廣告
首頁(yè) > 汽車測(cè)試技術(shù) > 正文
質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)安全——通用安全性、關(guān)鍵部件及安全影響因素
2022-03-10 22:53:19· 來(lái)源：汽車測(cè)試網(wǎng)
??質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)是燃料電池電動(dòng)汽車與純電動(dòng)汽車的最主要區(qū)別，也是燃料電池電動(dòng)汽車與純電動(dòng)汽車安全性差異的根本原因。燃料電池系統(tǒng)的輸出性能是燃
??質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)是燃料電池電動(dòng)汽車與純電動(dòng)汽車的最主要區(qū)別，也是燃料電池電動(dòng)汽車與純電動(dòng)汽車安全性差異的根本原因。燃料電池系統(tǒng)的輸出性能是燃料電池電動(dòng)汽車動(dòng)力性能的基礎(chǔ)，既要滿足車用功率需求，也要滿足空間布局限制。其中，車用燃料電池系統(tǒng)功率通常達(dá)到幾十至上百千瓦，使用過(guò)程中氫氣流量大，產(chǎn)熱功率大，輸出電壓電流大，涉及機(jī)械、電氣、熱、化學(xué)等各種安全要求，且集中布置于緊湊有限的空間中；另外，還要承受車輛運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)沖擊和冷熱雨塵等環(huán)境影響，這對(duì)燃料電池系統(tǒng)的安全性能提出了非常高的要求。
本章將重點(diǎn)分析質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的安全問(wèn)題，給出可以采取的安全措施，從而對(duì)燃料電池系統(tǒng)安全問(wèn)題形成更深的了解和認(rèn)識(shí)。
一、質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)通用安全性
質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造應(yīng)充分考慮在正?；蚍钦Ｊ褂眠^(guò)程中可能遇到的各種故障或事故導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)，采取相應(yīng)的處理措施加以避免，并參照GB/T 7826-2012 進(jìn)行相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以及可靠性分析。對(duì)無(wú)法避免的安全風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)提供安全提示標(biāo)識(shí)和處理說(shuō)明和聲光等警示以及自動(dòng)和/或手動(dòng)處理措施。
質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的可接觸部件不得具有可能造成人身傷害的尖利的邊、角和粗糙表面；若無(wú)法避免，則制造商應(yīng)設(shè)計(jì)相關(guān)的警示標(biāo)識(shí)。
質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的各個(gè)部件及其連接件在正常使用過(guò)程中，應(yīng)能避免可能導(dǎo)致危害其安全性能的失穩(wěn)、變形、斷裂或磨損。
質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的制造商應(yīng)采取措施避免因接觸或靠近質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)溫度較高的部件而帶來(lái)的危害。
當(dāng)管道內(nèi)含有爆炸性、可燃性或有毒流體時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，并對(duì)取樣點(diǎn)與出口處進(jìn)行標(biāo)識(shí)。
二、質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)關(guān)鍵部件及安全影響因素
燃料電池子系統(tǒng)主要包括空氣供應(yīng)子系統(tǒng)、氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)和功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)?？諝夤?yīng)子系統(tǒng)的關(guān)鍵部件包括空氣過(guò)濾器、空壓機(jī)、中冷器、加濕器和空氣壓力調(diào)壓閥等；氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)的關(guān)鍵部件包括儲(chǔ)氫瓶、減壓閥、加濕器、氫氣尾排電磁閥等。熱管理系統(tǒng)的關(guān)鍵部件包括水泵、散熱器、節(jié)溫器、散熱器、冷卻風(fēng)扇、水箱和熱敏電阻（Positive Temperature Coefficient，PTC）等。
功率調(diào)節(jié)模塊，根據(jù)不同方案，關(guān)鍵部件一般包括單向DC/DC 電壓變換器或雙向DC/DC 電壓變換器、電能儲(chǔ)能模塊和燃料電池控制器（Fuel Cell Control Unit，F(xiàn)CU）等。
