魏佳佳，郭浩浩

燃料電池電動重卡維修安全分析及應(yīng)對策略

魏佳佳，郭浩浩

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

論文基于安全第一的理念，針對燃料電池電動重卡維修過程中存在的三種比較嚴重的潛在危害進行詳細分析，再從安全防護、維修人員、作業(yè)方法、維修環(huán)境和安全管理制度五個維度展開討論，最后結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實際提出應(yīng)對措施與建議，以期對燃料電池電動重卡的安全維修工作提供一定的幫助。

燃料電池電動重卡；潛在危害；維修安全；應(yīng)對策略

2021年10月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，響應(yīng)國家政策，各汽車制造企業(yè)開始大力發(fā)展新能源燃料電池。然而由于燃料電池電動重卡兼具高壓動力電池系統(tǒng)和易燃易爆的供氫系統(tǒng)，在維修過程中將同時面臨高壓觸電危險和氫氣泄漏燃爆危險，稍有不慎，則可能引發(fā)安全事故，因此，在涉及高壓和供氫系統(tǒng)的故障維修過程中，如何保證生命和財產(chǎn)安全，是各主機廠必須重視的問題。

1 燃料電池電動重卡維修過程中的潛在危害

1.1 氫氣泄漏、燃燒和爆炸

燃料電池電動重卡的主要動力源一般都來自車載氫氣和大氣中的氧氣通過化學(xué)作用直接轉(zhuǎn)化的電能，其中氫氣的燃燒和爆炸極限范圍極寬，分別為4%～75%（體積）和4.0%～75.6%（體積濃度）[1]，與空氣混合極易形成爆炸性混合物；氫氣的密度極低，在標準大氣壓下僅為0.09 kg/m3，遠遠低于空氣1.29 kg/m3的密度，極易匯聚在封閉或半封閉空間上方。若車載氫氣發(fā)生泄漏，則極易匯聚在車輛半封閉空間如駕駛室下方或儲氫瓶框架上方，若遇熱、明火或靜電極易發(fā)生爆炸。

1.2 電擊傷害

目前主流的燃料電池電動重卡一般都采用燃料電池與輔助動力電池聯(lián)合驅(qū)動的形式，整車高壓電器系統(tǒng)電壓高達直流（Direct Current, DC）600 V，遠遠超過了行業(yè)規(guī)定人體所能承受的安全電壓DC36 V，且一旦觸電，產(chǎn)生的電流極易導(dǎo)致人員呼吸麻痹和心臟停止[2]，因此，在維修車輛的過程中若操作不當，極易發(fā)生觸電事故，造成人員傷亡。

1.3 高溫和化學(xué)傷害

燃料電池電動重卡的冷卻系統(tǒng)所用的冷卻液一般有兩種，分別是防凍液和對乙二醇的去離子水。在車輛運行過程中，冷卻液的溫度會高達 80℃，操作不慎會對人體造成高溫燙傷。兩種冷卻液都兌了乙二醇，若不慎誤食會導(dǎo)致中毒。

2 燃料電池電動重卡維修安全的應(yīng)對措施與建議

在實際維修車輛的過程中，影響安全事故發(fā)生的因素一般都是綜合性的，如：安全防護、維修人員、作業(yè)方法、維修環(huán)境和安全管理制度等，本文主要基于這5個方面展開論述并提出應(yīng)對措施。

2.1 安全防護裝備和絕緣工具的選用

車輛維修過程中涉及高壓電纜或高壓部件時，觸電傷害是安全事故發(fā)生的主要表現(xiàn)形式，選擇正確的個人安全防護裝備能在一定程度上有效降低作業(yè)人員觸電傷害程度，建議維修作業(yè)按照表1進行選用個人防護與絕緣工具。

表1 高壓維修作業(yè)個人防護與工具選用表

作業(yè)內(nèi)容絕緣手套絕緣鞋絕緣帽絕緣工具絕緣表 拆裝高壓電器件√ √√ 拆裝高壓電纜 √ √√ 拆裝BMS上的MSD√ √ 拆裝動力電池MSD√√√√√ 拆裝正常的動力電池包 √√ √ 拆裝受損的動力電池包√√√√√ 整車充放電操作√√ 維修后整車上高壓電 √√

注：BMS：電池管理系統(tǒng)（Battery Management System）；MSD：手動維護開關(guān)（Manual Service Disconnect）。

