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氫燃料電池汽車是一種將車載氫燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的電力作為動力的汽車，是電動汽車的一種。鑒于氫氣易燃易爆的特性及整車的電耦合環(huán)境，氫燃料電池相較于傳統(tǒng)汽車，更多涉及氫安全和電安全問題。同時作為交通運(yùn)輸工具，還需要考慮整車安全問題。本書從氫燃料電池汽車安全設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，詳細(xì)闡述了氫燃料電池汽車主要組成系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)要求以及原理，具體內(nèi)容涉及氫燃料電池汽車的基本概念、氫燃料電池汽車的氫電安全問題、氫燃料電池汽車總體安全設(shè)計(jì)、氫燃料電池汽車車載氫系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)、氫燃料電池汽車燃料電池系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)、氫燃料電池汽車燃料電池堆安全設(shè)計(jì)、氫燃料電池汽車高壓電安全設(shè)計(jì)、氫燃料電池汽車行駛系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)以及氫燃料電池汽車制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
本書適用于新能源汽車尤其是燃料電池汽車的研發(fā)人員、管理人員，以及相關(guān)專業(yè)的老師和學(xué)生閱讀參考。

氫能作為來源多樣、應(yīng)用高效、清潔環(huán)保的二次能源，廣泛應(yīng)用于交通、儲能、工業(yè)和發(fā)電領(lǐng)域。氫能的開發(fā)利用已成為世界新一輪能源技術(shù)變革的重要方向，也是全球?qū)崿F(xiàn)凈零排放的重要路徑。伴隨我國雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)的提出，氫能因具有保障能源安全、助力深度脫碳等特點(diǎn)，成為我國能源結(jié)構(gòu)低碳轉(zhuǎn)型、構(gòu)建綠色產(chǎn)業(yè)體系的重要支撐，產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向確定且堅(jiān)定。
當(dāng)前，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，已經(jīng)從基礎(chǔ)研發(fā)發(fā)展到批量化生產(chǎn)制造、全面產(chǎn)業(yè)化階段。面對即將到來的氫能規(guī)模化應(yīng)用和商業(yè)化進(jìn)程，具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和工程化實(shí)踐能力的復(fù)合型人才將成為推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵力量。氫能人才培養(yǎng)是一個系統(tǒng)化工程，需要有好的人才政策、產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景作為支撐，更需要有產(chǎn)業(yè)推動平臺、科研院所以及眾多企業(yè)的創(chuàng)新集聚，共同打造產(chǎn)學(xué)研協(xié)作融合的良好生態(tài)。
2021年7月，印發(fā)《高等學(xué)校碳中和科技創(chuàng)新行動計(jì)劃》，明確推進(jìn)碳中和未來技術(shù)學(xué)院和示范性能源學(xué)院建設(shè)，鼓勵高校開設(shè)碳中和通識課程。2022年10月，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)新時代高技能人才隊(duì)伍建設(shè)的意見》，明確提出：技能人才是支撐中國制造、中國創(chuàng)造的重要力量。加強(qiáng)高級工以上的高技能人才隊(duì)伍建設(shè)，對鞏固和發(fā)展工人階級先進(jìn)性，增強(qiáng)國家核心競爭力和科技創(chuàng)新能力，緩解就業(yè)結(jié)構(gòu)性矛盾，推動高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。為貫徹落實(shí)黨中央、國務(wù)院決策部署，加強(qiáng)新時代高技能人才隊(duì)伍建設(shè)，同時結(jié)合目前氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展對人才的要求，中國電動汽車百人會氫能中心聯(lián)合上海燃料電池汽車商業(yè)化促進(jìn)中心、佛山環(huán)境與能源研究院、上海氫能利用工程技術(shù)研究中心、上海智能新能源汽車科創(chuàng)平臺、山東氫谷新能源技術(shù)研究院等單位共同編制了氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)應(yīng)用人才培養(yǎng)叢書。
