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燃料电池汽车车载氢系统测试标准

燃料电池汽车(FCV)作为新能源汽车中最具发展前景的方向之一,近些年受到国内外的广泛关注。其中,氢气的携带方式是影响FCV商业化的关键问题之一。经过对多种氢能源载体的比较和考核后,大部分企业最终采取了高压气瓶储氢的方式。我国关于车载氢系统已经有部分标准,但是随着储氢技术的不断发展,现行标准中很多地方已经不再适合FCV的发展。

1、国内外现行标准对比

车载氢系统主要由高压氢瓶、管阀件和加氢口等零部件组成。目前国际上已有多项关于车载氢系统的标准法规。我国自2009年就发布了多项FCV车载氢系统相关标准,比SAEGTR要更早、更多且种类也较为齐全。

2019年,欧盟新的汽车安全框架性技术法规中,在氢能系统这一项目的技术法规上引用了中国的国家标准GB/T245492009,这意味着相关产品在氢能和燃料电池项目上,只要满足中国的该标准,该产品的该项目即可获得欧盟的型式批准。这是中国汽车标准首次写入以欧美为代表的国际主流汽车技术法规中,在欧盟的汽车型式批准体制中成为与欧、美、日法规完全对等的标准法规。

1.1 氢安全方面

车载氢系统的安全方面,我国主要依据GB/T245492009GB/T269902011GB/T2912620123个标准进行认证。GB/T245492009主要对氢系统部件的安装及防护、燃料加注、氢气压力保护等方面提出了要求。而GB/T269902011GB/T291262012两个标准则规定了管路设计、氢气泄漏量检测、压力释放等方面的要求。

国际上主要依据ISO232732013SAEJ25792013等标准对氢系统进行检测,其中ISO232732013规定了燃料电池汽车的基本要求,主要是保护车辆内外的人员免受与氢有关的危害;SAEJ25792013则较全面地规定了从燃料层级到整车层级的安全要求,如压力/温度要求、燃料质量检测、氢系统振动/翻转试验、材料的氢气相容性等。

1.2 加氢口方面

加氢口是氢系统中的重要一环,我国在GB/T2677920114个标准中均对加氢口提出了测试要求。GB/T267792011是我国目前针对加氢口的最主要的检测标准,它分别对加氢口的气密性、耐久性、环境适应性和相容性等方面作出了规定,基本涵盖了加氢口主要性能指标的检测。国外目前还没有单独针对加氢口制定测试标准,而在SAEJ25782014SAEJ25792013中只对燃料加注和泄放等提出了要求。

1.3高压氢瓶方面

高压氢瓶是车载氢系统中的核心部分,目前我国使用的主流产品为Ⅲ型瓶(压力35MPa)。相比于国外大量采用的Ⅳ型瓶(压力70MPa),Ⅲ型瓶的储氢质量密度较低,但是安全性更高。

GB/T355442017是我国进行氢瓶产品认证的主要标准,包括拉伸试验、气密性试验、水压试验和火烧试验等。全球技术法规GT13和联合国法规UN134也对气瓶提出了多项测试及要求。GT13中除了气瓶外还对整车氢安全提出了要求,包括车内的氢气传感器的测评、车内的氢气浓度的测评等。UN134主要内容跟GT13基本一致,但没有GT13的内容多,主要差别在UN134没有包括对电动力总成的电安全、碰撞后的燃料系统完整性、FCV液氢储存系统功能安全和环境适应性等方面的测试。

2、我国未来标准展望

我国针对车载氢系统测评的相关标准正在积极修订中,针对未来氢系统标准的修订提出以下几点建议。

2.1储氢压力升高

我国主要的两个氢系统检测标准GB/T269902011GB/T291262012均明确规定了适用于35MPa氢系统。但随着制造技术进步,氢瓶、加氢口及所附阀件目前均可达到70MPa等级。采用70MPa氢系统,可以明显提升燃料电池汽车的续驶里程,符合技术进步要求,有助于燃料电池汽车的推广应用。

目前上汽、一汽、广汽等车企均已具备70MPa氢系统装车能力。GB/T269902011GB/T2912620121号修改单已于201912月通过标委会的技术审查,修订GB/T245492009时,整车和氢系统部分内容将分开,并将氢系统部分并入新的氢系统标准中。修改后两项标准将可作为70MPa车载氢系统的测试依据。

 2.2去除设计限制

GB/T269902011GB/T291262012两个标准制定时,我国正处在燃料电池汽车起步阶段,标准中很多条目在设计起时到了参考作用,如规定了储氢容器附件的安装位置距离车辆边缘距离、管路安装间隔、泄漏量与警告信号的级别、供氢管路弯曲规定曲率半径等。但是,标准中过多的限制也局限了燃料电池汽车的设计空间,不利于企业在设计上不断创新。因此,未来检测标准在保证安全的前提下,应尽可能减少设计限制,从而促进技术发展的多样性。

 2.3环境适应性检测

FCV测评体系中,针对燃料电池堆及燃料电池发动机均已有标准规定了环境适应性的检测内容。而现行氢系统标准中,只对氢系统的静推力和动态冲击提出了要求,其振动、翻转、高低温存储及温度冲击等测试均未提及。

 在车辆实际运行中,氢系统作为存储能量的部件,其环境适应能力尤为重要。且对比燃料电池其他部件可知,未来标准增加氢系统的环境适应性检测是十分必要的,其检测方法可参考动力电池、燃料电池堆或燃料电池发动机相关标准。

2.4其他储氢方式

 目前我国对于车载氢系统的标准主要都是针对高压气态储氢方式提出的,这是符合我国主流储氢方式的。但不可否认的是,低温液态储氢和金属氢化物储氢等方式已经取得了一定进展。宝马已经成功设计出了低温液体储氢概念车,丰田和现代也已经推出了金属氢化物储氢系统。未来的氢系统标准制定中,多种多样的储氢模式都应有相应的测试方法,以满足技术进步的需要。

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