燃料電池汽車加氫機(jī)檢定計量標(biāo)準(zhǔn)簡要分析

摘要：近年來隨著燃料電池技術(shù)發(fā)展，氫燃料電池汽車數(shù)量不斷增加，對應(yīng)的加氫站和加氫機(jī)等基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備也隨之不斷增長。為了適應(yīng)這個發(fā)展需要，國家和地方層面針對加氫機(jī)的加氫計量也出臺了一些加氫計量方面的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。這些加氫機(jī)相關(guān)的計量標(biāo)準(zhǔn)在一些關(guān)鍵方面存在明顯差異，本文主要從計量性能要求、計量校準(zhǔn)試驗條件、主要計量器具及配套設(shè)備、檢定方法、密封性檢查、置換要求7個方面進(jìn)行差異性分析，并給出具體分析意見和建議，以期為加氫規(guī)范的下一步制修訂提供參考意見。

Brief Analysis on Verification and Measurement Standards of Hydrogen Dispensers for FCVs

ZHANG Yan-yi1.2 CHEN Guang2 HAO Dong1.2 MA Ming-hui2 （1.ChinaAutomotive Technologyand Research Center Co.，Ltd.;2.CATARCNew Energy VehicleResearch and Inspection Center（Tianjin） Co.，Ltd.）

Abstract：Inrecentyears，with thedevelopmentoffuelcelltechnology，thenumberofhydrogen fuelcellvehicles has bee increasing rapidly，with the increase of corresponding infrastructure suchas hydrogen filing stations and hydrogen dispensers.Inorder to adapt tothe development demands，some standardsandregulations for hydrogen measurement of hydrogen dispensers have also been issuedat the national and local levels.There are obvious differences in these measurement standards for hydrogen dispensers in some key aspects.The paper analyzes the differences from the aspects of measurement performance requirements，measurement calibration test conditions，main measuring instrumentsand supporting equipment，measurement methods，sealing inspection，and gas replacement requirements.Specific opinions and suggestions are proposed to provide reference for the further development and revision of standards for hydrogen dispensers.

Keywords：hydrogen dispenser，hydrogen filingmeasurement，measurement requirements

0 前言

隨著氫燃料電池汽車的使用逐步推廣，燃料電池汽車加氫的加氫站建設(shè)數(shù)量也迅速增長。截至2024年6月底，我國共建成加氫站507座[1]。針對應(yīng)對加氫站建設(shè)和加氫機(jī)的計量測試需要，我們國家和地方也制定了一些加氫站和加氫機(jī)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。目前已有的汽車用壓縮氫氣加氣計量相關(guān)的國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T31338—2022《加氫機(jī)》[2、GB50516—2010《加氫站技術(shù)規(guī)范》（2021年版）3和GB50156—2021《汽車加油加氣加氫站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[4]。其中GB50516一2010對加氫站的進(jìn)站氫氣的計量規(guī)定：（1）

當(dāng)采用氫氣長管拖車、氫氣管束式集裝箱運輸氫氣時，可按氫氣儲氣瓶結(jié)構(gòu)容積和起始與終止壓力、溫度及壓縮因子進(jìn)行計算；（2）當(dāng)采用氫氣管道輸送氫氣時，宜采用質(zhì)量流量計計量；（3）加氫站的進(jìn)站氫氣計量裝置的最大充許誤差應(yīng)為 ±1.5% 。GB50156—2021規(guī)定：（1）進(jìn)站氫氣的計量應(yīng)符合現(xiàn)行GB50516《加氫站技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定；（2）加氫機(jī)應(yīng)具有充裝、計量和控制功能，并應(yīng)符合下列規(guī)定：加氫機(jī)計量宜采用質(zhì)量流量計，計量精度不宜低于1.5級，最小分度值宜為 10g GB/T 31338—2022《加氫機(jī)》對加氫計量提出了詳細(xì)要求，其主要內(nèi)容在下面詳細(xì)討論。

