楊沄芃，趙 鑫，王祥祥

(中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心有限公司, 天津 300300)

燃料電池汽車(chē)作為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要一環(huán)，是我國(guó)未來(lái)能源技術(shù)的重要發(fā)展方向。隨著燃料電池汽車(chē)的發(fā)展，對(duì)于其安全性的要求也越來(lái)越高[1]。2020年發(fā)布的新版GB/T 24549—2020《燃料電池電動(dòng)汽車(chē) 安全要求》[2]代替了2009版[3]，增加了整車(chē)氫氣泄漏、氫氣低剩余量提醒、燃料管路氫氣泄漏及檢測(cè)和氫氣泄漏報(bào)警裝置功能要求等項(xiàng)目，同時(shí)刪除了舊版中的一般要求、氫氣存儲(chǔ)與供給和緊急情況下的反應(yīng)等項(xiàng)目。此外，還對(duì)整車(chē)氫氣排放、整車(chē)氫氣泄漏、電安全要求、泄壓系統(tǒng)要求和燃料排出要求的測(cè)試方法作了調(diào)整。

1 整車(chē)安全要求

對(duì)于燃料電池汽車(chē)，氫安全和電安全是其安全防護(hù)中最主要的內(nèi)容。在新版標(biāo)準(zhǔn)中，整車(chē)安全要求包括整車(chē)氫氣排放、整車(chē)氫氣泄漏、密閉空間氫泄漏、氫氣低剩余量提醒和電安全五項(xiàng)內(nèi)容。

1) 整車(chē)氫氣排放。氫氣在空氣中的低可燃極限是4%，超過(guò)這一濃度時(shí)，遇到火源就會(huì)發(fā)生爆炸。尾氣排放是氫氣由車(chē)輛向外界流動(dòng)的最主要方式。因此燃料電池汽車(chē)中，防止氫氣體積濃度超過(guò)低可燃極限是重中之重。對(duì)比新舊標(biāo)準(zhǔn)中的要求，由2009版的“應(yīng)在距離排氣口100 mm處氣體中心線(xiàn)上進(jìn)行測(cè)量氫氣濃度”改為了“按照GB/T 37154—2018[4]中6.1怠速熱機(jī)狀態(tài)氫氣排放章節(jié)規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試，在進(jìn)行正常操作(包括啟動(dòng)和停機(jī))時(shí)，任意連續(xù)3 s內(nèi)的平均氫氣體積濃度應(yīng)不超過(guò)4%，且瞬時(shí)氫氣體積濃度不超過(guò)8%”。尾排中“平均氫氣體積濃度不超過(guò)4%”是氫氣低可燃極限的要求，“瞬時(shí)氫氣體積濃度不超過(guò)8%”則體現(xiàn)了實(shí)際產(chǎn)品中氫氣脈沖排放瞬時(shí)濃度較大的情況。在保證安全的前提下，新標(biāo)準(zhǔn)更符合當(dāng)前的技術(shù)水平。

2) 整車(chē)氫氣泄漏。在舊版標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了“汽車(chē)應(yīng)有和氫氣濃度探測(cè)器聯(lián)動(dòng)的安全措施。氫氣積聚濃度達(dá)到50%LFL之前，就能夠利用聲響報(bào)警裝置或者緊急顯示提示等方法，提示駕駛員或者汽車(chē)使用者注意；氫氣積聚濃度達(dá)到75%LFL時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)切斷氫氣源、電源等”。這一部分對(duì)于氫氣報(bào)警濃度的限值規(guī)定較為死板，限制了產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展。而新版標(biāo)準(zhǔn)將限值改為了范圍，規(guī)定“氫氣體積濃度達(dá)到或超過(guò)2.0%±1.0%時(shí)，應(yīng)發(fā)出警告；氫氣體積濃度達(dá)到或超過(guò)3.0%±1.0%時(shí)，應(yīng)立即自動(dòng)關(guān)斷氫氣供應(yīng)”。此外，商用車(chē)通常安裝有不止一個(gè)儲(chǔ)氫氣瓶，在新版標(biāo)準(zhǔn)中允許僅關(guān)斷有氫泄漏的部分氫氣供應(yīng)。

3) 密閉空間氫泄漏。燃料電池汽車(chē)在露天環(huán)境存放時(shí)，即使有少量的氫氣泄漏，也會(huì)很快散入大氣中，不會(huì)產(chǎn)生爆燃風(fēng)險(xiǎn)。然而，當(dāng)車(chē)輛在車(chē)庫(kù)等較為封閉的環(huán)境中停放時(shí)，氫氣若有泄漏則很難排出，極易產(chǎn)生局部氫氣濃度過(guò)高的危險(xiǎn)情況。在新版標(biāo)準(zhǔn)中，特別新增了密閉空間氫泄漏的試驗(yàn)，要求車(chē)輛在無(wú)機(jī)械通風(fēng)的密閉空間內(nèi)持續(xù)存放8 h以上，試驗(yàn)過(guò)程中任一位置的氫氣體積濃度不得超過(guò)1%，否則視為不達(dá)標(biāo)。

