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燃料電池汽車車載氫系統(tǒng)測試標準

嘉峪檢測網(wǎng)        2020-10-13 09:45

燃料電池汽車(FCV)作為新能源汽車中最具發(fā)展前景的方向之一,近些年受到國內(nèi)外的廣泛關注。其中,氫氣的攜帶方式是影響FCV商業(yè)化的關鍵問題之一。經(jīng)過對多種氫能源載體的比較和考核后,大部分企業(yè)最終采取了高壓氣瓶儲氫的方式。我國關于車載氫系統(tǒng)已經(jīng)有部分標準,但是隨著儲氫技術的不斷發(fā)展,現(xiàn)行標準中很多地方已經(jīng)不再適合FCV的發(fā)展。

 

1、國內(nèi)外現(xiàn)行標準對比

 

車載氫系統(tǒng)主要由高壓氫瓶、管閥件和加氫口等零部件組成。目前國際上已有多項關于車載氫系統(tǒng)的標準法規(guī)。我國自2009年就發(fā)布了多項FCV車載氫系統(tǒng)相關標準,比SAE、GTR要更早、更多且種類也較為齊全。

 

2019年,歐盟新的汽車安全框架性技術法規(guī)中,在氫能系統(tǒng)這一項目的技術法規(guī)上引用了中國的國家標準GB/T24549—2009,這意味著相關產(chǎn)品在氫能和燃料電池項目上,只要滿足中國的該標準,該產(chǎn)品的該項目即可獲得歐盟的型式批準。這是中國汽車標準首次寫入以歐美為代表的國際主流汽車技術法規(guī)中,在歐盟的汽車型式批準體制中成為與歐、美、日法規(guī)完全對等的標準法規(guī)。

 

1.1 氫安全方面

 

車載氫系統(tǒng)的安全方面,我國主要依據(jù)GB/T24549—2009、GB/T26990—2011和GB/T29126—20123個標準進行認證。GB/T24549—2009主要對氫系統(tǒng)部件的安裝及防護、燃料加注、氫氣壓力保護等方面提出了要求。而GB/T26990—2011和GB/T29126—2012兩個標準則規(guī)定了管路設計、氫氣泄漏量檢測、壓力釋放等方面的要求。

 

國際上主要依據(jù)ISO23273—2013、SAEJ2579—2013等標準對氫系統(tǒng)進行檢測,其中ISO23273—2013規(guī)定了燃料電池汽車的基本要求,主要是保護車輛內(nèi)外的人員免受與氫有關的危害;而SAEJ2579—2013則較全面地規(guī)定了從燃料層級到整車層級的安全要求,如壓力/溫度要求、燃料質(zhì)量檢測、氫系統(tǒng)振動/翻轉試驗、材料的氫氣相容性等。

 

1.2 加氫口方面

 

加氫口是氫系統(tǒng)中的重要一環(huán),我國在GB/T26779—2011等4個標準中均對加氫口提出了測試要求。GB/T26779—2011是我國目前針對加氫口的最主要的檢測標準,它分別對加氫口的氣密性、耐久性、環(huán)境適應性和相容性等方面作出了規(guī)定,基本涵蓋了加氫口主要性能指標的檢測。國外目前還沒有單獨針對加氫口制定測試標準,而在SAEJ2578—2014和SAEJ2579—2013中只對燃料加注和泄放等提出了要求。

 

1.3高壓氫瓶方面

 

高壓氫瓶是車載氫系統(tǒng)中的核心部分,目前我國使用的主流產(chǎn)品為Ⅲ型瓶(壓力35MPa)。相比于國外大量采用的Ⅳ型瓶(壓力70MPa),Ⅲ型瓶的儲氫質(zhì)量密度較低,但是安全性更高。

 

GB/T35544—2017是我國進行氫瓶產(chǎn)品認證的主要標準,包括拉伸試驗、氣密性試驗、水壓試驗和火燒試驗等。全球技術法規(guī)GTR13和聯(lián)合國法規(guī)UNR134也對氣瓶提出了多項測試及要求。GTR13中除了氣瓶外還對整車氫安全提出了要求,包括車內(nèi)的氫氣傳感器的測評、車內(nèi)的氫氣濃度的測評等。UNR134主要內(nèi)容跟GTR13基本一致,但沒有GTR13的內(nèi)容多,主要差別在UNR134沒有包括對電動力總成的電安全、碰撞后的燃料系統(tǒng)完整性、FCV液氫儲存系統(tǒng)功能安全和環(huán)境適應性等方面的測試。