目前，地方層面針對車用加氫機(jī)的校準(zhǔn)和檢定過程主要有JJF（京）107-2023《加氫機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范》[5]、JJG（冀）192—2021《車用壓縮氫氣加氣機(jī)檢定規(guī)程》[6、JJG（晉）27-2024《壓縮氫氣加氣機(jī)檢定規(guī)程》[7]、JJG（陜）010—2024《壓縮氫氣加氣機(jī)檢定規(guī)程》[8；正在制定過程中的有JJG（粵） x×x-x×x×x 《汽車用壓縮氫氣加氣機(jī)》[9、JJG（豫） ×××-2024 《壓縮氫氣加氣機(jī)檢定規(guī)程》[10]，以及國家計量規(guī)范 JJG×××× 一 壓縮氫氣加氣機(jī)》[1]。由于制訂機(jī)構(gòu)和時間的差異，這些標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容上也有不少差異。以下主要針對汽車用氣態(tài)加氫機(jī)加氫計量，從計量性能要求、計量校準(zhǔn)試驗條件、主要計量器具及配套設(shè)備、檢定方法、密封性檢查、置換和吹掃要求幾個方面進(jìn)行討論；另外由于加氫計量基本過程和相關(guān)誤差分析方面沒有本質(zhì)差別，這里就不再進(jìn)行討論。

1 計量性能要求

加氫機(jī)計量性能要求主要有最大允許誤差、重復(fù)性、壓力適應(yīng)范圍、最大流量、最小質(zhì)量變量、付費金額誤差等方面。從準(zhǔn)確性方面考慮，最大允許誤差、重復(fù)性肯定是越小越好，其中國標(biāo)GB/T

31138—2022和國家計量標(biāo)準(zhǔn)JJG ×××x 給出的要求是最高的，其他地方計量標(biāo)準(zhǔn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)要求，建議這些標(biāo)準(zhǔn)的對應(yīng)內(nèi)容應(yīng)該不低于國家標(biāo)準(zhǔn)的對應(yīng)要求。壓力適應(yīng)范圍方面，目前市場上主要是兩類H35、H70，但兩個國標(biāo)還給出了H50的額要求，這主要是考慮將來 50MPa 加氫機(jī)使用的可能性；但JJG（陜）010—2024只考慮了35MPa這一種情況，這屬于明顯不能滿足目前加氫機(jī)的市場需要。最大流量方面，基本是 ：7.2kg/min ，這是GB/T31138—2022給出的要求值，隨著技術(shù)發(fā)展和加氫效率的要求，最大流量這一數(shù)值應(yīng)該還會增加。最小質(zhì)量變量方面，基本是10g這一數(shù)量級。付費金額誤差方面，基本是要求付費金額不大于計算的付費金額（單價和加氣量的乘積），且加氫機(jī)最小付費變量應(yīng)不大于0.01元。計量性能要求對比情況見表1（標(biāo)準(zhǔn)用了簡單的標(biāo)準(zhǔn)號進(jìn)行區(qū)別，年份省略，以下同）。

2 檢定校準(zhǔn)試驗條件

檢定校準(zhǔn)試驗條件主要包括環(huán)境條件、供電電源、校準(zhǔn)介質(zhì)、檢驗過程要求幾個方面，不同標(biāo)準(zhǔn)要求對比情況見表2。從計量準(zhǔn)確性的一致性考慮，環(huán)境條件和供電電源越穩(wěn)定越有利。另外不同計量方法，環(huán)境條件的影響也較大。在高溫、高濕情況下，當(dāng)使用質(zhì)量法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置計量時，由于儲氫瓶表面會出現(xiàn)冷凝水，雖然標(biāo)準(zhǔn)要求在稱重時擦干表面的水分，但仍不可避免儲氫瓶表面的冷凝水會帶來的誤差情況。供電電源方面雖然有些標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定，但只要電源符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12325一2008《電能質(zhì)量供電電壓偏差》要求，應(yīng)該能夠滿足計量對電源的要求。校準(zhǔn)介質(zhì)方面雖然國家標(biāo)準(zhǔn)只是簡單要求高純無油潔凈氫氣、氨氣、氮氣，其考慮標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)面較廣，但是沒有明確相關(guān)氣體具體符合哪個標(biāo)準(zhǔn)；其他標(biāo)準(zhǔn)基本是明確要求符合GB/T37244—2018的氫氣，也就是基本明確可以使用加氫機(jī)現(xiàn)場加氫站的氫氣進(jìn)行現(xiàn)場計量，這給計量帶來了便利性。檢驗過程要求主要是針對在重復(fù)計量測試過程中單次測量的要求，就是要求在單次測量中環(huán)境溫度和濕度以及加氫氣源的壓力波動都盡量低一些。