4) 氫氣低剩余量提醒。對(duì)于燃料電池汽車(chē)，氫氣剩余量的多少直接決定車(chē)輛剩余的行駛里程。在新版標(biāo)準(zhǔn)中新增了對(duì)于氫氣剩余量提醒的要求，規(guī)定“指示儲(chǔ)氫氣瓶氫氣壓力或氫氣剩余量的儀表應(yīng)安裝在駕駛員易于觀察的區(qū)域，如果氫氣的壓力或剩余量影響到車(chē)輛的行駛，應(yīng)通過(guò)一個(gè)明顯的信號(hào)(如聲或光信號(hào))裝置向駕駛員發(fā)出提示”。

5) 電安全要求。這部分內(nèi)容規(guī)定燃料電池電動(dòng)汽車(chē)電安全應(yīng)符合GB 18384—2020[5]。GB 18384—2020結(jié)合了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求和國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的技術(shù)水平，主要致力于保護(hù)車(chē)輛在正常使用情況下人員的安全，針對(duì)人員觸電防護(hù)、高壓標(biāo)記、直接接觸防護(hù)、間接接觸防護(hù)、防水等幾個(gè)方面作出了要求。舊版標(biāo)準(zhǔn)中主要從絕緣性、觸電防護(hù)和安全標(biāo)識(shí)三個(gè)方面作出了規(guī)定。相比于舊版，新版標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求涵蓋更加全面，操作流程的規(guī)定更為具體。

2 氫系統(tǒng)安全要求

車(chē)載氫系統(tǒng)是燃料電池汽車(chē)的儲(chǔ)能裝置，主要由儲(chǔ)氫氣瓶、管閥件和加氫口等零部件組成。系統(tǒng)安全這部分主要指車(chē)載氫系統(tǒng)及其管路的安全防護(hù)要求，重點(diǎn)是防止氫氣泄漏、聚集導(dǎo)致的爆燃風(fēng)險(xiǎn)。主要包括儲(chǔ)氫氣瓶和管路、泄壓系統(tǒng)、加氫及加氫口、燃料管路氫氣泄漏及檢測(cè)、氫氣泄漏報(bào)警裝置功能和燃料排出六個(gè)部分。

1) 儲(chǔ)氫氣瓶和管路要求。儲(chǔ)氫氣瓶和管路的防護(hù)主要著眼于防止氫氣泄漏聚集和避免熱源對(duì)儲(chǔ)氫氣瓶的影響。舊版標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)儲(chǔ)氫容器僅有溫度監(jiān)測(cè)要求。新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定儲(chǔ)氫氣瓶和管路一般不應(yīng)裝在乘客艙、行李艙等通風(fēng)不良的地方；在不可避免地要安裝在通風(fēng)不良的地方時(shí)，應(yīng)保證泄漏的氫氣能及時(shí)排出。對(duì)可能受排氣管、消聲器等熱源影響的儲(chǔ)氫氣瓶、管路等應(yīng)有熱絕緣保護(hù)，且儲(chǔ)氫氣瓶要避免直接暴露在陽(yáng)光下。此外，特別提出了高壓管路及部件(含加氫口)應(yīng)可靠接地，以避免靜電火花引燃泄漏的氫氣。

2) 泄壓系統(tǒng)要求。舊版標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)泄壓系統(tǒng)主要作出了四點(diǎn)要求：一是氣體流動(dòng)方向不能朝向乘客艙或行李艙；二是不能排向車(chē)輪所在空間；三是不能排向露出的電氣開(kāi)關(guān)；四是不能排向其他氫氣容器。新版標(biāo)準(zhǔn)基本沿用了2009版中的規(guī)定，但對(duì)溫度驅(qū)動(dòng)安全泄壓裝置(TPRD)和安全泄壓裝置(PRD)分別提出了要求。這是因?yàn)樵谂f版標(biāo)準(zhǔn)提出時(shí)主流技術(shù)路線(xiàn)是采用PRD作為泄壓裝置，隨著技術(shù)進(jìn)步和TPRD的普及，目前更多地采用了TPRD技術(shù)。

