料電池作為主能量源提供驅(qū)動(dòng)汽車(chē)所需的功率，蓄電池用來(lái)提供不足功率或吸收多余功率，超級(jí)電容主要用于回收和輸出瞬間大電流，按照一定的控制策略，多能源動(dòng)力總成控制系統(tǒng)對(duì)三者的輸出或輸人功率進(jìn)行合理優(yōu)化分配，滿足復(fù)雜城市工況下的行駛要求。這種多能源動(dòng)力總成控制系統(tǒng)利用三種能量源各自的優(yōu)勢(shì)，協(xié)調(diào)控制工作模式和功率分配，同時(shí)改善汽車(chē)動(dòng)力性能和能量效率，其優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)是單能量源系統(tǒng)不具備的。

2、原型車(chē)介紹

2.1整車(chē)參數(shù)

863燃料電池城市客車(chē)的第一輛原型車(chē)的外觀如圖2所示，整車(chē)的部分參數(shù)在表2中列出。第一輛原型車(chē)在車(chē)上預(yù)留了超級(jí)電容的接口和空間。結(jié)合研究條件和試驗(yàn)狀況，第一輛原型車(chē)沒(méi)有使用超級(jí)電容，仍然是FC＋B結(jié)構(gòu)。

2.2部件參數(shù)

2.2.1燃料電池

第一輛原型車(chē)采用的是氫空型燃料電池，由中科院大連化物所設(shè)計(jì)，額定功率為50kw。工作電壓大約在 220V－320V之間。

2.2.2輔助電池

第一輛原型車(chē)使用理離子電池組作為輔助電池，由深圳雷天公司提供。理離子電池組額定電壓為388.8V，由32個(gè)電池模塊組成。

2.2.3主DC/DC變化器

第一輛原型車(chē)的主DC/DC變換器采用直流斬波器結(jié)構(gòu)形式。

2.2.4電機(jī)

第一輛原型車(chē)使用的電機(jī)為三相交流異步電動(dòng)機(jī)，由株洲電力機(jī)車(chē)研究所設(shè)計(jì)，額定功率100kw，峰值功率160kw。

2.3主要設(shè)計(jì)指標(biāo)

863燃料電池城市客車(chē)第一輛原型車(chē)的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)。

3、氫能源的應(yīng)用

3.1供氫系統(tǒng)

在給儲(chǔ)氣瓶組加氫氣時(shí)，加氫站的壓縮氫氣由附近的加氣口壓人，經(jīng)客車(chē)中部的管路11、三通 9、單向閥 8和管路 7到達(dá)匯流排12，由匯流排12進(jìn)入儲(chǔ)氣瓶組1。當(dāng)燃料電池用氫氣時(shí)，壓縮氫氣由儲(chǔ)氣瓶組1經(jīng)匯流排12、電磁閥10和三通9到達(dá)管路11。管路11的氫氣再經(jīng)過(guò)壓力表3附件氣路、客車(chē)后部的濾清器4和減壓器5，到達(dá)燃料電池6。

系統(tǒng)采用的儲(chǔ)氫瓶由航天部625所提供，為技術(shù)成熟的鋁材容器，外用碳纖維加強(qiáng)，內(nèi)膽為抗氫脆的聚合物材料。第一輛原型車(chē)車(chē)載高壓氫氣儲(chǔ)存供應(yīng)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)如下：(1)工作壓力:20Mpa (2)儲(chǔ)氣量：水容積100L氣瓶9支；(3)過(guò)流安全保護(hù)裝置：當(dāng)流量在75Nm3/h時(shí)，電磁閥10不應(yīng)關(guān)斷，在流量達(dá)到100Nm/3此時(shí)，電磁閥10必須關(guān)斷。(5)減壓器：流量≥65Nm3/h；(6)濾清器：一級(jí)過(guò)濾精度為60μ，二級(jí)過(guò)濾精度為3μ。

