王微 王仁廣

摘 要：燃料電池汽車技術(shù)發(fā)展迅速對各類相關(guān)標準的研究和制定提出迫切需求。由于燃料電池汽車基本上都會使用高壓氫氣，相應的加氫連接裝置、加氫協(xié)議等加氫相關(guān)標準的制定也成了一個重要工作。目前美國SAE制定的相關(guān)加氫標準是比較完善的，本文著重對其已經(jīng)發(fā)布的加氫技術(shù)標準和技術(shù)信息報告進行簡要介紹和分析，便于相關(guān)技術(shù)人員了解和參考使用。

關(guān)鍵詞：燃料電池汽車，加氫連接裝置，加氫通信，加氫協(xié)議

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.11.023

0 前 言

為了跟傳統(tǒng)燃油車的加油性能相比，燃料電池乘用車一般要求3 min加滿氫，同時需要滿足溫度、壓力和密度限值?，F(xiàn)在車輛加氫主要有通信加氫和不帶通信加氫兩種方式，具體加氫過程需要控制氫氣的平均壓力增長率（Average Pressure RampRate，APRR）。一般情況下使用加氫協(xié)議，帶通信功能的要比不帶通信功能的加完后儲氫系統(tǒng)的SOC（State Of Charge）高一些。完全加滿氫的SOC計算的基準溫度為15 ℃，氫氣壓力為儲氫系統(tǒng)的標稱工作壓力（NWP）。由于加氫過程中的熱效應，加完后氫氣溫度大多都會高于基準溫度。加氫完全加滿時對應的限值要求是壓力不高于1.25倍NWP、溫度不高于85 ℃、密度不高于100%SOC時的密度。對于無通信的車輛加氫，加氫機基于查表得到的APRR判斷加氫加滿程度，直到壓力達到查表得到的目標壓力時停止加氫。對于有加氫通信的車輛，也是使用APRR，但是加氫機通過儲氫罐內(nèi)氫氣溫度等車輛信息來計算加氫加滿程度，加到SOC為95%～100%對應的壓力時結(jié)束加氫[1]。

SAE J2601規(guī)定的用于輕型地面氫能車輛加氫協(xié)議有查表法和公式法兩種。其中基于查表法的加氫協(xié)議，每個表對應儲氫系統(tǒng)壓力等級（H35、H70）、儲氫系統(tǒng)容積分類、加氫站類型（T4 0、T30、T20）；MC公式法使用查表法一樣的過程限值、儲氫壓力等級、儲氫系統(tǒng)容積分類。兩種協(xié)議的一個主要差別是公式法加氫協(xié)議不考慮加氫站類型，在-40 ℃～-15 ℃之間的預冷溫度都可以使用，另一個主要差別是公式法的壓力控制是基于方程實時計算。這樣MC公式法能夠動態(tài)適應加氫槍的預冷能力，從而為用戶提供更快和更一致的加氫時間，同時為加氫站制造商提供設計靈活性[2]。

在現(xiàn)有標準中，SA E制定的加氫相關(guān)標準比較完善，已經(jīng)發(fā)布的標準（含技術(shù)信息報告）中，跟加氫相關(guān)的主要有SAE J2799、SAE J2600、SAEJ2601、SAE J2601-2、SAE J2601-3，下面根據(jù)各個標準目前最新的版本分別進行簡單分析。

1 SAE J2799 分析

為保證氫能地面車輛的加氫通信及加氫接口的開發(fā)和應用協(xié)調(diào)一致，SAE J2799 201912《氫能地面車輛與加氫站通信的硬件和軟件》（HydrogenSurface Vehicle to Station Communications Hardwareand Software）規(guī)定了氫能地面車輛與加氫站間通信的硬件和軟件要求，使用紅外通信實現(xiàn)氫能車輛到加氫站數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊骩3]。

