燃料電池汽車車載氫系統(tǒng)測試標準

楊沄芃，孟德宇，郭 婷

(中國汽車技術研究中心有限公司, 天津 300300)

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不再適合FCV的發(fā)展。

1 國內外現(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)[1-5]。我國自2009年就發(fā)布了多項FCV車載氫系統(tǒng)相關標準[6-10]，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/T 24549—2009[6]，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(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/T 24549—2009[6]、GB/T 26990—2011[7]和GB/T 29126—2012[8]3個標準進行認證。GB/T 24549—2009[6]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/T 26990—2011[7]和GB/T 29126—2012[8]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)ISO 23273—2013[3]、SAE J2579—2013[2]等標準對氫系統(tǒng)進行檢測，其中ISO 23273—2013[3]規(guī)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SAE J2579—2013[2]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/T 26779—2011等4個標準[6-9]中均對加氫口提出了測試要求。GB/T 26779—2011[9]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SAE J2578—2014[1]和SAE J2579—2013[2]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品為Ⅲ型瓶(壓力35 MPa)。相比于國外大量采用的Ⅳ型瓶(壓力70 MPa)，Ⅲ型瓶的儲氫質量密度較低，但是安全性更高。GB/T 35544—2017[10]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(guī)GTR 13[4]和聯(lián)合國法規(guī)UN R134[5]也對氣瓶提出了多項測試及要求。GTR 13[4]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。UN R134主要內容跟GTR 13[4]基本一致，但沒有GTR 13[4]的內容多，主要差別在UN R134[5]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/T 26990—2011[7]和GB/T 29126—2012[8]均明確規(guī)定了適用于35 MPa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70 MPa等級。采用70 MPa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70 MPa氫系統(tǒng)裝車能力。GB/T 26990—2011[7]和GB/T 29126—2012[8]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/T 24549—2009[6]時，整車和氫系統(tǒng)部分內容將分開，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70 MPa車載氫系統(tǒng)的測試依據(jù)。

2.2 去除設計限制

GB/T 26990—2011[7]和GB/T 29126—2012[8]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[11]和金屬氫化物儲氫[12]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(xiàn)代也已經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整的建議。