3.2氫安全系統(tǒng)

863燃料電池城市客車(chē)攜帶有大量的易燃、易爆的高壓氫氣，車(chē)內(nèi)乘坐有大量的乘客，運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行工況復(fù)雜多變，因此整車(chē)安全設(shè)計(jì)和制定嚴(yán)格科學(xué)的安全標(biāo)準(zhǔn)是燃料電池城市客車(chē)研制過(guò)程中一項(xiàng)極其重要的任務(wù)。第一輛原型車(chē)氫安全系統(tǒng)包括氫供應(yīng)安全系統(tǒng)、整車(chē)氫安全系統(tǒng)、車(chē)庫(kù)安全系統(tǒng)和其他措施。

3.2.l氫供應(yīng)安全系統(tǒng)

整車(chē)的氫供應(yīng)系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到施工充分考慮了用氫安全。所有儲(chǔ)氫瓶、管道以及閥件均適用于氫介質(zhì)，所能承受的壓力留有足夠的安全裕量；儲(chǔ)氫瓶的安裝根據(jù)安全要求執(zhí)行，所有高壓氫氣連接管均采用無(wú)縫不銹鋼管，質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；并組管路經(jīng)過(guò)30Mpa水壓實(shí)驗(yàn)和20Mpa氣密檢查實(shí)驗(yàn)后才進(jìn)行總體安裝；總裝結(jié)束后，對(duì)整車(chē)氫供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行兩次氣密性檢查；在儲(chǔ)氫瓶的出口處設(shè)有過(guò)流保護(hù)裝置，當(dāng)管路或間件產(chǎn)生氫氣泄漏使氫氣流量超過(guò)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)需要最大流量的20％時(shí)，過(guò)流保護(hù)裝置會(huì)自動(dòng)切斷氫氣供應(yīng)；在儲(chǔ)氫瓶的總出口設(shè)計(jì)有一個(gè)電磁閥，當(dāng)整車(chē)氫報(bào)警系統(tǒng)的任意一個(gè)探頭檢測(cè)到車(chē)內(nèi)的氫濃度達(dá)到報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，將通知司機(jī)切斷供氫的電磁閥。

系統(tǒng)還配有高低壓管路的保護(hù)裝置：(1)在高壓管路部分，設(shè)置了過(guò)流安全保護(hù)裝置。若發(fā)生意外，在超過(guò)設(shè)計(jì)安全流量時(shí)，可不需借助任何外力迅速自動(dòng)切斷氣路；當(dāng)故障排除后，只需對(duì)電磁間進(jìn)行數(shù)秒鐘的通電，又可恢復(fù)正常運(yùn)行。(2)在低壓管路部分，設(shè)置了發(fā)動(dòng)機(jī)供氣安全保護(hù)裝置。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將使電磁問(wèn)自動(dòng)關(guān)閉，切斷發(fā)動(dòng)機(jī)供氣氣路，保證供氣系統(tǒng)的供氣安全。

3.2.2整車(chē)氫安全系統(tǒng)

整車(chē)氫安全電氣控制系統(tǒng)包括氫泄漏監(jiān)測(cè)及報(bào)警處理系統(tǒng)。氫泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由安裝在車(chē)頂部的儲(chǔ)氫瓶艙、乘客艙、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)艙以及發(fā)動(dòng)機(jī)水箱附近的4個(gè)催化燃燒型傳感器和安裝在車(chē)體下部的一套監(jiān)控器組成，傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)車(chē)內(nèi)的氫濃度，當(dāng)有任何一個(gè)傳感器檢測(cè)到的氫濃度超過(guò)氫爆炸下限(空氣中的氫濃度為4％體積濃度)的10％、30％和50％時(shí)，監(jiān)控器會(huì)分別發(fā)出I級(jí)、II級(jí)、III級(jí)聲光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)通知安全報(bào)警處理系統(tǒng)采取相應(yīng)的安全措施。