該標準主要內(nèi)容包括紅外通信裝置的物理和功能要求、使用高壓氫氣加氫的通信硬件、通信協(xié)議、使用高壓氫氣加氫的驗證試驗。其中物理和功能要求部分包括了物理層協(xié)議規(guī)范、數(shù)據(jù)連接層協(xié)議規(guī)范、展示層協(xié)議規(guī)范。通信硬件部分包括用于加氫通信的車輛紅外發(fā)射器要求和加氫槍接收器要求。通信協(xié)議部分主要對高壓氫氣加氫通信中的數(shù)據(jù)定義、協(xié)議標識、數(shù)據(jù)通信軟件版本號、儲氫罐容積、加氫口類型、加氫指令、壓力測量、溫度測量、可選數(shù)據(jù)方面進行了規(guī)定。驗證試驗主要包括高壓氫氣加氫通信系統(tǒng)驗證、加氫機通信系統(tǒng)驗證、加氫機側(cè)的驗證試驗等。

SAE J2799標準是燃料電池汽車的加氫通信的關(guān)鍵性基礎標準。對車輛加氫采用通信的目的之一是保證加氫安全。一個最基本的常識就是為燃料電池汽車加氫的設施自身能夠提供的加氫壓力高于車載儲氫瓶的壓力，通過實時紅外通信，防止車輛儲氫系統(tǒng)的壓力和溫度超過規(guī)定的安全限值。采用加氫通信的第二個目的就是使得車載氫氣系統(tǒng)盡量加滿氫，防止簡單地達到規(guī)定壓力就停止加氫，而使得車輛的實際加氫量不足，從而影響燃料電池汽車的設計續(xù)駛里程。

2 SAE J2600分析

S A E J2 6 0 0 —2 01510《高壓氫氣地面車輛加氫連接裝置》（Compressed Hydrogen Sur faceVehicle Fueling Connection Devices）規(guī)定了氫能地面車輛的加氫連接裝置、加氫槍、加氫口的設計和試驗內(nèi)容。該標準適用的加氫設備壓力等級有11 MPa、25 MPa、35 MPa、50 MPa、70 MPa，要求加氫連接裝置、加氫槍、加氫口必須滿足SA EJ2600規(guī)定并通過相關(guān)測試，才可認為是符合SAEJ2 6 0 0標準。使用該標準規(guī)定的連接裝置可防止加氫壓力等級超過車輛儲氫系統(tǒng)自身的壓力等級，防止氫能車輛使用非氫氣加氣站加氣，防止非氫能車輛使用加氫站加氫。標準主要內(nèi)容包括具體要求、型式試驗、產(chǎn)品試驗、標志、文件等主要方面，主要內(nèi)容如下[4]。

（1）具體要求主要包括質(zhì)量保證（按照批準的質(zhì)量體系要求建立質(zhì)量控制系統(tǒng)并運行實施）、一般要求（試驗要求、壓力等級互換性、溫度范圍、特征、單位、兼容性）、加氫口（基本要求、外形幾何形狀、流量要求、磨損要求、隔板要求、單向閥、車輛連接）、防護罩蓋（防異物、壓力承受、聯(lián)結(jié)、振動）、加氫槍（基本要求、性能要求、循環(huán)要求、非正常載荷、空氣進入量、預冷氫氣暴露、加氫前連接錯誤試驗）。

（2）型式試驗主要包括基本要求、人機接口試驗、閥門操縱手柄試驗、氧老化試驗、氫氣耐受試驗、室溫泄漏試驗、高低溫泄漏試驗、靜壓強度試驗、跌落實驗、加氫槍耐震試驗、異常載荷試驗、耐久循環(huán)試驗、耐腐蝕試驗、現(xiàn)場連接/組裝部件的變形試驗、污染試驗、熱循環(huán)試驗、預冷氫氣暴露試驗、加氫槍錯誤連接試驗、70 MPa加氫口同低壓加氫槍的兼容試驗、晃動試驗。

（3）產(chǎn)品試驗是用來驗證整個產(chǎn)品周期內(nèi)的質(zhì)量，具體包括批次產(chǎn)品試驗和常規(guī)產(chǎn)品試驗。

（4）標志要求規(guī)定相關(guān)標記應該清晰可讀、易懂；具體要求標記以模壓、鑄造、沖壓或其他成型方式在部件或銘牌上呈現(xiàn)，永久連接標志牌應使用機械方式牢靠連接等；對于加氫槍主要有壓力等級、制造商名稱和商標、認證機構(gòu)批準標志、SAEJ2600標準號、型號、類型、系列號信息；對于加氫口主要有壓力等級、制造商信息、標準號、型號、批次中的可追溯標記信息，以及包裝信息。

