近日,GB/T 24549-2020《燃料电池电动汽车 安全要求》(以下简称《安全要求》)经国家标准化管理委员会正式发布,并将于2021年4月1日实施。该标准规定了整车安全要求、系统安全要求,并新增储氢容器和管路、泄压体统等要求,及整车氢气排放、整车氢气泄漏等测试,对于行业安全发展、产业健康发展具有重要意义。《产品安全与召回》邀请参与该标准修订的有关专家进行深度解读。

 标准升级引领产业发展

氢能是未来能源系统的重要组成部分,也是燃料电池电动汽车的动力来源。我国高度重视氢能与燃料电池汽车发展,在《中国制造2025》《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》等顶层规划中都明确了其战略性地位,并将发展氢能和氢燃料电池技术列为重点任务,将氢燃料电池电动汽车列为重点支持领域。但由于是新技术、新产品,社会公众对氢燃料电池电动汽车的安全尚有疑虑。产业发展,标准先行。“2009版的《安全要求》的出台,对当时燃料电池电动汽车的安全运行起到了重要的支撑作用。”该专家指出。但与此同时,近年来,我国在燃料电池电动汽车领域取得较大进展,形成了从整车到关键部件的综合研发能力,尤其是M1、M3类燃料电池汽车成果丰硕,关键部件类产品取得多项突破。为适应新的产业发展现状,标准亟需升级完善。同时,联合国也推出了关于燃料电池汽车安全的全球技术法规,中国全面参与了这一过程。按照1998协议的精神,中国也要把全球技术法规(GTR)的技术内容转化为中国的国家标准。

“基于以上原因,全国汽车标准化技术委员会电动车辆分标委(以下简称‘分标委’)提出针对2009版《安全要求》的修订计划,该标准修订计划由国家标准化管理委员会下达,2014年下达计划号20140520-T-339。”该专家告诉记者。

通力合作 内外兼顾

据该专家介绍,早在2006年,分标委就成立了燃料电池汽车标准研究工作组。该工作组包含国内外多家整车、零部件企业以及检测中心。在接到2009版《安全要求》的修订任务后,工作组全体成员分别在2014年11月至2017年4月期间多次召开会议,研究技术内容,起草标准文本。

“当时主要涉及以下四项工作:一是研究国内的技术发展现状,讨论旧版GB/T 24549-2009标准的技术内容;二是研究全球技术法规GTR 13的内容;三是重点研究对于国内暂时没有对应项目的部分如何处理;四是标准的框架。”该专家回忆道。


由于本标准内容庞杂,涉及领域众多,为此,工作组第七次会议根据工作组成员的业务领域划分为5部分:总体负责、燃料电池系统、氢系统、结构安全和电安全。

同时,考虑到GTR的重要性,原则上认可其技术内容,但在结构上按照中国标准的编制思路进行,即《安全要求》分为如下板块:正文、附录A压缩氢气储存系统要求、附录B车辆燃料系统要求、附录C燃料系统安全性验证试验、附录D压缩氢气储存系统试验方法、附录E电安全试验方法和附录F型式认证试验条件与方法验。2019年4月,工作组又针对目前所有的燃料电池电动汽车相关标准进行了梳理,对《安全要求》的定位做了进一步阐述,将其定位为整车层面的要求与试验,原征求意见稿中的非整车项目均被删除。2019年8月,工作组针对燃料电池电动汽车的整车密闭空间测试项目进行了相关讨论,并进行了相关的验证试验。2019年12月,在电动汽车分标委审查会上,工作组根据审查专家组的意见和建议对送审稿进行修改完善,并最终形成了现在的标准内容。保安全也要兼顾执行性该专家告诉记者,该标准适用于使用压缩气态氢的燃料电池电动汽车。对比2009版,《安全要求》主要增加了整车氢气排放、整车氢气泄漏、氢气低剩余量提醒要求;储氢容器和管路、超压泄放系统要求;燃料管路氢气泄漏及检测、氢气泄漏报警装置功能要求;整车密闭空间测试;并删除了碰撞后安全要求。主要解决以下问题:第一,整车氢气排放。按照GB/T 37154-2018《燃料电池电动汽车 整车氢气排放测试方法》怠速热机状态氢气排放章节规定的试验方法进行测试,氢气浓度(体积浓度,下同)应满足以下要求:a)在进行正常操作(包括启动和停机)时,任意连续3s内的氢气浓度不超过4%;b)在任何瞬时氢气浓度不大于8%。第二、整车氢气泄漏。在驾驶员容易识别的部位安装氢气泄漏警告装置,该装置能根据氢气泄漏量的大小发出不同的警告信号。泄漏量与警告信号的级别由制造商根据车辆的使用环境和要求决定。一般情况下,空气中氢气浓度≥2%±1%时,发出警告;空气中氢气浓度≥3%±1%立即关断氢供应;但如果车辆装有多个氢系统,允许仅关断有氢泄漏部分的氢供应。“此处2%±1%和3%±1%的规定,目的在于给厂商提供一定的设计自由度,例如厂商可以规定大于1%的氢气浓度即发出警告,大于2%氢气浓度,关断氢供应;也可以规定大于3%的氢气浓度即发出警告,大于4%氢气浓度,关断氢供应。尽管此处规定数值范围存在重叠,但是在实际执行过程中,对于单一车辆而言,并不矛盾,具有可执行性。”该专家解释道。第三、燃料管路氢气泄漏及检测。应采用泄露检测液或者气体检测仪的方法对燃料管路的可接近部分进行氢气泄漏检测,并对接头部位进行重点泄漏检测。对于储氢瓶与燃料电池堆之间的管路,泄漏检测压力为实际工作压力;对于加氢口至储氢瓶之间的管路,泄漏检测压力为1.25倍的NWP(正常工作气压)。第四、整车密闭空间测试。该试验是为了检验车辆停放在无机械通风的密闭空间(每小时空气交换率不大于0.03)内的氢气泄漏情况。试验过程中,若任一位置的氢气浓度超过1%,应立即停止试验,并开启通风。安全要求背后的验证分析