氫安全報(bào)警處理系統(tǒng)接收到I級(jí)報(bào)警信號(hào)時(shí)，由報(bào)警處理單元啟動(dòng)聲光報(bào)警系統(tǒng)；同時(shí)通過(guò)固態(tài)繼電器給駕駛室提供一個(gè)接地的信號(hào)，使駕駛控制系統(tǒng)的一個(gè)繼電器吸合，通過(guò)聲光報(bào)警通知司機(jī)有氫氣泄漏，司機(jī)通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)一次性關(guān)閉燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，關(guān)閉氫供應(yīng)系統(tǒng)中氫氣瓶組出口的電磁閥，并采取其他相應(yīng)的處理措施。

3.2.3車(chē)庫(kù)氫安全系統(tǒng)

車(chē)庫(kù)氫安全電氣控制系統(tǒng)主要包括氫泄漏監(jiān)測(cè)及報(bào)警處理系統(tǒng)，送、排風(fēng)設(shè)施等。車(chē)庫(kù)內(nèi)氫泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由安裝在車(chē)庫(kù)頂部的多個(gè)催化燃燒型傳感器和安裝在控制室的一套監(jiān)控器組成，傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)車(chē)庫(kù)內(nèi)的氫濃度，當(dāng)有任何一個(gè)傳感器檢測(cè)到的氫濃度超過(guò)氫爆炸下限(與車(chē)上標(biāo)準(zhǔn)相同)，監(jiān)控器會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)通知安全報(bào)警處理系統(tǒng)采取相應(yīng)的安全措施。

氫安全報(bào)警處理系統(tǒng)接收到I級(jí)報(bào)警信號(hào)時(shí)，由報(bào)警處理單元啟動(dòng)車(chē)庫(kù)外聲報(bào)警系統(tǒng)；同時(shí)自動(dòng)通過(guò)電磁閥打開(kāi)車(chē)庫(kù)上部的進(jìn)氣窗，并開(kāi)啟車(chē)庫(kù)頂部的排風(fēng)機(jī)排風(fēng)，排風(fēng)機(jī)采用防爆電機(jī)驅(qū)動(dòng)。排風(fēng)機(jī)和進(jìn)氣窗也可以通過(guò)處理系統(tǒng)控制箱上的控制按鈕手動(dòng)操作。

3.2.4其他氫安全措施

(1)防靜電設(shè)施

燃料電池城市客車(chē)車(chē)體底部有6處接地線，在加氫以及車(chē)上存有氫氣時(shí)，需將第一輛原型車(chē)車(chē)體可靠接地。

(2)防爆措施

第一輛原型車(chē)上的氫檢測(cè)傳感器均選用防爆型，氫安全處理系統(tǒng)中所用的繼電器選用防爆固態(tài)繼電器，車(chē)庫(kù)使用的燈具、排風(fēng)機(jī)電機(jī)以及氫檢測(cè)傳感器均選用防爆型；車(chē)上存有氫氣及氫安全系統(tǒng)報(bào)警時(shí)，車(chē)上和車(chē)庫(kù)內(nèi)嚴(yán)禁使用電源插座、接觸器、繼電器以及機(jī)械開(kāi)關(guān)等可以引起電弧的用電裝置，嚴(yán)禁進(jìn)行電焊、砂輪磨削等可以引起火花、電弧的操作。

(3)氫安全操作規(guī)程

根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和步驟，制定嚴(yán)格的氫安全操作規(guī)程非常必要。部分規(guī)程有：嚴(yán)禁在車(chē)庫(kù)內(nèi)對(duì)樣車(chē)進(jìn)行大規(guī)模加氫操作；發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)前進(jìn)行前管路的氣密性檢查；調(diào)試以及發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)前用氮?dú)獯祾吖苈?；調(diào)試時(shí)必須由專(zhuān)人配備便攜式氫濃度探測(cè)儀檢查氫泄漏情況；雷雨天氣禁止做氫氣系統(tǒng)調(diào)試及實(shí)驗(yàn)；任何工作人員發(fā)現(xiàn)安全問(wèn)題有權(quán)要求停止調(diào)試等。