（5）文件主要是指說明書，要求制造商必須提供清晰簡明的印刷說明書，應該清楚標明把加氫口連接到管路上的專用工具；加氫口和加氫槍制造商應該提供簡單易懂的印刷說明書和圖形說明方式，內(nèi)容充分說明加氫機設計的流量系數(shù)，現(xiàn)場組裝、安裝、維護、部件更換、適合性和使用、運輸儲存和操作內(nèi)容。

該標準通過對加氫連接裝置、加氫槍、加氫口的設計和試驗內(nèi)容等方面進行規(guī)定，保證了車輛加氫連接裝置的質(zhì)量和使用滿足特殊要求。由于加氫的特殊性，加氫連接裝置不能用于添加天然氣等其他氣體，同時保證高壓加氫裝置不能用于低壓儲氫系統(tǒng)加氫，從而保證加氫連接裝置的專用性和不同壓力型號的兼容性。

3 SAE J2601分析

SAE J2601—202005《輕型氫能地面車輛的加氫協(xié)議》（Fueling Protocols for Light Duty GaseousHydrogen Surface Vehicles）為輕型氫能車輛加氫規(guī)定了查表法、MC公式法兩種協(xié)議[5]。

3.1 使用范圍

SAE J2601為儲氫系統(tǒng)公稱水容積不小于49.7 L的輕型氫能汽車建立了加氫協(xié)議和過程控制條件，其中過程控制條件包括供氫溫度、最大氫氣流量、壓力增長率、加氫結(jié)束壓力。這些條件受到環(huán)境溫度、供氫溫度、車載儲氫系統(tǒng)初始壓力等因素影響。加氫協(xié)議基于以下兩種方法：使用固定壓力增長率的查表法、使用動態(tài)壓力增長率的公式法。兩種方法都可以用于帶通信功能的加氫和不帶通信功能的加氫。其中查表法加氫協(xié)議提供一個加滿氫的壓力目標，而公式法加氫協(xié)議則連續(xù)計算加滿氫氣的壓力目標。對于帶通信功能的加氫，SAE J2601和J2799標準需要組合使用。

影響加氫性能的一個重要因素是加氫站加氫設備的冷卻能力和最終的供氫溫度。SAE J2601規(guī)定的供氫溫度有T40、T30、T20三種（分別對應-40 ℃、-30 ℃、-20 ℃）。在基準條件下，使用T40加氫槍的加氫目標是時間為3 min、SOC為95%～100%（帶通信功能），但對T30和T20及環(huán)境溫度較高的情況，加氫時間會變長。SAE J2601適用范圍：35 MPa（H35）和70MPa（H70）兩個壓力等級，T40、T30、T20三個供氫溫度等級，49.7～248.6 L（H35、H70）和248.6 L以上（H70）的儲氫容量。

3.2 主要內(nèi)容

（1）加氫協(xié)議基本要求，包括性能目標、正常工作邊界、標準協(xié)議三個方面。其中性能目標就是在基準情況下，3min加氫達到95%～100%SOC；正常工作邊界就是保證加到儲氫系統(tǒng)內(nèi)的氫位于最高溫度、最大操作壓力和最大密度的規(guī)定限值內(nèi)（如圖1所示）；標準協(xié)議定義符合基本加氫協(xié)議規(guī)定、基本加氫過程要求、考慮加氫站和車載儲氫系統(tǒng)的假設條件、通過計算機模型和臺架測試展現(xiàn)出在可預見的工作條件下保持CHSS在操作界限內(nèi)的能力、在具有代表性的真正加氫站進行了現(xiàn)場測試和驗證、經(jīng)過SAE燃料電池標準委員會接口工作組評審和批準。其中對于查表法協(xié)議和公式法協(xié)議要分別滿足標準協(xié)議的定義，并在滿足J2601要求的情況下使用其中一種協(xié)議。

