孫田 蘭昊 郝冬 陳光 楊沄芃

摘 要：近年來隨著燃料電池電動汽車技術(shù)不斷升級，與35 MPa車載氫系統(tǒng)相比，公稱壓力為70 MPa的車載氫系統(tǒng)具有儲氫體積密度大可提高整車?yán)m(xù)駛里程的優(yōu)點，在乘用車上得到廣泛應(yīng)用。而在GB/T 26990—2011《燃料電池電動汽車車載氫系統(tǒng)技術(shù)條件》及GB/T 29126—2012《燃料電池電動汽車車載氫系統(tǒng)試驗方法》中僅適用于公稱工作壓力不超過35 MPa的車載氫系統(tǒng)，而且該版標(biāo)準(zhǔn)已實施十余年，已不能完全適應(yīng)現(xiàn)階段燃料電池電動汽車車載氫系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀，因此2023年11月，我國發(fā)布了GB/T 26990—2023《燃料電池電動汽車車載氫系統(tǒng)技術(shù)條件》，該標(biāo)準(zhǔn)修改和增加了部分技術(shù)內(nèi)容以適應(yīng)當(dāng)前燃料電池電動汽車行業(yè)發(fā)展水平。本文將闡述GB/T 26990—2023的主要技術(shù)內(nèi)容及其與上一版標(biāo)準(zhǔn)的異同，并對新標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)技術(shù)內(nèi)容和測試方法進(jìn)行解析，供行業(yè)內(nèi)企業(yè)參考。

關(guān)鍵詞：燃料電池電動汽車，車載氫系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.05.030

0 引 言

近年來，隨著國家對氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展，燃料電池電動汽車（Fuel Cell ElectricVehicles，F(xiàn)CVs）技術(shù)得到快速發(fā)展。為提高燃料電池電動汽車?yán)m(xù)駛里程，70 MPa車載氫系統(tǒng)已在乘用車領(lǐng)域廣泛應(yīng)用且已有部分企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)也開始著手70 MPa車載氫系統(tǒng)在商用車領(lǐng)域應(yīng)用方案的設(shè)計開發(fā)。車載氫系統(tǒng)的可靠性與安全性是燃料電池電動汽車的大規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)條件之一，然而我國于十余年前發(fā)布的GB/ T 26990—2011《燃料電池電動汽車車載氫系統(tǒng)技術(shù)條件》[1]和GB/ T 29126—2012《燃料電池電動汽車車載氫系統(tǒng)試驗方法》[2]（以下簡稱舊版標(biāo)準(zhǔn)）中僅適用于工作壓力不超過35 MPa的車載氫系統(tǒng)，雖然GB/ T 26990—2011與GB/ T 29126—2012后續(xù)發(fā)布了修改單，將適用工作壓力由不超過35 MPa修改為不超過70 MPa，但經(jīng)過多年技術(shù)發(fā)展該版的標(biāo)準(zhǔn)已無法適用于現(xiàn)階段燃料電池電動汽車的技術(shù)現(xiàn)狀。因此，全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會電動車輛分技術(shù)委員會組織多家機(jī)構(gòu)修訂形成了GB/T 26990—2023《燃料電池電動汽車車載氫系統(tǒng)技術(shù)條件》[3]（以下簡稱2023版標(biāo)準(zhǔn)），該標(biāo)準(zhǔn)替代了GB/T 26990—2011及GB/T 29126—2012，修改和增加了部分車載氫系統(tǒng)技術(shù)要求和試驗方法，可以滿足現(xiàn)階段燃料電池電動汽車技術(shù)發(fā)展趨勢。本文將重點分析2023版標(biāo)準(zhǔn)中的主要技術(shù)內(nèi)容，并將其與舊版標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析。

1 標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容

2023版標(biāo)準(zhǔn)共分為7章，規(guī)定了燃料電池汽車車載氫系統(tǒng)技術(shù)條件與試驗方法，其內(nèi)容主要包括：范圍，規(guī)范性引用文件，術(shù)語和定義，測量參數(shù)、單位、準(zhǔn)確度和分辨率，要求，試驗條件，試驗方法，本文對標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵性技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行介紹與分析。

1.1 要求

燃料電池汽車車載氫系統(tǒng)技術(shù)要求中，主要是圍繞車載氫系統(tǒng)外觀標(biāo)志、安全要求等提出了相關(guān)技術(shù)要求，主要包括一般要求、安裝強(qiáng)度要求、氣密性要求、環(huán)境適應(yīng)性要求四部分。

1.1.1 一般要求

車載氫系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面需要考慮合理性和安全性因素，為車載氫系統(tǒng)安全運行和后期保養(yǎng)、維修提供基礎(chǔ)性保障。一般要求中，主要是對以下9個方面進(jìn)行規(guī)定，見表1。