3.3道路試驗(yàn)

目前，燃料電池城市客車(chē)正在進(jìn)行3000公里道路試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱丝疾煺?chē)性能的同時(shí)發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題。道路試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題是下一階段項(xiàng)目研究工作的重點(diǎn)，具體體現(xiàn)在三個(gè)方面：

(1)繼續(xù)深化各部件的臺(tái)架試驗(yàn)，其中尤以燃料電池為重點(diǎn)。全面掌握部件工作特性，是對(duì)汽車(chē)實(shí)現(xiàn)有效控制，進(jìn)而優(yōu)化整車(chē)控制策略，提高整車(chē)效率的基礎(chǔ)。

(2)進(jìn)一步改善零部件的可靠性。在實(shí)車(chē)運(yùn)行試驗(yàn)過(guò)程中，燃料電池、空氣壓縮機(jī)、DC/DC變換器、電子線路的接插件都不同程度出現(xiàn)了因?yàn)榭煽啃圆粔蛞鸬墓收?，這些需要由整車(chē)單位和零部件研究單位協(xié)作解決。

(3)進(jìn)一步改進(jìn)紅安全系統(tǒng)。安全系統(tǒng)是燃料電池城市客車(chē)的生命線，安全系統(tǒng)過(guò)于嚴(yán)格，將影響整車(chē)正常工作；安全系統(tǒng)工作不力，將影響整車(chē)和乘客的行車(chē)安全。目前的氫安全系統(tǒng)有過(guò)于嚴(yán)格的問(wèn)題，個(gè)別情況出現(xiàn)誤報(bào)，氫安全系統(tǒng)將在后續(xù)研究工作中不斷完善。

4、總結(jié)

清華大學(xué)汽車(chē)安全與節(jié)能?chē)?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從二十世紀(jì)九十年代初開(kāi)始從事電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的研究工作，先后研究開(kāi)發(fā)了純電動(dòng)汽車(chē)、混和動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)和燃料電池中型客車(chē)，在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域積累了比較豐富的經(jīng)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行的863燃料電池城市客車(chē)項(xiàng)目的研究周期持續(xù)到2005年，項(xiàng)目成果計(jì)劃將服務(wù)于2008年北京奧運(yùn)會(huì)。第一輛原型車(chē)的順利完成為第二階段的研究工作打下了較好的基礎(chǔ)，論文的內(nèi)容正是863燃料電池客車(chē)第一輛原型車(chē)研制過(guò)程中與氫能源應(yīng)用有關(guān)的部分成果。目前，一方面燃料電池城市客車(chē)樣車(chē)正在進(jìn)行3000公里道路實(shí)驗(yàn)，另一方面第二階段樣車(chē)的研制工作也在緊張進(jìn)行。道路試驗(yàn)要全面掌握在復(fù)雜道路條件和多種工況下燃料電池城市客車(chē)的工作特性，樣車(chē)部件的可靠性和氫安全系統(tǒng)是試驗(yàn)考察的重點(diǎn)。第二階段樣車(chē)的研制將以?xún)?yōu)化車(chē)輛參數(shù)與控制策略，提高整車(chē)能量效率為重點(diǎn)，道路試驗(yàn)的成果直接應(yīng)用于第二階段樣車(chē)的研制。對(duì)于燃料電池城市客車(chē)規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)和運(yùn)行來(lái)講，另一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)是氫燃料源供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。該問(wèn)題已經(jīng)由有關(guān)研究機(jī)構(gòu)在同步研究，清華大學(xué)汽車(chē)安全與節(jié)能?chē)?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室也參與其中。

（轉(zhuǎn)載）