3 主要計量器具及配套設(shè)備

主要計量器具及配套設(shè)備的規(guī)定對標(biāo)情況見表3。其中主要計量器具是加氫機(jī)計量校準(zhǔn)的關(guān)鍵，目前有質(zhì)量法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置和標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置兩種方法，其中質(zhì)量法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置法無疑是準(zhǔn)確嚴(yán)格的方法。GB/T31138—2018只給出了第一種方法，其他標(biāo)準(zhǔn)基本是主推使用標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，這主要因為在具體計量操作中第二種方法的便利性和安全性要明顯高于第一種方法。由于實際計量時要求重復(fù)進(jìn)行至少6次實際測量，質(zhì)量法需要重復(fù)多次從計量裝置上拆裝儲氫瓶，操作繁瑣且給安全性帶來不利影響，并且稱重要求的條件也比較嚴(yán)格，這些情況使得質(zhì)量法不太適合加氫機(jī)的現(xiàn)場計量操作。

關(guān)于配套設(shè)備方面，兩種計量方法都需要儲氫瓶和壓力傳感器。其中儲氫瓶涉及最小容積的問題，最小容積要求滿足一次計量質(zhì)量不少于 1kg ；另外還有儲氫瓶數(shù)量的問題，就是至少需要1個。在只有一個儲氫瓶的情況下，就需要每次計量把氫氣瓶內(nèi)的氫氣排放出到要求的壓力；如果采用多個氣瓶的方案可以減少排氫次數(shù)，從而提高計量安全性和效率。壓力表或壓力變送器方面，其壓力范圍一般要求滿足加氫機(jī)公稱工作壓力要求，準(zhǔn)確度等級不低于0.25級；實際上標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定只滿足公稱壓力是不滿足計量要求的，比如35MPa加氫機(jī)的計量，其標(biāo)準(zhǔn)壓力就是35MPa ，而加氫計量的截止壓力可達(dá)到 43.75MPa ，因此建議把壓力范圍要求達(dá)到最大工作壓力。

4加氫機(jī)額定工作壓力與檢定區(qū)間

加氫機(jī)額定工作壓力與檢定區(qū)間的規(guī)定對比情況見表4（省略 50MPa 的要求）。由于加氫機(jī)計量測試的要求，實際計量時按加氫機(jī)的公稱工作壓力分為R1和R2試驗區(qū)間進(jìn)行試驗，每個試驗區(qū)間的試驗次數(shù)不少于3次。對于每個實驗區(qū)間，又分別規(guī)定了起始壓力和終止壓力。對于 35MPa 的加氫機(jī)，起始壓力基本在 2～10MPa ，這一點基本相同，尤其是最低壓力 2MPa 是大多數(shù)儲氫罐工作要求的最低壓力。但在終止壓力方面基本分為標(biāo)稱壓力35MPa和最大工作壓力 43.75MPa 兩種。目前多數(shù)35MPa加氫機(jī)沒有采用汽車和加氫機(jī)之間的通訊，為了安全一般最大只加到 35MPa （甚至更低）；只有采用通訊控制的 35MPa 加氫機(jī)才有可能加到43.75MPa_? 。因此，建議目前對35MPa加氫機(jī)規(guī)定 35MPa 的截止壓力，對于 70MPa 加氫機(jī)可以規(guī)定到87.5MPa的截止壓力。