（2）加氫過程的基本要求。主要內(nèi)容包括：CHSS儲氫系統(tǒng)的儲存容量限制；測量和傳感器的要求，包括位置、準確度、采樣頻率、可靠性；溫度要求，包括供氫溫度、車載CHSS氣體溫度；壓力要求包括初始壓力、操作壓力；其他要求包括SOC、流量、啟動時間、誤差等。

（3）關(guān)鍵的模型化假設。為開發(fā)查表法加氫協(xié)議，對熱動力模型有幾個假設，主要包括基準條件、車輛和加氫機三個方面。其中從拉斷閥到CHSS的最大基準壓力下降值的假設條件就是基準條件，即CHSS的壓力為10 MPa、拉斷閥處的氫氣溫度-15℃。車輛和加氫站加氫機假設是：在質(zhì)量流量為1.5倍的平均質(zhì)量流量（平均質(zhì)量流量為3 min加滿氫所要求的流量值）的前提下，從加氫口到CHSS的車輛基準壓力下降為20 MPa，加氫機從拉斷閥到加氫槍出口的基準壓力下降至15 MPa。比如對于容量為5 kg的儲氫系統(tǒng)，其假設的質(zhì)量流量為（5000 g）/（180 s）*1.5=41.67 g/s。

（4）查表法加氫協(xié)議。主要內(nèi)容包括基本加氫要求（加氫站標志符、供氫溫度、最小起動時間）、CHSS容量、壓力（初始壓力、APRR容差）、循環(huán)控制、車輛中斷信號、容差、查表法加氫流量表（加氫表和加氫參數(shù)確定）、非通信加氫（加氫過程、加氫結(jié)束）、通信加氫（加氫程序、建立通信、通信缺失、通信數(shù)據(jù)字段定義、過加氫密度限值通信、加氫結(jié)束）、供氫溫度故障和應對程序、完成加氫、低溫情況下加氫機加氫查表。

（5）MC公式法加氫協(xié)議。主要內(nèi)容包括基本加氫要求（加氫站標志符、供氫溫度、最小啟動時間）、CHSS容量、壓力（初始壓力、APRR容差）、循環(huán)控制、車輛中斷信號、容差、MC公式法加氫流量表（加氫表和加氫參數(shù)確定）、非通信加氫（加氫過程、加氫結(jié)束）、通信加氫（加氫程序、建立通信、通信缺失、過加氫密度限值通信、加氫結(jié)束、通信數(shù)據(jù)字段定義）、低溫情況下加氫機加氫。

對于不同壓力和容積的車輛儲氫系統(tǒng)，車輛加氫需要通過實際試驗驗證來保證加氫過程的安全參數(shù)。輕型車輛的儲氫系統(tǒng)容積相對較小，但壓力較大。研究人員通過實際測試分析，得出了利用查表法、MC公式法兩種加氫協(xié)議，這兩種加氫協(xié)議經(jīng)過科學驗證能夠滿足輕型氫能車輛快速安全的加氫需求。

4 SAE J2601-2分析

SAE J2601/2_201409《重型氫能車輛加氫協(xié)議》（Fueling Protocol for Gaseous Hydrogen Powered HeavyDuty Vehicles）規(guī)定了使用高壓氫氣作能源的重型氫能車輛的加氫協(xié)議，為氫能公交車和重型氫能車輛安全加氫的加氫機性能標準提供指南。該技術(shù)報告（目前還沒有成為SAE標準）適用于使用35 MPa的重型氫能車輛加氫系統(tǒng)性能要求，為加氫安全限值和性能要求規(guī)定邊界條件。協(xié)議用于儲氫系統(tǒng)（Compressed Hydrogen Storage System，CHSS）容量大于10 kg的重型氫能車輛。重型氫能車輛的協(xié)議同輕型氫能車輛的加氫協(xié)議SAE J2601是相互獨立的，單獨使用[6]。

4.1 加氫系統(tǒng)和接口基本要求

（1）車載氫氣系統(tǒng)的工作條件，協(xié)議實施方法應該考慮適當?shù)恼`差以保證安全準確地加氫，滿足35 MPa加氫位于規(guī)定的壓力、溫度、密度限值內(nèi)。

