原创 氢能源燃料电池车氢气泄漏检测与残氢排放监控技术探讨‌

随着全球汽车行业向更加清洁、可持续的能源转型，燃料电池汽车（FCV）作为一种具有广阔前景的技术，正逐渐受到业界的广泛关注。这类氢能源车辆通过燃料电池中的电化学反应，将氢气转化为电能，并仅产生水作为副产品，展现出显著的环境效益。然而，氢气的易燃性也为燃料电池汽车的安全带来了挑战，因此，高效的氢气泄漏检测系统和残氢排放监控技术对于确保车辆的安全性和可靠性至关重要。

‌一、氢能源车氢气泄漏检测技术‌

为了确保燃料电池汽车的安全性，氢气传感器被广泛应用于氢气泄漏检测中。这些传感器能够集成到车辆的各个关键区域，如氢气储存罐、燃料电池堆以及车辆舱内，实时监测氢气的浓度。

1. ‌集成应用‌
   • ‌氢气储存罐‌：氢气传感器能够检测储氢罐中的泄漏情况，确保氢气的安全储存。
   • ‌燃料电池堆‌：监测燃料电池堆内的氢气浓度有助于维持最佳的运行条件和安全性。
   • ‌车辆舱内‌：传感器被置于客舱内，以检测操作过程中的氢气泄漏，并在发生泄漏时及时发出警报。
2. ‌安全协议增强‌
   • ‌触发警报‌：一旦检测到泄漏，系统能够立即触发警报，提醒驾驶员并启动安全措施。
   • ‌自动关闭‌：车辆能够自动关闭燃料电池系统，防止氢气进一步泄漏，降低风险。
   • ‌数据记录‌：持续的监控允许数据的记录，这对于诊断和改进安全措施具有重要意义。

‌二、氢能车残氢排放监测技术‌

在氢能源车辆的运行过程中，残氢排放同样是一个需要重点关注的问题。氢气传感器能够监测排放的残氢浓度，确保其处于安全范围内，并优化排放控制，提高氢气的使用效率。

‌三、氢气传感器技术原理与应用‌

在氢气泄漏检测和残氢排放监控中，热导氢气传感器、催化燃烧氢气传感器以及半导体原理氢气传感器发挥着重要作用。

‌1.热导原理氢气传感器‌

‌工作原理‌：根据氢气热导率的不同来检测其浓度。

‌优点‌：高灵敏度、快速响应、测量范围广、寿命长、能够检测高浓度的残氢排放。

‌缺点‌：对高热导率气体存在交叉敏感，难以准确检测低浓度氢气，受环境的温度影响大。

‌应用实例‌：荷兰Xensor热导式气体传感器XEN-3880-P2RW，MTCS2601等。

荷兰Xensor热导式气体传感器XEN-3880-P2RW：利用物质导热系数计测量周围的热导率气体,可以用来测量气体浓度在二元混合物或准二元混合物,其中成分气体具有不同的导热系数,也可以是用于测量真空系统中的压力。传感器芯片由一一个硅框架和一个合成膜,中间是一个加热器
,用热电堆测量它的温度和芯片之间的热导率测量环境和膜的中心。

热导式氢气传感器MTCS2601具有寿命长、检测范围大、稳定性良好、成本低廉等非常多的技术优势。倘若将其应用于气体浓度检测中，可以有效的提升气体浓度检测的效率和精准度，对于相关行业的工作非常有帮助。

‌2.催化燃烧原理氢气传感器‌

‌工作原理‌：通过催化燃烧反应来检测氢气浓度。

‌优点‌：精度高、响应快速、灵敏度高、线性输出、耐久性与稳定性好、使用寿命长。

‌缺点‌：测量小量程误差大，输出会衰减。

‌应用实例‌：TGS6812-D00等。TGS6812-D00是催化燃烧式的可燃气体传感器，可以检测100%LEL水平的氢气，此传感器具有精度高，耐久性与稳定性好，快速响应、线性输出的特点，不仅可监测氢气，还可以用于检测甲烷与LP气体。这对于固定式燃料电池将氢气作为可燃气体时的泄漏检测是个非常优秀的方案。TGS6812-D00的盖帽内有吸附剂，对有机蒸汽的交叉灵敏度很低。此外，此传感器对硅化合物的耐受性更佳，更适应恶劣环境。

3.‌半导体原理氢气传感器‌

‌工作原理‌：利用半导体原理来检测空气中氢气浓度。

‌优点‌：响应快速、功耗低、体积小、成本低、应用电路简单、对氢气具有高选择性。

‌缺点‌：不是线性输出。

‌应用实例‌：TGS2616等。

半导体氢气传感器TGS2616：TGS2616是日本FIGARO研发的半导体原理传感器，响应快速、功耗低、体积小，TGS2616内含全新开发的敏感素子，受酒精等干扰气体的影响极小，而对氢气具有较高的选择性。非常适合用于检测氢气浓度变化。可以检测10-3000ppm范围的氢气浓度。

‌四、氢能源车辆氢气泄漏检测的安全需求‌

氢气泄漏带来的风险不容忽视，包括火灾隐患和公众对氢气安全性的担忧。为确保燃料电池汽车中氢气的安全使用，监管机构制定了严格的氢气储存、处理和检测标准。遵守这些标准对于燃料电池汽车的制造商和运营商来说至关重要，有助于维护安全和公众信任。

综上所述，热导、催化燃烧和半导体原理的氢气传感器在氢能源燃料电池车中各有其独特的优缺点。在选择使用哪种传感器时，需要综合考虑具体的应用场景、检测要求以及安全标准等因素。这些传感器共同构成了车辆氢气泄漏检测的安全防线，为燃料电池车的安全运行提供了有力保障。同时，随着技术的不断进步和创新，未来氢气泄漏检测和残氢排放监控技术将更加高效、可靠，为氢能源汽车的普及和发展奠定坚实基础。