另外一個問題是儲氫瓶的容積，加氫終止壓力的大小直接影響到儲氫瓶水容積的確定。部分標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定配套設(shè)備中的單瓶容積不小于 50L ，是基于加氫到 43.75MPa 的終止壓力計算得到的，這在實際中可能會出現(xiàn)加氫壓力達(dá)不到 43.75MPa 從而不滿足加氫最小質(zhì)量要求的情況。另外JJG ×××× 給出的容積應(yīng)不小于被檢加氫機(jī)在實際最大檢定流量下1min 的充裝量規(guī)定，這個要求對儲氫罐容積要求會比較偏大，如果以 3.6kg/min 的加氫流量加氫計算則需要水容積200L以上的儲氫瓶。因此，建議采用不小于水容積為74L的儲氫瓶。

5 密封性檢查和置換吹掃要求

計量裝置的密封性和置換吹掃要求對比情況見表5。

關(guān)于密封性檢查，一般要求將加氫機(jī)與檢定裝置連接，關(guān)閉加氫槍與檢定裝置的各排放口閥門，啟動加氫機(jī)，逐漸升高壓力直至達(dá)到額定工作壓力，然后在該壓力下保持一定時間，使用檢漏裝置檢查管路系統(tǒng)，不允許有泄漏現(xiàn)象，同時表壓降滿足具體要求。這個規(guī)定對于滿足安全要求和計量準(zhǔn)確性都是必要的，因此各個標(biāo)準(zhǔn)都基本明確規(guī)定了密封性能要求；且大多規(guī)定為額定壓力下保持10min 、壓降不超過 0.1MPa 且無泄漏。

關(guān)于置換要求，這一條實際也是安全性和準(zhǔn)確性的要求，應(yīng)該作為計量過程中的一個必要步驟或前置要求，目前只有JJG（冀）192—2021和JJG（晉）27一2024給出了明確給出置換要求。實際操作中，對于涉氫裝置進(jìn)行置換是安全要求的具體規(guī)定之一。如果沒有明確要求，可能會帶來安全隱患。另外實際操作中，在整個計量完成后，也需要對計量裝置進(jìn)行氮氣置換，以保證計量裝置和配套的儲氫瓶中的氫氣完全排放出去。因此建議標(biāo)準(zhǔn)中對計量前氮氣置換和氫氣置換、計量結(jié)束后的氮氣置換的壓力和次數(shù)進(jìn)行明確要求。

6結(jié)語

通過對我國目前現(xiàn)有汽車用加氫機(jī)檢定計量標(biāo)準(zhǔn)幾個關(guān)鍵方面的對比分析，可以看出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求在加氫截止壓力、儲氫瓶容積、氣體置換要求等幾個方面存在較大差異，而且計量前后對計量裝置的氣體置換要求規(guī)定明顯不足，對加氫計量過程中的安全性沒有給出具體要求，部分標(biāo)準(zhǔn)對必要內(nèi)容的規(guī)定不全或者完全缺失。建議相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定者根據(jù)當(dāng)前我國加氫機(jī)現(xiàn)狀和GB/T31138—2018的規(guī)定，對加氫計量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善修訂，盡量統(tǒng)一相關(guān)技術(shù)要求，減少不必要的技術(shù)差異要求，以期能夠提高加氫機(jī)計量的科學(xué)性和安全性，促進(jìn)我國燃料電池汽車行業(yè)發(fā)展。

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作者簡介

張妍懿，碩士，高級工程師，主要從事燃料電池測試評價、混合動力控制技術(shù)研究等工作。

陳光，碩士，高級工程師，主要從事燃料系統(tǒng)及關(guān)鍵部件測試評價技術(shù)工作。

郝冬，博士，正高級工程師，主要從事燃料電池汽車測試評價、氫能與燃料電池安全等技術(shù)研究工作。

馬明輝，碩士，工程師，主要從事燃料系統(tǒng)及關(guān)鍵部件測試評價技術(shù)工作。

（責(zé)任編輯：袁文靜）