本系列叢書包括《氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)概論》《制氫技術(shù)與工藝》《氫氣儲存和運(yùn)輸》《加氫站技術(shù)規(guī)范與安全管理》《氫燃料電池汽車及關(guān)鍵部件》《氫燃料電池汽車安全設(shè)計(jì)》《氫燃料電池汽車檢測與維修技術(shù)》，叢書內(nèi)容覆蓋了氫能與燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈完整的知識體系，同時力圖與工程化實(shí)踐做好銜接，立足應(yīng)用導(dǎo)向，重點(diǎn)推進(jìn)氫能技術(shù)研發(fā)的實(shí)踐設(shè)計(jì)和活動教學(xué)，增進(jìn)教育鏈、人才鏈與產(chǎn)業(yè)鏈的深度融合，可以讓學(xué)生或在職人員通過學(xué)習(xí)培訓(xùn)，全面了解氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢、技術(shù)原理、工程化進(jìn)程及應(yīng)用解決方案，具備在氫氣制取、儲運(yùn)、加氫站運(yùn)營、氫燃料電池汽車檢測與維修等領(lǐng)域工作所需的基礎(chǔ)知識與實(shí)操技能。
《氫燃料電池汽車安全設(shè)計(jì)》這本書主要從安全設(shè)計(jì)的角度，講述氫燃料電池汽車主要組成系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)要求和原理，全書共9章。第1章主要介紹氫燃料電池汽車的組成和原理；第2章主要介紹氫燃料電池汽車的氫電安全問題；第3章主要介紹氫燃料電池汽車總體安全設(shè)計(jì)要求與測評技術(shù)；第4章主要介紹氫燃料電池汽車車載氫系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)；第5章主要介紹氫燃料電池汽車燃料電池系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)；第6章主要介紹氫燃料電池汽車燃料電池堆安全設(shè)計(jì)；第7章主要介紹氫燃料電池汽車高壓電安全設(shè)計(jì)；第8章主要介紹氫燃料電池汽車行駛系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)；第9章主要介紹氫燃料電池汽車制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)，全書由同濟(jì)大學(xué)聯(lián)合宇通客車股份有限公司等單位編寫，由戴海峰教授統(tǒng)稿。
前言叢書編寫委員會雖力求覆蓋完整產(chǎn)業(yè)鏈的相關(guān)要點(diǎn)，但新技術(shù)發(fā)展迅速，編寫過程中仍有許多不足，歡迎廣大讀者提出寶貴的意見和建議，以不斷校正與完善圖書內(nèi)容，培養(yǎng)出產(chǎn)業(yè)亟需的高技能人才。在此特別感謝各有關(guān)合作單位的鼎力支持及辛勤付出。
希冀本套叢書能夠?yàn)闅淠墚a(chǎn)業(yè)專業(yè)人才提供幫助，為氫能產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)提供支撐，為氫能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)微薄之力。
張真
氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)應(yīng)用人才培養(yǎng)叢書編寫委員會主任
中國電動汽車百人會氫能中心主任山東氫谷新能源技術(shù)研究院院長

叢書序
前言
第1章氫燃料電池汽車1
1.1氫燃料電池汽車的定義1
1.2氫燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)和原理2
1.3氫燃料電池汽車的主要系統(tǒng)及關(guān)鍵零部件6
本章小結(jié)10
思考題10
第2章氫燃料電池汽車的氫電安全問題11
2.1氫安全問題11
2.1.1氫燃料的性質(zhì)、種類11
2.1.2氫燃料電池汽車的氫安全14
2.2電安全問題16
2.2.1氫燃料電池汽車主要高壓部件17
2.2.2氫燃料電池汽車高壓電安全18
本章小結(jié)19
思考題20
第3章氫燃料電池汽車總體安全設(shè)計(jì)21
3.1氫燃料電池汽車氫電安全設(shè)計(jì)準(zhǔn)則21
3.1.1一般設(shè)計(jì)準(zhǔn)則21
3.1.2車載氫系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則22
3.1.3車載電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則22
3.2氫燃料電池汽車總體布置23
3.2.1氫燃料電池汽車總布置思路23
3.2.2設(shè)計(jì)原則和要求23
3.2.3氫燃料電池汽車布置23
3.2.4燃料電池總成的布置設(shè)計(jì)27
3.2.5空氣供給系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)27
3.2.6氫氣供給系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)28
3.2.7熱管理系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)30
3.3氫燃料電池汽車車架的選擇30
3.4氫燃料電池汽車主要參數(shù)的選擇31
3.4.1氫燃料電池汽車構(gòu)型設(shè)計(jì)流程31
3.4.2氫燃料電池汽車構(gòu)型方案選擇33
3.4.3氫燃料電池汽車動力系統(tǒng)構(gòu)型方案選擇33
3.5氫燃料電池汽車通用安全設(shè)計(jì)35
3.5.1失效預(yù)警及失效安全設(shè)計(jì)35
3.5.2整車電磁兼容（EMC）及電氣可靠性設(shè)計(jì)36
3.5.3碰撞氫、電安全設(shè)計(jì)41