1.1.2 安裝強(qiáng)度要求

燃料電池汽車在行駛過程中如果遇到緊急剎車、路面沖擊或碰撞等特殊情況，車載氫系統(tǒng)會受到一定沖擊載荷，因此在安裝強(qiáng)度要求中要求儲氫氣瓶（組）需按照2.3.2中試驗要求進(jìn)行沖擊和靜推試驗，保證沖擊試驗完成后儲氫氣瓶（組）應(yīng)固定在固定座上，緊固部件未出現(xiàn)變形、斷裂、松動現(xiàn)象，靜推試驗后儲氫氣瓶與固定座最大相對位移不得超過13 mm，以保證車載氫系統(tǒng)受到?jīng)_擊和靜力作用下的安全可靠性。

1.1.3 氣密性要求

車載氫系統(tǒng)為高壓氫氣的儲存和傳輸裝置，因此其氣密性是保障燃料電池汽車安全的基礎(chǔ)條件。氣密性要求中，瓶體、瓶閥、管路和各連接處應(yīng)該保證密封良好，按照2.3.3中氣密性試驗方法進(jìn)行氣密性測試用檢漏液測試時各階段各檢測點3 min應(yīng)無氣泡產(chǎn)生，用氣體檢測儀測試時各階段各連接點的泄漏率應(yīng)不大于1×10-4 mbarL/s。

1.1.4 環(huán)境適應(yīng)性要求

當(dāng)燃料電池汽車在運行過程中，會受到在高溫、低溫、濕熱、鹽霧、振動等極端環(huán)境的影響和作用，因此車載氫系統(tǒng)需具備一定的環(huán)境適應(yīng)能力保證燃料電池汽車性能及壽命。在環(huán)境適應(yīng)性要求中，對于車載氫系統(tǒng)提出了高低溫、鹽霧、濕熱和振動四種環(huán)境適應(yīng)性要求，具體要求見表2。

1.2 試驗條件

為避免環(huán)境因素導(dǎo)致試驗結(jié)果偏差，在GB/ T26990—2023中，對試驗條件進(jìn)行了規(guī)定，要求大氣壓力應(yīng)不低于91 kPa，溫度在5～35℃之間，相對濕度小于95%。風(fēng)速方面要求，在試驗場地距離地面1.2 m高處測量風(fēng)速時平均風(fēng)速應(yīng)小于3 m/s，陣風(fēng)小于5 m/s。同時規(guī)定試驗氣體為清潔的干燥氫氣或10%以上的氦氣與氮氣的混合氣。

1.3 試驗方法

1.3.1 主關(guān)斷閥試驗方法

進(jìn)行主關(guān)斷閥試驗時，將主關(guān)斷閥下游管路與壓力檢測裝置和截止閥連接，向氣瓶（組）中充裝干燥空氣或氮氣至車載氫系統(tǒng)公稱工作壓力。通電并關(guān)閉截止閥，壓力示數(shù)升高，則主關(guān)斷閥正常開啟；斷電并打開截止閥，壓力示數(shù)下降一段時間保持穩(wěn)定則主關(guān)斷閥正常，共循環(huán)3次。

1.3.2 安裝強(qiáng)度試驗方法

根據(jù)車載氫系統(tǒng)在實車上的安裝方式將樣品固定在試驗臺，還原實際使用場景不應(yīng)有加固措施。試驗過程中，向氣瓶（組）中充裝干燥空氣或氮氣至額定充裝重量，也可以采用氣瓶重量加額定充裝重量的試驗工裝代替，但工裝氣瓶外徑應(yīng)與儲氫氣瓶相同，保證施力時不變形。氣瓶安裝強(qiáng)度試驗分為動態(tài)試驗和靜態(tài)試驗兩部分。

動態(tài)試驗中，要求對試驗對象施加半正弦沖擊波，并至少保持30 ms，相關(guān)要求見表3。

靜態(tài)試驗中，要求調(diào)整施力機(jī)構(gòu)，施力點通過任一儲氫氣瓶重心，施力點方向分別為汽車前進(jìn)方向、汽車左右任一方向、垂直固定底座向上方向，施力大小為儲氫氣瓶充滿后質(zhì)量的8倍，對施力對象施力，到達(dá)設(shè)定之后，自動停止施力，并能夠?qū)崟r記錄力和位移數(shù)據(jù)，繪制“力-位移”的關(guān)系曲線。

1.3.3 氣密性試驗方法

在進(jìn)行氣密性試驗前，應(yīng)通過加氫口對車載氫系統(tǒng)內(nèi)氣體進(jìn)行置換，保證置換后車載氫系統(tǒng)內(nèi)氣體中氧氣體積濃度不超過0.5%。