空氣和氫氣的溫度、壓力、濕度和流量等參數(shù)對(duì)燃料電池堆的性能影響較大，各個(gè)子系統(tǒng)須保證進(jìn)入燃料電池堆的空氣和氫氣各項(xiàng)指標(biāo)滿足各工況點(diǎn)的要求。熱管理系統(tǒng)分為高溫冷卻和低溫啟動(dòng)系統(tǒng)，針對(duì)不同的運(yùn)行條件，應(yīng)制定相應(yīng)的策略進(jìn)行切換，保證燃料電池的高低溫適應(yīng)性。功率整合模塊需要根據(jù)車載功率需求，調(diào)整燃料電池堆模塊和電能儲(chǔ)能模塊的功率占比，保證燃料電池工作在高效率區(qū)，提高燃料電池系統(tǒng)整體效率，并保證系統(tǒng)功率輸出滿足整車動(dòng)力性要求。
1、控制系統(tǒng)及保護(hù)部件
設(shè)計(jì)和制造燃料電池系統(tǒng)的控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)滿足安全和可靠性分析的要求，確保系統(tǒng)部件的單點(diǎn)故障不會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)情況發(fā)生，設(shè)計(jì)的手動(dòng)裝置應(yīng)明確標(biāo)識(shí)，可防止意外調(diào)節(jié)、啟動(dòng)與關(guān)閉。
燃料電池控制系統(tǒng)一般應(yīng)具備下述報(bào)警信息：負(fù)載過(guò)載、氫氣泄漏、燃料電池故障、輔助儲(chǔ)能模塊故障、DC/DC 變換器模塊故障、供氫壓力低、供氫壓力高、系統(tǒng)輸出電壓高、系統(tǒng)輸出電壓低、短路、過(guò)溫、環(huán)境溫度高、環(huán)境溫度低、空氣壓力低、空氣壓力高、冷卻水路壓力低、冷卻水路壓力高、通訊故障、系統(tǒng)絕緣低、空壓機(jī)故障等。系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并能通過(guò)通信接口將報(bào)警信號(hào)傳送到近端、遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備。
（1）保護(hù)功能
燃料電池系統(tǒng)應(yīng)在以下幾種工況下，在控制系統(tǒng)中提供緊急關(guān)機(jī)和非正常關(guān)機(jī)功能：
1）過(guò)載保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)輸出在額定功率100%-110%之間，持續(xù)10min 或輸出超過(guò)額定功率110%，持續(xù)3s，電能變換單元（如DC/DC 變換器）應(yīng)自動(dòng)進(jìn)入輸出限流保護(hù)狀態(tài)；故障消除后，應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)工作。在上述工況下，燃料電池系統(tǒng)應(yīng)能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
2）燃料電池系統(tǒng)入口氫氣高、低壓保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到供氫壓力低于系統(tǒng)規(guī)定的最低壓力，應(yīng)發(fā)出報(bào)警，燃料電池系統(tǒng)故障停機(jī)，同時(shí)主動(dòng)關(guān)斷閥件停止供氫；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到供氫壓力高于系統(tǒng)規(guī)定的最高壓力時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警，燃料電池系統(tǒng)故障停機(jī)，關(guān)斷儲(chǔ)氫系統(tǒng)電磁閥停止供氫，同時(shí)通過(guò)泄壓裝置，及時(shí)釋放壓力。
3）輸出過(guò)電壓及欠電壓保護(hù)。系統(tǒng)輸出電壓超過(guò)過(guò)壓保護(hù)設(shè)定值或者低于欠壓設(shè)定值時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；當(dāng)電壓超過(guò)過(guò)壓保護(hù)設(shè)定值時(shí)，燃料電池系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)關(guān)機(jī)保護(hù)。
4）短路或漏電保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)中有電路短路或漏電時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)能通過(guò)顯示屏或聲光等方式發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)可自動(dòng)切斷燃料電池發(fā)電輸出線或緊急關(guān)機(jī)。
5）氫氣泄漏保護(hù)。系統(tǒng)應(yīng)具有氫氣泄漏檢測(cè)功能，并在發(fā)生泄漏時(shí)能發(fā)出報(bào)警信號(hào)；氫泄漏濃度超過(guò)2%，燃料電池系統(tǒng)自動(dòng)切斷氫氣源或緊急關(guān)機(jī)。
6）系統(tǒng)過(guò)溫保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)冷卻水出口溫度超過(guò)溫度限值，應(yīng)發(fā)出報(bào)警，燃料電池系統(tǒng)故障停機(jī)。
7）燃料電池故障保護(hù)。當(dāng)燃料電池出現(xiàn)單體電壓以及壓差超過(guò)限定值，燃料電池系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)進(jìn)入輸出限流保護(hù)狀態(tài)，故障消除后，應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)工作；如果故障無(wú)法消除，應(yīng)發(fā)出報(bào)警，并請(qǐng)求燃料電池系統(tǒng)停機(jī)。