靜電是導(dǎo)致氫氣和空氣混合物發(fā)生燃爆的一個因素，在供氫系統(tǒng)維修過程中，若存在氫氣泄漏隱患或氫氣已經(jīng)泄露但必須維修時，相關(guān)工作人員應(yīng)穿戴符合GB 12014規(guī)定的阻燃和防靜電服以及GB 21146規(guī)定的防靜電鞋，使用防靜電工具，并觸摸靜電釋放器以消除身體靜電。

2.2 維修人員的要求及建議

車輛維修人員的主觀不安全行為一定程度上是導(dǎo)致安全事故發(fā)生的主要因素之一，也是主導(dǎo)因素，如：人員配備不規(guī)范、維修人員不具備維修資質(zhì)、安全意識薄弱、不按規(guī)范要求操作等，因此，對車輛維修相關(guān)人員的要求如下：

1）涉及高壓電纜或高壓部件的維修作業(yè)，建議雙人作業(yè)，即配備維修技師和安全監(jiān)護各1名。維修技師需經(jīng)過新能源汽車維修安全操作、維修安全風險因素辨識等培訓(xùn)，并具備新能源汽車維修資質(zhì)。安全監(jiān)護人員除具備維修技師的要求外還必須持有國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局認可的《特種作業(yè)操作證（電工）》，且在有效期內(nèi)。

2）涉及供氫系統(tǒng)管路維修作業(yè)，建議雙人作業(yè)，維修技師和特種作業(yè)人員各1名。維修技師應(yīng)無色盲，經(jīng)過崗位培訓(xùn)能處理如氫氣泄漏和火災(zāi)等事故發(fā)生時的人員疏散、意外傷害的預(yù)防和緊急救護等緊急情況，并考試合格后持證上崗。特種作業(yè)人員除具備維修技師的要求外還應(yīng)經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，持有有效期內(nèi)的特種作業(yè)資格證方可上崗[3]。

3）維修相關(guān)人員應(yīng)具有較強的安全意識，應(yīng)持續(xù)性開展管理和維修人員安全意識提升工作，如：定期開展安全知識培訓(xùn)、安全規(guī)章制度培訓(xùn)、安全技能培訓(xùn)和安全事故案例警示教育培訓(xùn)等。

2.3 維修安全作業(yè)方法要求

在車輛的整個維修周期中，維修作業(yè)比重最大，也是安全事故發(fā)生數(shù)量最多、事故等級最嚴重的環(huán)節(jié)，維修過程中是否按照安全、規(guī)范的作業(yè)方法進行，將直接影響安全事故是否發(fā)生。

2.3.1涉及高壓部件和高壓電纜的維修安全作業(yè)

1）維修前車輛必須關(guān)閉燃料電池，下高壓電和低壓電，與充電樁斷開連接，拆除MSD，并等待至少5 min，以防止有余電。

2）維修前必須按規(guī)定穿戴好個人安全防護裝備，并確認絕緣鞋和絕緣帽不得有破損、開裂現(xiàn)象，絕緣手套不得有針眼、沙孔，以防手通過汗水、油液等與高壓部件之間形成短路。且嚴禁佩戴手表、戒指等金屬飾品。

3）維修過程應(yīng)使用推薦的工具、工裝。否則違規(guī)操作將導(dǎo)致電擊傷亡事故的發(fā)生。

4）燃料電池系統(tǒng)即使在停機之后，燃料電池電堆內(nèi)部的剩余反應(yīng)物（H2和O2）也仍在反應(yīng)并輸出高壓電，且會存在一定時間。在這段時間內(nèi)（至少5 min），燃料電池系統(tǒng)存在觸電的風險，不允許進行維修或其他相關(guān)操作。在維修燃料電池系統(tǒng)及其相關(guān)附件之前，燃料電池系統(tǒng)輸出的電壓必須低于直流36 V。因為存在一些不確定的情況，所以，在任何的維修操作之前必須確認燃料電池系統(tǒng)輸出的電源電壓是否在安全電壓之下。

5）若動力電池受損需要拆除時，建議按圖1所示流程進行。

圖1 受損動力電池拆解流程

若在車輛周圍聞到有機溶劑、汽油、輕油的味道，或內(nèi)部元件如電極、銅排、導(dǎo)線外露于動力蓄電池組箱體外，或尖銳物體刺入動力蓄電池組箱體內(nèi)，或動力蓄電池組箱翹曲、擠壓變形明顯，或動力電池存在漏電情況，則建議按受損嚴重處理。