3.5.4整車氫氣排放和泄漏安全設(shè)計(jì)46
本章小結(jié)47
思考題48
第4章氫燃料電池汽車車載氫系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)49
4.1加氫系統(tǒng)51
4.2供氫系統(tǒng)52
4.3儲氫系統(tǒng)53
4.4氫燃料電池汽車車載氫系統(tǒng)安全要求58
4.4.1材料選擇58
4.4.2電氣系統(tǒng)59
4.4.3安裝及布置59
4.5車載氫系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)63
4.5.1功能要求63
4.5.2安全要求64
4.5.3啟動與關(guān)閉66
4.6車載氫系統(tǒng)的測試評價技術(shù)67
4.6.1供氫系統(tǒng)管路氣密性測試68
4.6.2啟動與關(guān)斷功能測試68
4.6.3安全相關(guān)測評68
4.6.4振動與沖擊測評69
本章小結(jié)70
思考題70
第5章氫燃料電池汽車燃料電池系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)71
5.1氫燃料電池系統(tǒng)關(guān)鍵零部件及安全因素71
5.1.1控制系統(tǒng)及保護(hù)部件71
5.1.2輔助系統(tǒng)核心部件73
5.1.3外殼、管路及連接件76
5.1.4導(dǎo)線及接地78
5.2氫燃料電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)及安全因素79
5.2.1熱管理子系統(tǒng)及熱安全設(shè)計(jì)79
5.2.2氫氣子系統(tǒng)81
5.2.3空氣子系統(tǒng)82
5.2.4廢氣和廢水的排放83
5.3氫燃料電池系統(tǒng)的測試技術(shù)84
本章小結(jié)89
思考題90
第6章氫燃料電池汽車燃料電池堆安全設(shè)計(jì)91
6.1燃料電池堆關(guān)鍵材料和部件91
6.1.1質(zhì)子交換膜92
6.1.2膜電極93
6.1.3氣體擴(kuò)散層94
6.1.4極板95
6.1.5端板96
6.2燃料電池堆安全設(shè)計(jì)97
6.2.1散熱設(shè)計(jì)97
6.2.2絕緣設(shè)計(jì)100
6.2.3密封設(shè)計(jì)101
6.2.4其他零部件設(shè)計(jì)104
6.3燃料電池堆的測試技術(shù)104
本章小結(jié)111
思考題111
第7章氫燃料電池汽車高壓電安全設(shè)計(jì)112
7.1氫燃料電池汽車高壓電安全設(shè)計(jì)要素分析112
7.1.1人員防護(hù)總則112
7.1.2過電流及短路保護(hù)設(shè)計(jì)118
7.1.3過電壓及欠電壓防護(hù)121
7.1.4預(yù)充電保護(hù)122
7.1.5下電殘余電量釋放123
7.2燃料電池堆安全設(shè)計(jì)124
7.2.1高壓電安全設(shè)計(jì)的一般指標(biāo)124
7.2.2整車高壓系統(tǒng)架構(gòu)及安全指標(biāo)分解125
7.2.3燃料電池絕緣電阻及防護(hù)127
7.2.4動力電池絕緣設(shè)計(jì)及防護(hù)131
7.2.5其他高壓安全設(shè)計(jì)及防護(hù)措施132
本章小結(jié)141
思考題142
第8章氫燃料電池汽車行駛系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)143
8.1驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)143
8.1.1整車高壓平臺的確定144
8.1.2氫燃料電池參數(shù)設(shè)計(jì)144
8.1.3輔助能源參數(shù)設(shè)計(jì)144
8.1.4儲氫系統(tǒng)參數(shù)145
8.2傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)146
8.2.1驅(qū)動電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)146
8.2.2變速器和主減速器參數(shù)設(shè)計(jì)147
8.3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)148
8.3.1電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成和工作原理148
8.3.2電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)匹配設(shè)計(jì)150
8.3.3電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì)152
本章小結(jié)154
思考題154
第9章氫燃料電池汽車制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)155
9.1制動器的結(jié)構(gòu)方案分析155
9.2制動器主要參數(shù)的確定158
9.3制動器的設(shè)計(jì)與計(jì)算163
9.4制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算170
9.5制動器的主要結(jié)構(gòu)元件176
本章小結(jié)178
思考題178
附錄常用縮寫詞179
參考文獻(xiàn)181

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