氢能源汽车车发生碰撞后对氢气泄漏量的要求

摘要

文章介绍了美国联邦机动车安全标准301对汽油车碰撞事故中燃油泄漏量的规定，旨在降低火灾风险。同时，文章提及日本相关法规及美国对CNG车辆燃料泄漏量的规定。日本汽车研究所探讨了氢气泄漏量的适宜性，并与汽油、CNG进行了比较，发现氢气火焰与汽油泄漏在热通量上无显著差异。此外，美国汽车制造商联合会委托进行的研究，通过计算流体动力学建模，分析了氢动力车辆碰撞后的氢气扩散和泄漏情况，确定了多种故障模式，并探讨了多种因素对氢气浓度的影响。

正文

在美国，联邦机动车安全标准301（FMVSS301）对汽油车辆在碰撞事故中允许的燃油泄漏量作出了明确规定。这一标准旨在确保车辆在发生碰撞事故时，燃油泄漏量控制在安全范围内，从而降低火灾风险，保护事故现场的人员和环境安全（数据来源：Analysis of Published Hydrogen Vehicle Safety Research）。

  根据FMVSS301标准，汽油车辆在碰撞事故中允许的燃油泄漏量有一定的限制。具体来说，在碰撞发生后前5分钟内，燃油泄漏量大致为28克/分钟，且泄漏速率稍高。这样的规定意味着，在事故发生后，车辆的燃油系统必须能够在短时间内控制泄漏，避免燃油大量泄漏导致火灾事故。

日本的相关规定可参见《道路运输车辆法》附录10（41 NL/min；30  g/min）。此外，FMVSS303对CNG车辆的允许燃料泄漏量作出规定，应等同于产生热量相当于汽油发动机的泄漏量（40  NL/min；28.6  g/min）。

日本汽车研究所（JARI）的研究人员对指定碰撞时允许的氢气泄漏量的适宜性进行了探讨，采用了与FMVSS303相一致的方法（即基于泄漏量产生的热量相当于汽油车的泄漏量）。该项研究涵盖了不同类型燃料（汽油、CNG和氢气）的燃烧试验，以七种不同流速下的火焰温度、火焰尺寸和热通量等参数进行比较。

• 汽油：流量= 41升/分钟（30克/分钟）

• 甲烷：流量= 40升/分钟（28.6克/分钟）

• 氢气：流量= 131升/分钟（11.8克/分钟）

各项测试表明，上升氢气和甲烷火焰在尖端附近的火焰长度和温度基本一致，在确保安全距离方面二者之间并无显著差别。同时，研究证实，氢气火焰与液体易燃物质混合燃烧所释放的辐射热通量几乎等同于汽油泄漏。因此，各类燃料之间在此方面并无显著差异。据此，JARI认为，以其他类型燃料泄漏量作为参考，确定允许的氢气泄漏量是恰当的。

此外，美国汽车制造商联合会（USCAR）的碰撞安全工作组（CSWG）委托ANSYS-Fluent  India进行计算流体动力学（CFD）建模，以研究碰撞后氢动力车辆（70兆帕储氢）的安全性。该研究的核心关注点为氢气扩散以及在不同故障情况下碰撞车辆周围氢气泄漏的影响。此外，研究还旨在推测碰撞后所有燃料系统组件的故障模式（假设燃料箱保持完好）。CFD建模考虑了三种碰撞条件：

1）一般碰撞情况，碰撞速度足以造成特定组件损坏，但车辆动力系统的响应不会影响燃料系统完整性；

2）超过30英里/小时的碰撞，系统电源保持开启；

3）低于30英里/小时的碰撞，系统电源保持开启。

分析共确定了40种故障模式，其中六种被确定为最具代表性的关键碰撞后泄漏情景：

压力释放装置（PRD）剪切；

储罐内电磁阀失效导致出口管道切断；

储罐内调压器失效导致出口管道切断；

储罐内调压器失效以及100兆帕压力释放阀（PRV）关闭导致管道破裂；

第二级调压器失效以及12兆帕PRV失效；

低压燃料管道切断。

研究展示了大量建模结果，分析了风、风速、质量流速、射流方向、打开后车窗、储罐方向对车辆附近氢气浓度、进入车辆机舱、进入行李箱、从破裂管道喷射以及车 库内氢气浓度的影响。