步驟1：車輛斷電，摘除MSD，斷開低壓蓄電池連接線，等待至少5 min后測量受損動力電池是否漏電，若不漏電，則按正常動力電池進行拆除。

步驟2：拆除工作必須在步驟1的基礎(chǔ)上，拆除人員全程穿戴好所有防護裝備并佩戴防護面罩，使用絕緣工具，并在現(xiàn)場配置全消防設(shè)施，配備急救人員和設(shè)備。

6）維修工作完成后，必須檢查確認所有高壓部件和高壓電纜連接正確、完整后方能裝配MSD。

2.3.2涉及供氫系統(tǒng)的維修安全作業(yè)

供氫系統(tǒng)維修過程中可能發(fā)生的安全事故主要表現(xiàn)為氫氣泄漏燃燒或與空氣混合后爆炸，因此，在維修過程中應(yīng)著重關(guān)注氫氣泄漏情況。

1）若車載氫系統(tǒng)存在故障但不是氫氣泄漏，或氫氣泄漏可通過主關(guān)斷閥能切斷泄漏點前氣源的，車輛應(yīng)按規(guī)定駛?cè)刖S修場所進行維修。

2）若車載氫系統(tǒng)存在氫氣泄漏且不能通過主關(guān)斷閥切斷泄漏點前氣源的，若車輛當前所在位置滿足專用檢修區(qū)要求的，應(yīng)立即臨時設(shè)置為隔離區(qū)并臨時配置消防設(shè)施，同時必須盡快將氫系統(tǒng)內(nèi)的壓力排至不大于0.05 MPa，才能進入維修場所。

3）燃料電池發(fā)動機在非運行狀態(tài)時，供氫管路中仍留存有高壓氫氣。拆裝管路或接頭前，需確保氫氣壓力已降低至安全范圍。即使燃料電池發(fā)動機從整車中拆下發(fā)動機的供氫管路也可能留存氫氣，所以在拆卸燃料電池之前需要先釋放壓力至安全范圍。

4）嚴禁敲擊或碰撞瓶體、管路及各種閥體、附件，維修過程若涉及供氫系統(tǒng)的管路接頭、閥門和壓力表的拆裝和維修等作業(yè)時，維修人員應(yīng)先斷開低壓供電回路，關(guān)閉主關(guān)斷閥與氣瓶閥門，待氫氣排空后方可拆卸故障部位，禁止隨意敲擊、扭曲、挪動全車氫氣管路。車輛在維修好后，必須經(jīng)氫氣泄漏檢測儀檢測合格后才能再次投入使用。

5）嚴禁私自拆卸或緊固氫氣氣瓶、管路、閥類螺栓。供氫系統(tǒng)管接頭、氫氣管路和閥等損壞只許更換，不允許維修。

6）若車載供氫系統(tǒng)進行大修后，則必須再次做耐壓、吹掃和氣密試驗，經(jīng)檢驗符合要求后，車輛才能再次投入使用[4]。

2.3.3氫氣泄漏應(yīng)急處理措施

1）車載氫氣發(fā)生泄漏但未著火時，應(yīng)立即疏散周邊人員，操作車輛下電并關(guān)閉主關(guān)斷閥或氣瓶相關(guān)閥門。若泄漏發(fā)生在室內(nèi)時，宜開啟通風系統(tǒng)對室內(nèi)進行通風置換，以降低室內(nèi)氫氣濃度，防止氫氣積聚形成爆炸性混合物。切斷事故現(xiàn)場電源（防爆電器除外），停止所有無關(guān)作業(yè)，消除一切可能引發(fā)火災(zāi)和爆炸的火種。

2）車載氫氣發(fā)生泄漏并著火時，應(yīng)及時切斷泄露氣源，若不能則需要使用消防水霧以強制降低著火車輛溫度，同時采取如消防水霧噴射其他引燃物質(zhì)等措施，防止火災(zāi)范圍擴大，并立即通知消防部門，迅速組織救援[4]。

3）其他安全注意事項：應(yīng)在泄露車輛至少 10 m范圍內(nèi)設(shè)定危險區(qū)、管控區(qū)和疏散區(qū)，實施必要的出入管制。進入危險區(qū)前應(yīng)使用水槍噴濕地面，穿戴專用服裝，使用防爆搶險工具，以防止摩擦、撞擊產(chǎn)生火花，作業(yè)時設(shè)備應(yīng)確保接地。出現(xiàn)人員受傷立即采取自救或互救措施將受傷人員撤離現(xiàn)場。

2.3.4其他特殊安全作業(yè)