（2）車載儲氫系統(tǒng)，假設條件是重型氫能車輛的加氫系統(tǒng)（加氫口到CHSS）和加氫槍的加氫管路部件（拉斷閥到加氫槍出口）的設計使得加氫過程中壓降最小。儲氫系統(tǒng)的設計需要符合CSA HGV-2、SAE J2579、GTR 13或當?shù)胤ㄒ?guī)要求，儲氫系統(tǒng)的壓力釋放裝置（PRD）設計符合ANSI/CSA HPRD 1或當?shù)胤ㄒ?guī)相關(guān)要求。

（3）加氫過程的限值要求。加氫機的加氫算法設計應該保證加氫過程滿足SAE J2601/2。加氫協(xié)議滿足規(guī)定限值：加氫站環(huán)境溫度為- 4 0℃～+50 ℃、加氫機傳感器壓力≤125% NWP、加氫站負責控制加氫過程并在加氫機故障情況下按照相應法規(guī)對CHSS實施過壓保護、車載氫系統(tǒng)的最大壓力≤125% NWP、儲氫系統(tǒng)內(nèi)氫氣平均溫度≤85 ℃、加氫結(jié)束時儲氫系統(tǒng)SOC≤100%、加氫站選擇三種加氫流量（快速加氫≤120 g/s、常規(guī)加氫≤60 g/s、低速加氫≤30 g/s）之一限制加氫流量。用于重型氫能車輛快速加氫的加氫槍不能連接標準的H35加氫口。

（4）重型氫能車輛加氫操作的特殊要求。環(huán)境溫度變化可能導致出現(xiàn)過溫和過壓情況，加氫站必須考慮這些情況并采用對應措施調(diào)整加氫協(xié)議。

（5）故障加氫閥的驗證過程。在沒有進行現(xiàn)場驗證之前，公交加氫站加氫不能高于經(jīng)過溫度補償?shù)哪繕藟毫Α，F(xiàn)場驗證就是驗證車輛氫瓶上的加氫閥是否故障，以免發(fā)生單個氫氣瓶的過壓情況。具體可以根據(jù)ANSI/ISA-75.02.01-2008標準來驗證加氫閥的故障情況。

4.2 使用重型氫能車輛的加氫機對輕型車輛加氫

由于擔心輕型氫能車輛加氫出現(xiàn)過壓、過溫、密度超限值情況，重型氫能車輛加氫站的工作人員在加氫時必須能夠識別重型氫能車輛和輕型氫能車輛。所有設計可用于重型和輕型氫能車輛互換的加氫機應該滿足SAE J2601的所有要求。如果用于重型氫能車輛的加氫機位于具有可能給輕型氫能車輛加氫的潛在風險的區(qū)域，加氫機操作人員必須保證不能對輕型氫能車輛加氫。

4.3 重型氫能車輛加氫機的選項

（1）主動通信。重型氫能車輛和加氫站之間的主動通信可以提高加氫質(zhì)量，部分公交車制造商已經(jīng)規(guī)定加氫前必須進行通信連接。車輛和加氫站制造商對通信協(xié)議應該達成一致意見，可用SAEJ1939或J2799標準定義車輛和加氫站之間的通信方法。

（2）目標壓力計算方法。能夠加到目標壓力的加氫機應該具有一個目標壓力算法，來計算每次加氫的目標壓力值。加氫過程應該一直持續(xù)到加氫機的壓力傳感器達到目標壓力。加氫機控制系統(tǒng)應該使用合適的加氫算法來保證在每次加氫時氫罐壓力不超過加氫限值。

（3）考慮熱冷浸車情況。由于具體操作或者浸車情況，CHSS溫度可能高于或者低于環(huán)境溫度，在加氫協(xié)議中應該考慮這種情況。如果重型氫能車輛的加氫機沒有通信系統(tǒng)來提供CHSS溫度信息，加氫算法應該保證最壞情況下采用的加氫方式不會出現(xiàn)過溫或者密度超限值情況。

