氢燃料电池汽车安全设计

　　氢燃料电池汽车是一种将车载氢燃料电池系统产生的电力作为动力的汽车，是电动汽车的一种。鉴于氢气易燃易爆的特性及整车的电耦合环境，氢燃料电池相较于传统汽车，更多涉及氢安全和电安全问题。同时作为交通运输工具，还需要考虑整车安全问题。本书从氢燃料电池汽车安全设计的角度出发，详细阐述了氢燃料电池汽车主要组成系统的安全设计要求以及原理，具体内容涉及氢燃料电池汽车的基本概念、氢燃料电池汽车的氢电安全问题、氢燃料电池汽车总体安全设计、氢燃料电池汽车车载氢系统安全设计、氢燃料电池汽车燃料电池系统安全设计、氢燃料电池汽车燃料电池堆安全设计、氢燃料电池汽车高压电安全设计、氢燃料电池汽车行驶系统安全设计以及氢燃料电池汽车制动系统设计。本书适用于新能源汽车尤其是燃料电池汽车的研发人员、管理人员，以及相关专业的老师和学生阅读参考。

　　戴海峰，同济大学教授、博导。目前是IEEE高级会员， SAE NEV技术委员会委员，中国汽标委电动车辆分标委委员，IEEE PES动力电池分会常务理事。担任中国动力电池产业创新联盟燃料电池分会团体标准专家组副组长，中国动力电池工业协会氢能与燃料电池分会专家委员会副主任，IEEE P2386标准工作组成员，以及Renewable & Sustainable Energy Reviews、Energies等期刊编委等学术兼职。长期从事新能源汽车动力电池、燃料电池等相关领域研究，先后主持国家自然科学基金3项（含重点项目1项）、国家重点研发计划课题2项，建立校级校企联合实验室1个，主持省部级、校企合作项目等20余项，作为技术骨干参与科技部与基金委项目3项。在新能源汽车动力电池及燃料电池领域，发表SCI论文50余篇，出版专著2部，申请并获授权国内专利20余项，申请PCT国际专利1项，4项专利获转让。

丛书序
前言
第1章氢燃料电池汽车1
1.1氢燃料电池汽车的定义1
1.2氢燃料电池汽车的结构和原理2
1.3氢燃料电池汽车的主要系统及关键零部件6
本章小结10
思考题10
第2章氢燃料电池汽车的氢电安全问题11
2.1氢安全问题11
2.1.1氢燃料的性质、种类11
2.1.2氢燃料电池汽车的氢安全14
2.2电安全问题16
2.2.1氢燃料电池汽车主要高压部件17
2.2.2氢燃料电池汽车高压电安全18
本章小结19
思考题20
第3章氢燃料电池汽车总体安全设计21
3.1氢燃料电池汽车氢电安全设计准则21
3.1.1一般设计准则21
3.1.2车载氢系统设计准则22
3.1.3车载电气系统设计准则22
3.2氢燃料电池汽车总体布置23
3.2.1氢燃料电池汽车总布置思路23
3.2.2设计原则和要求23
3.2.3氢燃料电池汽车布置23
3.2.4燃料电池总成的布置设计27
3.2.5空气供给系统布置设计27
3.2.6氢气供给系统布置设计28
3.2.7热管理系统布置设计30
3.3氢燃料电池汽车车架的选择30
3.4氢燃料电池汽车主要参数的选择31
3.4.1氢燃料电池汽车构型设计流程31
3.4.2氢燃料电池汽车构型方案选择33
3.4.3氢燃料电池汽车动力系统构型方案选择33
3.5氢燃料电池汽车通用安全设计35
3.5.1失效预警及失效安全设计35
3.5.2整车电磁兼容（EMC）及电气可靠性设计36
3.5.3碰撞氢、电安全设计41
3.5.4整车氢气排放和泄漏安全设计46
本章小结47
思考题48
第4章氢燃料电池汽车车载氢系统安全设计49
4.1加氢系统51
4.2供氢系统52
4.3储氢系统53
4.4氢燃料电池汽车车载氢系统安全要求58
4.4.1材料选择58
4.4.2电气系统59
4.4.3安装及布置59
4.5车载氢系统安全设计63
4.5.1功能要求63
4.5.2安全要求64
4.5.3启动与关闭66
4.6车载氢系统的测试评价技术67
4.6.1供氢系统管路气密性测试68
4.6.2启动与关断功能测试68
4.6.3安全相关测评68
4.6.4振动与冲击测评69
本章小结70
思考题70
第5章氢燃料电池汽车燃料电池系统安全设计71
5.1氢燃料电池系统关键零部件及安全因素71
5.1.1控制系统及保护部件71
5.1.2辅助系统核心部件73
5.1.3外壳、管路及连接件76
5.1.4导线及接地78
5.2氢燃料电池系统设计及安全因素79
5.2.1热管理子系统及热安全设计79
5.2.2氢气子系统81
5.2.3空气子系统82
5.2.4废气和废水的排放83
5.3氢燃料电池系统的测试技术84
本章小结89
思考题90
第6章氢燃料电池汽车燃料电池堆安全设计91
6.1燃料电池堆关键材料和部件91
6.1.1质子交换膜92
6.1.2膜电极93
6.1.3气体扩散层94
6.1.4极板95
6.1.5端板96
6.2燃料电池堆安全设计97
6.2.1散热设计97
6.2.2绝缘设计100
6.2.3密封设计101
6.2.4其他零部件设计104
6.3燃料电池堆的测试技术104
本章小结111
思考题111
第7章氢燃料电池汽车高压电安全设计112
7.1氢燃料电池汽车高压电安全设计要素分析112
7.1.1人员防护总则112
7.1.2过电流及短路保护设计118
7.1.3过电压及欠电压防护121
7.1.4预充电保护122
7.1.5下电残余电量释放123
7.2燃料电池堆安全设计124
7.2.1高压电安全设计的一般指标124
7.2.2整车高压系统架构及安全指标分解125
7.2.3燃料电池绝缘电阻及防护127
7.2.4动力电池绝缘设计及防护131
7.2.5其他高压安全设计及防护措施132
本章小结141
思考题142
第8章氢燃料电池汽车行驶系统安全设计143
8.1驱动系统设计143
8.1.1整车高压平台的确定144
8.1.2氢燃料电池参数设计144
8.1.3辅助能源参数设计144
8.1.4储氢系统参数145
8.2传动系统设计146
8.2.1驱动电机参数设计146
8.2.2变速器和主减速器参数设计147
8.3转向系统设计148
8.3.1电动助力转向系统组成和工作原理148
8.3.2电动助力转向系统结构匹配设计150
8.3.3电动助力转向系统参数匹配设计152
本章小结154
思考题154
第9章氢燃料电池汽车制动系统设计155
9.1制动器的结构方案分析155
9.2制动器主要参数的确定158
9.3制动器的设计与计算163
9.4制动驱动机构的设计与计算170
9.5制动器的主要结构元件176
本章小结178
思考题178
附录常用缩写词179
参考文献181