1）添加、更換冷卻液需要待車輛下高壓電約10 min以后再進行，以防高溫冷卻液噴濺對人體造成高溫燙傷。

2）更換冷卻液時需要做好必要的面部防護，以防誤食冷卻液中毒。若不慎誤食，需立即就醫(yī)。

2.4 維修環(huán)境要求

燃料電池電動重卡不僅有高達DC600 V的高壓電器系統(tǒng)，車載供氫系統(tǒng)的氫氣屬于易燃易爆氣體，車輛維修過程中可能同時面對觸電事故和氫氣泄漏燃爆事故，安全風險非常大，因此，車輛在維修時需要停放在專門劃分的燃料電池電動重卡維修區(qū)域。維修區(qū)域一般建議設(shè)置在室外通風、遠離火源和熱源的地方為最佳，若維修區(qū)域設(shè)置在室內(nèi)，則需配置防爆通風設(shè)施和氫氣泄漏檢測報警系統(tǒng)并在車輛進入前開啟[5]。

維修區(qū)域需要懸掛維修安全作業(yè)規(guī)范、觸電事故應(yīng)急預(yù)案、氫氣泄漏事故應(yīng)急預(yù)案，并配備消防器材（干粉滅火器）。車輛維修期間，應(yīng)在車體顯著位置懸掛警告標識，如：高壓危險、小心觸電，壓縮氫氣、危險，正在維修、禁止操作等，同時建議將維修區(qū)域設(shè)置為隔離區(qū)。

2.5 安全管理制度

在汽車維修領(lǐng)域，與燃油、燃氣和純電動車輛的維修相比，燃料電池電動重卡的維修屬于高危型作業(yè)。有必要且必須建立健全各項安全管理制度，包括檢查制度、維修安全管理制度、安全操作規(guī)章、安全培訓(xùn)管理和應(yīng)急預(yù)案等。通過各項安全管理制度，進行系統(tǒng)安全的管理維修和監(jiān)護作業(yè)以及安全培訓(xùn)等，營造主動安全文化氛圍，強化作業(yè)人員安全意識和主動安全行為，及時消除安全隱患，減少安全事故[6]。

3 結(jié)語

隨著儲氫技術(shù)的進一步發(fā)展，燃料電池電動重卡必將迎來良好的市場前景，而故障維修則是廣大用戶（包括使用和維修人員）必然要面對的現(xiàn)實，廣大燃料電池電動汽車設(shè)計、生產(chǎn)和維修等從業(yè)人員應(yīng)持續(xù)探索以安全為前提和根本的維修作業(yè)規(guī)范，對安全維修相關(guān)的人員、方法、環(huán)境、防護和管理制度進行標準化、體系化，以實現(xiàn)維修作業(yè)零事故。

[1] 戴建新,張永輝.氫能源汽車加氫站設(shè)計中的安全分析[J].中國設(shè)備工程,2020(14):238-240.

[2] 鄭傳琴,王正衛(wèi).純電動車輛高壓部分維修安全問題剖析[J].內(nèi)燃機與配件,2019(19):157-158.

[3] 全國氫能標準化技術(shù)委員會.氫系統(tǒng)安全的基本要求:GB/T 29729—2013[S].北京:中國標準出版社,2012.

[4] 全國汽車標準化技術(shù)委員會.示范運行氫燃料電池電動汽車技術(shù)規(guī)范:GB/T 24548—2009[S].北京:中國標準出版社,2009.

[5] 全國汽車標準化技術(shù)委員會.氫燃料電池電動汽車示范運行配套設(shè)施規(guī)范:GB/T 29124—2012[S].北京:中國標準出版社,2012.

[6] 夏文.化工機械設(shè)備維護維修與安全管理分析[J].價值工程,2020,39(36):157-158.

Maintenance Safety Analysis and Countermeasures of Fuel Cell Electric Heavy Truck

WEI Jiajia, GUO Haohao

( Shaanxi Heavy Duty Automobile Company Limited, Xi'an 710200, China )

In this paper, based on the concept of safety first, in view of the fuel cell electric heavy maintenance exist in the process of three kinds of serious potential hazards for detailed analysis, and out of safety protection, maintenance personnel, method of operation and maintenance of the environment and safety management system discussed in five dimensions, finally combining the reality of enterprise production put forward the countermeasures and suggestions, and in order to provide some help for the safety maintenance of fuel cell electric heavy truck.

Fuel cell electric heavy truck;Potential hazard;Maintenance safety;Coping strategy

U472.42

A

1671-7988(2023)11-28-04

魏佳佳（1986－），男，工程師，研究方向為工藝技術(shù)，E-mail:weijiajia@sxqc.com。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.011.005