3) 加氫及加氫口要求。加氫口是燃料電池汽車(chē)上與外部加氫設(shè)備連接的用于加注氫氣的裝置。新舊版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于加氫及加氫口的要求基本一致，一方面是防止加氫時(shí)車(chē)輛移動(dòng)，另一方面是防止灰塵等污染物進(jìn)入加氫口。在加氫口附近應(yīng)注明燃料類(lèi)型、公稱(chēng)工作壓力和儲(chǔ)氫氣瓶終止使用期限。在GB/T 24549中，這一條主要考察加氫口在整車(chē)層面的安全性，而加氫口自身的安全性由GB/T 26779—2011[6]規(guī)定。

4) 燃料管路氫氣泄漏及檢測(cè)。氫氣分子較小，極易在連接不緊密的位置產(chǎn)生泄漏。因此，新版標(biāo)準(zhǔn)新增了對(duì)于涉氫管路氫氣泄漏的檢測(cè)。標(biāo)準(zhǔn)中允許使用兩種方法——泄漏檢測(cè)液法和氣體檢測(cè)儀法。使用泄漏檢測(cè)液法時(shí)，將檢測(cè)液均勻涂抹在待測(cè)區(qū)域，目測(cè)3 min不出現(xiàn)氣泡即為合格。使用氣體檢測(cè)儀時(shí)，其氫氣泄漏速率應(yīng)不高于0.005 mg/s。此外，由于車(chē)輛上氫氣管路各處氫氣壓力不盡相同，所以對(duì)于儲(chǔ)氫氣瓶與燃料電池堆之間的管路，泄漏檢測(cè)壓力為實(shí)際工作壓力；對(duì)于加氫口至儲(chǔ)氫氣瓶之間的管路，泄漏檢測(cè)壓力應(yīng)設(shè)置為公稱(chēng)工作壓力的1.25倍。

5) 氫氣泄漏報(bào)警裝置功能要求。氫氣報(bào)警裝置是氫氣泄漏的最后一道防線(xiàn)，起到提醒駕駛員及時(shí)處置危險(xiǎn)的作用。舊版標(biāo)準(zhǔn)要求車(chē)輛應(yīng)在艙內(nèi)氫氣最易聚集的位置安裝足夠數(shù)量的報(bào)警裝置，但沒(méi)有對(duì)報(bào)警裝置本身提出要求。新版標(biāo)準(zhǔn)則規(guī)定裝置應(yīng)通過(guò)聲響報(bào)警、警告燈或文字顯示這些明顯提示對(duì)駕駛員發(fā)出警告，且不應(yīng)受天氣和時(shí)間的影響。根據(jù)報(bào)警級(jí)別，報(bào)警燈顏色由黃到紅，只有在下次燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)才能復(fù)位報(bào)警狀態(tài)到正常狀態(tài)。在氫氣濃度超限時(shí)，車(chē)輛應(yīng)能切斷供氫。

6) 燃料排出要求。這部分要求主要適用于氫系統(tǒng)的維修保養(yǎng)。車(chē)輛維修時(shí)，通常需要泄放掉氫氣，以保障維修人員的操作安全。新舊版標(biāo)準(zhǔn)中都明確要求車(chē)輛應(yīng)具有安全排出剩余燃料的功能。

3 手冊(cè)要求

新版標(biāo)準(zhǔn)將舊版標(biāo)準(zhǔn)的“燃料電池電動(dòng)汽車(chē)使用的保養(yǎng)要求”改為對(duì)“車(chē)輛用戶(hù)手冊(cè)、服務(wù)手冊(cè)、其他”的要求。其中，用戶(hù)手冊(cè)用于指明汽車(chē)特定的操作、燃料和安全特征，通常包括安全操作程序、注意事項(xiàng)和應(yīng)急處理等。新舊兩版標(biāo)準(zhǔn)都要求制造廠(chǎng)商提供用戶(hù)手冊(cè)，但新版標(biāo)準(zhǔn)增加了對(duì)動(dòng)力電池和儲(chǔ)氫容器等重要部件的維護(hù)進(jìn)行說(shuō)明的要求。服務(wù)手冊(cè)提供汽車(chē)維修、保養(yǎng)相關(guān)的信息，主要包括維修場(chǎng)所、維護(hù)方法和維護(hù)周期等。新版標(biāo)準(zhǔn)在服務(wù)手冊(cè)這項(xiàng)中增加了專(zhuān)業(yè)操作人員更換部件或釋放燃料的注意事項(xiàng)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了GB/T 24549—2020《燃料電池電動(dòng)汽車(chē) 安全要求》中主要的檢測(cè)項(xiàng)目,對(duì)比分析了新舊兩版標(biāo)準(zhǔn)中內(nèi)容的變化,列舉了在新版標(biāo)準(zhǔn)中增加、調(diào)整的項(xiàng)目，可以為燃料電池汽車(chē)的檢測(cè)提供參考。