4.4 加氫過程的確認和驗證

重型氫能車輛的加氫機性能應該使用車隊的代表性車輛提前進行現(xiàn)場認證和/或驗證，以保證所安裝加氫機的加氫協(xié)議滿足車隊加氫的限值要求。通過試驗證明在最壞情況下加到CHSS中的氫氣在溫度、壓力、SOC限值內(nèi)，并在達到加氫協(xié)議的加滿標準時結(jié)束加氫。

（1）使用車隊車輛驗證加氫機性能。通過加氫過程驗證獲取CHSS在一次典型加氫過程中傳感器的測量值，并同加氫站數(shù)據(jù)一起來確認加氫過程是否成功。

（2）加氫協(xié)議和加氫機性能的現(xiàn)場驗證。應該進行一系列的現(xiàn)場加氫試驗，或者使用經(jīng)過認證的設備來現(xiàn)場驗證加氫機的性能。

（3）工作條件。公交車車隊運行會遇到多種不同工作情況，運營者或者加氫機供應商在設備調(diào)試階段必須進行加氫機系統(tǒng)的測試和驗證。

（4）重型氫能車輛CHSS的氫氣瓶。氫瓶供應商能夠提供多種不同的高壓儲氫罐用于重型氫能車輛。

4.5 重型氫能車輛加氫過程

重型氫能車輛加氫站設計應該考慮當?shù)胤ㄒ?guī)要求，并考慮采用下列部件和功能過程：

（1）加氫站隔離，每個加氫機系統(tǒng)應該至少具有一種自動的加氫機隔離方法，用來在需要啟動加氫機緊急關(guān)停系統(tǒng)的安全事件中隔斷供氫和加氫系統(tǒng)。

（2）氣密驗證。應該驗證加氫站和車輛連接系統(tǒng)的氣密性。開始加氫前，加氫站應該進行加氫站和車輛燃料組合系統(tǒng)的氣密測試。

（3）高壓氣密試驗。在較高壓力下進行高壓氣密試驗，以發(fā)現(xiàn)加氫機系統(tǒng)、加氫軟管、加氫槍可能出現(xiàn)的輕微泄漏。

（4）用于重型氫能車輛的設計考慮。不同的重型氫能車輛加氫系統(tǒng)的壓力下降值會有變化。設計應滿足車輛從加氫口加氫槍接口到儲氫罐的最大期望壓降盡量小。

由于重型汽車的布置空間相對寬松，現(xiàn)在采用的儲氫和加氫壓力一般不超過35 MPa；同時由于重型汽車的能耗較高，其實際儲氫和加氫量也明顯高于輕型車輛。該標準的制定和使用是為了重型車輛的安全快速加氫，并且盡量保證加滿氫。另外標準特別強調(diào)了用于重型車輛的加氫機性能，應該提前進行現(xiàn)場驗證，以保證加氫協(xié)議滿足燃料電池汽車車隊的加氫要求。

5 SAE J2601-3分析

SAE J2601/3_202209《氫能工業(yè)卡車加氫協(xié)議》（Fueling Protocol for Gaseous Hydrogen PoweredIndustrial Trucks），用于氫能工業(yè)卡車（主要是叉車）的加氫機加氫協(xié)議提供指南，為氫能工業(yè)卡車加氫系統(tǒng)建立安全限值和性能要求。該技術(shù)報告（還沒有稱為SAE標準）給出三種加氫方法：使用定面積限流裝置加氫到標稱工作壓力、使用定面積限流裝置加氫到目標壓力、使用變面積限流裝置加氫到目標壓力。報告適用于水容積大于18 L的工業(yè)卡車（叉車）輛氫燃料系統(tǒng)，主要內(nèi)容簡介如下[7]。

5.1 氫燃料系統(tǒng)和接口的基本要求

（1）車輛燃料系統(tǒng)的工作條件。加氫系統(tǒng)負責控制加氫過程，并具有機械的過壓保護系統(tǒng)。車輛燃料系統(tǒng)的設計約束條件：最大壓力不大于125%NWP、平均溫度不大于85 ℃、密度在≤100%SOC對應的密度限值內(nèi)；加氫協(xié)議的設計應滿足加氫過程中車輛儲氫系統(tǒng)的壓力、溫度、密度參數(shù)位于規(guī)定的范圍內(nèi)。

