燃料電池汽車車載氫系統測試標準
發布時間：
2022-06-01
燃料電池汽車(FCV)作為新能源汽車中最具發展前景的方向之一，近些年受到國內外的廣泛關注。其中，氫氣的攜帶方式是影響FCV商業化的關鍵問題之一。經過對多種氫能源載體的比較和考核后，大部分企業最終采取了高壓氣瓶儲氫的方式。我國關于車載氫系統已經有部分標準，但是隨著儲氫技術的不斷發展，現行標準中很多地方已經不再適合FCV的發展。
燃料電池汽車(FCV)作為新能源汽車中最具發展前景的方向之一，近些年受到國內外的廣泛關注。其中，氫氣的攜帶方式是影響FCV商業化的關鍵問題之一。經過對多種氫能源載體的比較和考核后，大部分企業最終采取了高壓氣瓶儲氫的方式。我國關于車載氫系統已經有部分標準，但是隨著儲氫技術的不斷發展，現行標準中很多地方已經不再適合FCV的發展。
1、國內外現行標準對比
車載氫系統主要由高壓氫瓶、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的標準法規。我國自2009年就發布了多項FCV車載氫系統相關標準，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中，在氫能系統這一項目的技術法規上引用了中國的國家標準GB/T24549—2009，這意味著相關產品在氫能和燃料電池項目上，只要滿足中國的該標準，該產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中，在歐盟的汽車型式批準體制中成為與歐、美、日法規完全對等的標準法規。
1.1 氫安全方面
車載氫系統的安全方面，我國主要依據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ISO23273—2013、SAEJ2579—2013等標準對氫系統進行檢測，其中ISO23273—2013規定了燃料電池汽車的基本要求，主要是保護車輛內外的人員免受與氫有關的危害;而SAEJ2579—2013則較全面地規定了從燃料層級到整車層級的安全要求，如壓力/溫度要求、燃料質量檢測、氫系統振動/翻轉試驗、材料的氫氣相容性等。
1.2 加氫口方面
加氫口是氫系統中的重要一環，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、環境適應性和相容性等方面作出了規定，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中的核心部分，目前我國使用的主流產品為Ⅲ型瓶(壓力35MPa)。相比于國外大量采用的Ⅳ型瓶(壓力70MPa)，Ⅲ型瓶的儲氫質量密度較低，但是安全性更高。
GB/T35544—2017是我國進行氫瓶產品認證的主要標準，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GTR13和聯合國法規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，包括車內的氫氣傳感器的測評、車內的氫氣濃度的測評等。UNR134主要內容跟GTR13基本一致，但沒有GTR13的內容多，主要差別在UNR134沒有包括對電動力總成的電安全、碰撞后的燃料系統完整性、FCV液氫儲存系統功能安全和環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測評的相關標準正在積極修訂中，針對未來氫系統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檢測標準GB/T26990—2011和GB/T29126—2012均明確規定了適用于35MPa氫系統。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，可以明顯提升燃料電池汽車的續駛里程，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，整車和氫系統部分內容將分開，并將氫系統部分并入新的氫系統標準中。修改后兩項標準將可作為70MPa車載氫系統的測試依據。
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，不利于企業在設計上不斷創新。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，從而促進技術發展的多樣性。
2.3環境適應性檢測
FCV測評體系中，針對燃料電池堆及燃料電池發動機均已有標準規定了環境適應性的檢測內容。而現行氫系統標準中，只對氫系統的靜推力和動態沖擊提出了要求，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，氫系統作為存儲能量的部件，其環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的環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的標準主要都是針對高壓氣態儲氫方式提出的，這是符合我國主流儲氫方式的。但不可否認的是，低溫液態儲氫和金屬氫化物儲氫等方式已經取得了一定進展。寶馬已經成功設計出了低溫液體儲氫概念車，豐田和現代也已經推出了金屬氫化物儲氫系統。未來的氫系統標準制定中，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測試標準，對比分析了國內外現行標準的差異及現階段標準中的不足，提出了我國未來車載氫系統標準中對儲氫壓力、設計限制、環境適應性和其他儲氫方式應作出調整的建議。
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