据该专家介绍,为了验证相关规定的科学性和可行性,工作组针对部分重点以及新增加要求进行了充分验证。具体来看,主要集中在以下四方面:一是整车氢气排放。测量方法:a)从燃料电池发动机起动开始进行氢气排放相对浓度测量,直至燃料电池发动机完全停机;b)测量点位置:排气管中心线延长线上距离排气管出口100mm处。测量结果:a)试验车辆排放浓度满足在进行正常操作(包括启动和停机)时,任意连续3s内的氢气浓度不超过4%;b)在任何瞬时氢气浓度不大于8%。二是整车氢气泄漏。测量方法:针对试验车辆,分别采用3%和4%的氢气混合气体对氢气浓度传感器进行吹气,从而检测车辆反应。测量结果:在实际测试中,车辆处于待机状态下,当气体浓度超过3%,此时车辆仪表盘出现红色H2符号和黄色叹号,并且提示,氢气检测装置故障,请与4s店联系。如果气体浓度超过4%,仪表盘出现红色H2符号和黄色叹号,并且提示,氢气检测装置故障,请进入安全区域,并与4s店联系,由于关断了截止阀,车辆会提示燃料残余低下,输出功率限制。


三是燃料管路氢气泄漏及检测。

试验方法:采用泄露检测液或者气体检测仪的方法对燃料管路的可接近部分进行氢气泄漏检测,并对接头部位进行重点泄漏检测。对于储氢瓶与燃料电池堆之间的管路,泄漏检测压力为实际工作压力;对于加氢口至储氢瓶之间的管路,泄漏检测压力为1.25倍的NWP。试验结果:储氢气瓶附近的氢气浓度较高,前储氢系统附近浓度为68ppm,后储氢气瓶附近浓度为87ppm。其他针对可接近部分采用气体检测仪进行检测,试验车辆氢气泄漏浓度小于2ppm。四是整车密闭空间测试。试验方法:(1)车辆在密闭空间外完成一次完整的启动、停机过程;(2)车辆进入密闭空间后,停机,并在规定的环境条件下浸车12h;(3)浸车完成后,检查环境和试验舱内的氢气浓度,当氢气浓度为0ppm时,关闭密闭空间,并开始记录氢气浓度传感器数据。试验结果:试验车辆氢气浓度随静置时间线性上升。静置8h,舱内氢气浓度水平处于30~100ppm内。标准实施 保证行业安全发展

《安全要求》将于2021年4月1日正式实施。谈及该标准的意义,该专家指出,氢的各种内在特性,决定了氢能系统有不同于常规能源系统的危险特征,比如易燃、易泄漏、氢脆等,而且由于氢的使用范围不广,使用经验不够丰富,在使用者的可接受心理上也存在着较大问题,所以为了氢能系统和燃料电池汽车的进一步发展以及相关氢能安全标准的制定,对氢能的安全性和燃料电池汽车的氢安全问题进行研究非常必要。该标准的发布实施,对于保证行业安全发展,促进产业健康发展都有着重要的作用
                                                                                                                            信息来源:《产品安全与召回》2020年12月刊