（2）車輛儲氫系統(tǒng)。本報告基于假設為氫能工業(yè)卡車的設計使得加氫口到車輛儲氫罐的壓降最小，車輛儲氫系統(tǒng)設計符合CSA HPIT-1對燃料電池工業(yè)卡車高壓儲氫系統(tǒng)的要求。

（3）加氫過程限值。加氫站環(huán)境溫度- 4 0℃～50 ℃、加氫機壓力傳感器的壓力值小于125%NWP、加氫站過壓保護的設定值小于1.38倍NWP、加氫槍處的氫氣溫度不低于-40 ℃、儲氫瓶內(nèi)氫氣平均溫度不大于85 ℃。

（4）車隊加氫操作的特殊要求。加氫設施供應商和車隊運營商可以選擇包括慢速加氫和快速加氫在內(nèi)的多種加氫方法。在非室溫條件下較高和較低溫度下加氫時，必須對這些特殊環(huán)境情況加以考慮和采取應對措施。

（5）輕型氫能車輛使用HPIT加氫機的特殊要求。不滿足SAEJ2601要求的HPIT加氫機不能用于給輕型氫能車輛加氫。

5.2 HPIT加氫機控制方法

（1）加氫到標稱工作壓力。該方法應該至少包括以下功能部件：設置壓力不大于儲氫系統(tǒng)標稱工作壓力的調(diào)壓器、設置壓力值不大于1.38倍標稱工作壓力的安全閥等過壓保護系統(tǒng)、用來控制平均流量不大于10 g/s的定截面限流裝置、用于控制加氫進程和隔離加氫系統(tǒng)和車載儲氫系統(tǒng)的自動關(guān)斷閥。

（2）使用定節(jié)流孔加到目標壓力。該方法應至少包括以下等功能部件：設置壓力不大于1.25倍標稱工作壓力的調(diào)壓器、設置壓力值不大于1.38倍標稱工作壓力安全閥等過壓保護系統(tǒng)、用來限值平均流量不大于10 g/s的定節(jié)流孔限流裝置、自動關(guān)斷閥。

（3）使用可變節(jié)流孔加氫到目標壓力。該方法應該至少包括以下功能部件：設置壓力值不大于1.38倍標稱工作壓力的安全閥等過壓保護系統(tǒng)、截面限流裝置集成調(diào)壓器和節(jié)流孔的功能并有DCS控制、自動關(guān)斷閥、壓力傳感器用來測量加氫機輸出氫氣壓力、環(huán)境溫度傳感器、氫氣溫度傳感器、加氫平均流量不超過10 g/s的變截面控制裝置。

5.3 HPIT和BRM加氫過程

HPIT快速加氫方法應該包括下列部件和過程：

（1）自動關(guān)斷閥（ASOV），快速加氫系統(tǒng)應至少安裝有一個ASOV來中止加氫過程和隔離氫氣供應和加氫系統(tǒng)。

（2）氣密驗證。加氫過程應該進行初始氣密檢查和加氫過程中的氣密檢查。在加氫機ASOV關(guān)閉情況下，通過壓力傳感器監(jiān)控車輛儲氫瓶的管路泄漏情況。

（3）初始氣密檢查。在HPIT或者BRM連接到加氫系統(tǒng)上后，加氫機應該通過dP/dt變化情況來監(jiān)控加氫機軟管-加氫槍-加氫口-車載氫系統(tǒng)的初始氣密情況。

