1 导读
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本文在介绍燃料电池氢系统构型和氢安全相关标准的基础上，探讨了燃料电池氢系统在各使用环节的氢安全控制策略，并在此基础上进行了总结与展望。
2 氢特性及燃料电池氢系统概述
2.1 氢特性
在常温常压下，氢气是一种无无味无毒的气体。从氢安全的角度考虑，其具有以下五大特点：(1)易燃性：氢气是一种极易燃的气体，燃点只有574℃，同时氢气和空气混合时可燃范围非常广，使得氢气很容易快速点燃，又由于氢气密度低，因此氢气燃烧后火焰上升也很快； (2)爆炸性：氢气爆炸极限的体积分数在4～75%之间，相比甲烷的5～15%，其爆炸极限体积分数的范围很宽，为了避免爆炸，需将氢气浓度控制在 4% 以下，通常的做法是使用氢浓度传感器实时监控，并在必要的时候使用风扇排风降低浓度；
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(3)泄露性：氢在元素周期表中排在第一位，氢分子直径小质量轻，与其他气体或液体燃料相比就更容易从缝隙或孔隙中泄露；
(4)扩散性：与其他气体或液体燃料相比，氢气在空间上能够以很快的速度上升，同时进行快速的横向移动扩散，因此当氢气泄漏时，氢气将沿着多个方向迅速扩散，并伴随着氢气浓度下降；
(5)氢脆：氢气与金属材料长期接触或进行特定工艺过程时，金属材料发生了氢渗透或者吸氢现象，并使材料的机械性能发生了严重退化，进而发生脆断。
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2.2 车载燃料电池氢系统
氢系统是燃料电池汽车上动力系统的重要组成之一，其主要功能是为燃料电池系统供给反应所需的氢气，典型的氢系统示意图如图1所示。
氢系统的部件主要包括加氢口、氢气过滤器、单向阀、减压阀、电磁阀、排空口、限流阀、安全阀、
针阀、温度传感器、压力传感器和氢系统控制器等。
手机应急充电器图1 燃料电池氢系统示意图
在氢气安全系统中，氢气使用安全分为两类，即被动安全系统和主动安全系统。
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被动安全系统包括的部件为排空口和氢瓶及氢管路上的安全阀，其部件特征为无需电气控制的机械部件，例如当管道内氢气压力过高时，安全阀会打开，过压的氢气就可以通过氢管路从排空口排到空气中。
主动安全系统是可通过电气控制的系统，其以氢系统控制器为核心，以氢系统各传感器、整车的部分传感器和其他控制器发送的信号等作为信息读取来源，以可控的电磁阀作为执行部件，当各传感器监控的状态出现异常时，能够主动控制阀门动作，关闭供氢系统，进而保证车辆和人员的安全。
3 燃料电池氢安全法规
燃料电池汽车的氢安全总是让人们充满担忧，美国能源部在氢安全的规范中也提到了保证安全是推进氢燃料电池汽车商业化的基础，为了确保燃料电池汽车的安全性达到传统汽车的水平，需要制定严格的法规和标准，进而在法律层面得到强制安全保证。提到氢燃料电池汽车的安全，人们最关心的就是氢泄露和氢排放等氢气使用相关的问题。无论是国际上还是国内与燃料电池汽车相关的标准中，都提到了氢安全性的问题。国际上与氢燃料电池相关的比较有代表性的标准为以下三项：国际标准化组织发布的与氢安全防护相关的ISO 23273:2013、全球统一汽车技术法规发布的GTR 13和SAE International发布的SAEJ2578。
3.1 ISO 23273:2013标准
该国际标准规定了燃料电池汽车车内外的氢安全防护和对人体防护方面的很多要求。该标准适用的范围是用压缩氢气作为燃料电池动力系统燃料的燃料电池汽车，该标准关注的侧重点是车辆在正常操作时的情况和车辆单点故障时的情况，同时对具体的要求只做了概述性的规定。例如该标准指出：在预
设的区域内，比如无机械通风的车库、靠机械通风的建筑物或室外等场所，都必须满足车内外的正常排放均为不可燃的法规要求。
3.2 GTR 13法规
该法规是燃料电池安全的基础性法规，其适用于标称工作压力不超过70 MPa且最大加注压力为1.25倍标称工作压力的氢系统，同时要求该氢系统必须是稳固地连接在汽车上的。该法规规定了正常使用情况和碰撞等特殊情况下，氢气的泄露、排放和报警故障的要求，规定了系统的完整性以及具体测试方法。该法规明确规定了氢泄压系统、排气系统的具体要求，例如其规定：车辆尾排系统的氢气浓度，平均体积浓度任何时刻不允许超过8%，在连续测量的3s时间内，浓度不允许超过4%。此外，该法规还规定了故障、氢泄漏和信号报警灯等多种情况下的具体要求。
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3.3 SAE J2578标准
该标准不仅规定了燃料电池汽车的安全准则和方法，也规定了相关子系统的安全准则，提出了氢燃
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