 

2、我國未來標準展望

 

我國針對車載氫系統(tǒng)測評的相關標準正在積極修訂中,針對未來氫系統(tǒng)標準的修訂提出以下幾點建議。

 

2.1儲氫壓力升高

 

我國主要的兩個氫系統(tǒng)檢測標準GB/T26990—2011和GB/T29126—2012均明確規(guī)定了適用于35MPa氫系統(tǒng)。但隨著制造技術進步,氫瓶、加氫口及所附閥件目前均可達到70MPa等級。采用70MPa氫系統(tǒng),可以明顯提升燃料電池汽車的續(xù)駛里程,符合技術進步要求,有助于燃料電池汽車的推廣應用。

 

目前上汽、一汽、廣汽等車企均已具備70MPa氫系統(tǒng)裝車能力。GB/T26990—2011和GB/T29126—2012第1號修改單已于2019年12月通過標委會的技術審查,修訂GB/T24549—2009時,整車和氫系統(tǒng)部分內(nèi)容將分開,并將氫系統(tǒng)部分并入新的氫系統(tǒng)標準中。修改后兩項標準將可作為70MPa車載氫系統(tǒng)的測試依據(jù)。

 

2.2去除設計限制

 

GB/T26990—2011和GB/T29126—2012兩個標準制定時,我國正處在燃料電池汽車起步階段,標準中很多條目在設計起時到了參考作用,如規(guī)定了儲氫容器附件的安裝位置距離車輛邊緣距離、管路安裝間隔、泄漏量與警告信號的級別、供氫管路彎曲規(guī)定曲率半徑等。但是,標準中過多的限制也局限了燃料電池汽車的設計空間,不利于企業(yè)在設計上不斷創(chuàng)新。因此,未來檢測標準在保證安全的前提下,應盡可能減少設計限制,從而促進技術發(fā)展的多樣性。

 

2.3環(huán)境適應性檢測

 

FCV測評體系中,針對燃料電池堆及燃料電池發(fā)動機均已有標準規(guī)定了環(huán)境適應性的檢測內(nèi)容。而現(xiàn)行氫系統(tǒng)標準中,只對氫系統(tǒng)的靜推力和動態(tài)沖擊提出了要求,其振動、翻轉、高低溫存儲及溫度沖擊等測試均未提及。

 

在車輛實際運行中,氫系統(tǒng)作為存儲能量的部件,其環(huán)境適應能力尤為重要。且對比燃料電池其他部件可知,未來標準增加氫系統(tǒng)的環(huán)境適應性檢測是十分必要的,其檢測方法可參考動力電池、燃料電池堆或燃料電池發(fā)動機相關標準。

 

2.4其他儲氫方式

 

目前我國對于車載氫系統(tǒng)的標準主要都是針對高壓氣態(tài)儲氫方式提出的,這是符合我國主流儲氫方式的。但不可否認的是,低溫液態(tài)儲氫和金屬氫化物儲氫等方式已經(jīng)取得了一定進展。寶馬已經(jīng)成功設計出了低溫液體儲氫概念車,豐田和現(xiàn)代也已經(jīng)推出了金屬氫化物儲氫系統(tǒng)。未來的氫系統(tǒng)標準制定中,多種多樣的儲氫模式都應有相應的測試方法,以滿足技術進步的需要。

 

3、結束語

本文介紹了我國主要的車載氫系統(tǒng)測試標準,對比分析了國內(nèi)外現(xiàn)行標準的差異及現(xiàn)階段標準中的不足,提出了我國未來車載氫系統(tǒng)標準中對儲氫壓力、設計限制、環(huán)境適應性和其他儲氫方式應作出調(diào)整的建議。

 

燃料電池汽車車載氫系統(tǒng)測試標準

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來源:客車技術與研究

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