（4）加氫過程中的氣密檢查。高壓氣密測試在加氫壓力達到80%～90%標稱工作壓力時進行。

5.4 HPIT加氫機可選項

（1）通信。在加氫前需要進行通信連接的加氫機，供應商必須同HTIP銷售商合作實施所要求的通信系統(tǒng)。

（2）儲氫瓶的溫度反饋。對于車載儲氫瓶安裝有溫度傳感器的情況，加氫機通過IRDA通信可以監(jiān)控車載儲氫瓶的溫度信號，并用到具體的加氫算法中。

（3）排水。氫燃料電池BRM設計有排水連接口，對應的水泵流量應該滿足在加氫過程中完成排水。

（4）目標壓力計算方法。加到目標壓力的加氫機應該具有目標壓力算法，加氫機控制系統(tǒng)通過使用溫度和壓力信息來計算加氫目標壓力。

（5）適應冷熱浸車情況。如果HPIT沒有獲取儲氫罐內(nèi)部溫度的途徑，目標壓力算法需假設一個平均開始溫度，且能夠適應車輛比正常操作溫度熱或者冷的情況。

5.5 加氫過程確認和驗證

HPIT加氫機性能應該進行現(xiàn)場驗證，或者使用HPIT車隊中的代表車輛進行型式試驗。加氫機性能試驗設計應反映出加到車載儲氫瓶內(nèi)的氫氣溫度在規(guī)定溫度范圍內(nèi)，并且氫瓶SOC不超過100%。HPIT和BRM應該按照規(guī)定的溫度壓力限值進行加氫，性能試驗應該表明加氫性能在期望的環(huán)境條件下達到了要求。

加氫機性能驗證需要的溫度值來自氫瓶溫度傳感器、壓力值來自車載氫系統(tǒng)入口管路上的壓力傳感器。在加氫機調(diào)試階段，需要進行現(xiàn)場測試來驗證加氫機性能?，F(xiàn)場驗證包括加氫機在加氫開始進行一次氣密測試、加氫達到80%～90% NWP時進行第二次氣密測試，同時要求平均加氫速度不超過10 g/s、儲氫瓶內(nèi)氫氣平均溫度不超過85 ℃。對于出現(xiàn)相關(guān)設施和加氫場所面積等條件限制的情況，應該調(diào)整加氫機的加氫操作以滿足對應的加氫過程限值。

SAE J2601/3標準的適用對象是氫能工業(yè)卡車加氫，雖然該類車輛的加氫壓力和加氫量相對較小，但是同樣也需要安全加氫，并且盡量加滿氫。正因為加氫量較小，標準規(guī)定了可以使用定面積限流裝置加氫到標稱工作壓力、使用定面積限流裝置加氫到目標壓力、使用變面積限流裝置加氫到目標壓力三種方法來滿足具體要求。

6 結(jié) 語

通過對SAE加氫相關(guān)標準的簡單介紹，從車輛高壓氫氣的加氫連接裝置、加氫通信的軟件和硬件、輕型氫能車輛的加氫協(xié)議、重型氫能車輛的加氫協(xié)議、氫能工業(yè)車輛的加氫協(xié)議的基本要求幾個主要方面進行了簡單說明分析，便于相關(guān)技術(shù)人員對SAE加氫相關(guān)標準的學習了解，以期能夠促進我國相關(guān)氫燃料電池汽車的加氫相關(guān)標準的完善和制定。

目前我國燃料電池汽車行業(yè)發(fā)展迅速，國家五部委的燃料電池汽車示范運行政策也明確鼓勵加氫設施的建設。但我國目前缺乏相關(guān)的燃料電池汽車加氫協(xié)議方面的標準或者技術(shù)規(guī)范，尤其是加氫通信方面的標準制定比較滯后。客觀上講來，沒有加氫協(xié)議統(tǒng)一標準這個問題對我國加氫設施的研究開發(fā)帶來了困難，在某種程度上也會影響燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。建議相關(guān)部門和機構(gòu)開展加氫通信協(xié)議方面的研究，積極推進相關(guān)標準的制定。在充分理解SAE等相關(guān)國際標準的基礎上，聯(lián)合科研機構(gòu)、高校、加氫站、加氫機、加氫連接裝置等制造企業(yè)，開展適合我國國情的加氫協(xié)議標準的研究開發(fā)。

參考文獻

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作者簡介

王微，本科，工程師，主要從事車輛能耗、新能源汽車測試評價工作。

王仁廣，博士，教授級高工，主要從事新能源汽車技術(shù)研究。

（責任編輯：張佩玉）