測試時，針對35 MPa和70 MPa兩種車載氫系統(tǒng)按標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定步驟分別加壓至公稱壓力1.25倍，在每個壓力點用檢漏液或氦檢儀進(jìn)行檢漏。加壓至1.25倍公稱壓力后，保壓5 min，觀察各部件有無損壞。

1.3.4 環(huán)境適應(yīng)性試驗方法

環(huán)境適應(yīng)性試驗中包含高低溫試驗、鹽霧試驗、濕熱試驗和振動試驗四個部分，要求被測車載氫系統(tǒng)需加注氣體至公稱工作壓力并按上述順序進(jìn)行試驗，每次試驗結(jié)束后需按照1.3.3中規(guī)定方法進(jìn)行氣密性測試。

低溫試驗中，將被測系統(tǒng)靜置在-40℃試驗環(huán)境12 h以上，然后環(huán)境溫度升至25℃再靜置12 h以上，重復(fù)以上過程三次；高溫試驗中，將被測系統(tǒng)靜置在60℃試驗環(huán)境12 h以上，然后環(huán)境溫度降至25℃再靜置12 h以上，重復(fù)以上過程三次。

濕熱試驗參考GB/T 2423.4的測試條件進(jìn)行試驗，其中最高溫度是60℃±3℃，共循環(huán)5次。試驗結(jié)束后在試驗環(huán)境溫度下靜置觀察2 h以上。

振動試驗中，將試驗對象安裝固定在振動臺上，對每個方向分別施加隨機(jī)和定頻振動載荷，標(biāo)準(zhǔn)中建議加載順序為z軸隨機(jī)、z軸定頻、y軸隨機(jī)、y軸定頻、x軸隨機(jī)、x軸定頻。標(biāo)準(zhǔn)中對不同車輛上的車載氫系統(tǒng)振動參數(shù)進(jìn)行區(qū)分，分為裝載在M1、N1類車輛上的車載氫系統(tǒng)和裝載在除M1、N1類以外的車輛上的車載氫系統(tǒng)兩種。

鹽霧試驗按照GB/T 2423.17的測試條件進(jìn)行試驗，鹽溶液采用氯化鈉（化學(xué)純、分析純）和蒸餾水或去離子水配制的5%±1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）溶液。在35℃±2℃下pH值在6.5～7.2之間。一個循環(huán)持續(xù)24h，在35℃±2℃下對試驗對象噴霧8 h，然后靜置16h，共進(jìn)行6個循環(huán)。

2 與2011版標(biāo)準(zhǔn)的比較

相較于2011版標(biāo)準(zhǔn)，2023版標(biāo)準(zhǔn)顯著的特征是增加了部分試驗方法，并且對部分定義和試驗內(nèi)容進(jìn)行了修改。此外2023版標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)內(nèi)容上也有諸多的調(diào)整。相較于2011版標(biāo)準(zhǔn)，2023版標(biāo)準(zhǔn)中新增或刪減的內(nèi)容如表4所示。

2023版標(biāo)準(zhǔn)除上述新增的內(nèi)容外，在一些技術(shù)條件及試驗要求上存在一些變動，這些內(nèi)容的對比分析如表5所示。

3 結(jié) 語

通過對GB/T 26990—2023《燃料電池電動汽車車載氫系統(tǒng)技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容進(jìn)行分析，并將其與GB/T 26990—2011《燃料電池電動汽車車載氫系統(tǒng)技術(shù)條件》和GB/T 29126—2012《燃料電池電動汽車車載氫系統(tǒng)試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，闡釋了2023版標(biāo)準(zhǔn)中主要技術(shù)要求的變動情況。本文的分析有助于相關(guān)企業(yè)及技術(shù)人員較好理解2023版標(biāo)準(zhǔn)中變動，有利于推動燃料電池汽車車載氫系統(tǒng)技術(shù)快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 燃料電池電動汽車車載氫系統(tǒng)技術(shù)條件：GB/T 26990—2011[S].

[2] 燃料電池電動汽車車載氫系統(tǒng)試驗方法：GB/T 29126—2012[S].

[3] 燃料電池電動汽車車載氫系統(tǒng)技術(shù)條件：GB/T 26990—2023[S].

作者簡介

孫田，碩士研究生，工程師，主要研究方向為燃料電池系統(tǒng)及車載氫系統(tǒng)測試與評價技術(shù)。

郝冬，通信作者，博士，高級工程師，GB/T 26990-2023主要起草人之一，主要研究方向為燃料電池及關(guān)鍵部件測試評價方法。

（責(zé)任編輯：袁文靜）