（2）保護(hù)部件
1）為保證燃料電池系統(tǒng)能夠正常、安全運(yùn)行，系統(tǒng)中應(yīng)安裝恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)部件。保護(hù)部件應(yīng)滿足以下要求：
①保護(hù)性裝置安裝位置應(yīng)滿足維護(hù)和檢測(cè)要求。
②保護(hù)性裝置應(yīng)獨(dú)立于其他裝置可能具有的各種功能。
③配置隔離型DC/DC 變換器的燃料電池系統(tǒng)，應(yīng)具備獨(dú)立的絕緣監(jiān)測(cè)能力。
④應(yīng)提供諸如安全泄放閥等限壓裝置。
⑤氫氣濃度傳感器應(yīng)根據(jù)IEC 61779-6 規(guī)定進(jìn)行選擇、安裝、校對(duì)、使用和維護(hù)。
2）若控制系統(tǒng)邏輯發(fā)生故障、控制系統(tǒng)硬件發(fā)生故障或受到損壞，則應(yīng)滿足以下要求：
①在關(guān)機(jī)命令發(fā)出后，任何操作都不能阻止關(guān)機(jī)。
②手動(dòng)部件，如緊急關(guān)機(jī)按鈕、氫氣供應(yīng)管路或燃料儲(chǔ)存裝置的閥門或供氣按鈕等的關(guān)閉功能不受到妨礙。
③保護(hù)裝置應(yīng)保持完整的有效性。
④發(fā)電系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生意外重啟。
2、輔助系統(tǒng)核心部件
（1）輔助系統(tǒng)子系統(tǒng)及核心部件的范圍
燃料電池系統(tǒng)的輔助子系統(tǒng)主要包括反應(yīng)物供應(yīng)系統(tǒng)、熱管理子系統(tǒng)、水管理子系統(tǒng)、自動(dòng)控制子系統(tǒng)及功率調(diào)節(jié)子系統(tǒng)。
反應(yīng)物供應(yīng)系統(tǒng)包括空壓機(jī)、加濕器、氫氣循環(huán)泵或引射器等?？諌簷C(jī)的任務(wù)是提供燃料電池發(fā)電所需要的氧化劑（氧氣），要求空壓機(jī)能夠提供滿足最高功率所需的空氣。加濕器是燃料電池發(fā)電系統(tǒng)另一重要部件，由于燃料電池中的質(zhì)子交換膜需要有水潤(rùn)濕的狀態(tài)下才能夠傳導(dǎo)質(zhì)子，因此反應(yīng)氣體需通過(guò)加濕器加濕后，將攜帶質(zhì)子傳輸需要的水分送入燃料電池內(nèi)。氫氣循環(huán)泵或引射器作用是在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)氫氣回路上把未反應(yīng)氫氣從燃料電池出口直接泵回燃料電池入口，與入口反應(yīng)氣匯合后進(jìn)入燃料電池，這樣可以提高氫氣在燃料電池陽(yáng)極流道內(nèi)流速，防止陽(yáng)極水的累積，避免陽(yáng)極水淹，同時(shí)也起到提高氫氣利用率的目的。
熱管理子系統(tǒng)包括散熱器和配套風(fēng)扇、管路、循環(huán)流體泵、閥門、傳感器件、冷卻器件、冷卻流體儲(chǔ)存箱與補(bǔ)充箱等，上述部件均應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。水管理子系統(tǒng)包括管路、循環(huán)水泵、閥門、傳感器件、水儲(chǔ)存與補(bǔ)充箱等，應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。燃料電池發(fā)電系統(tǒng)回收生成水用作氫氣或氧氣增濕使用或其他使用用途時(shí)，應(yīng)去除水中對(duì)發(fā)電系統(tǒng)有害的物理顆粒與金屬離子。
自動(dòng)控制子系統(tǒng)包括為保障燃料電池發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行進(jìn)行調(diào)節(jié)與監(jiān)控所必需的傳感器件、線路、執(zhí)行器件、控制器件、軟件程序等，均應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。
功率調(diào)節(jié)子系統(tǒng)根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部裝置所消耗的功率和對(duì)外輸出功率的要求，通過(guò)DC/DC 變換器對(duì)燃料電池堆的輸出電流、電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)符合使用要求的功率輸出。
（2）輔助系統(tǒng)中電氣元件的一般要求
電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及電氣電子設(shè)備應(yīng)用，應(yīng)滿足相關(guān)電子產(chǎn)品應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)提供技術(shù)范圍以選擇恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用，告知系統(tǒng)集成商燃料電池電氣元件合適的運(yùn)行環(huán)境條件、運(yùn)行和儲(chǔ)存的環(huán)境溫度、濕度范圍。若系統(tǒng)集成商提供電子元件，應(yīng)告知必要技術(shù)規(guī)范，以保證安全。
位于燃料電池系統(tǒng)封裝內(nèi)的電子元件應(yīng)符合GB 3836.14-2014 《爆炸性環(huán)境第14 部分：場(chǎng)所分類爆炸性氣體環(huán)境》中規(guī)定的危險(xiǎn)場(chǎng)所分類要求，使用GB 3836.1-2010《爆炸性環(huán)境第一部分：設(shè)備通用要求》中規(guī)定的保護(hù)技術(shù)。
（3）輔助系統(tǒng)中橡膠零部件的一般要求
在制造商規(guī)定的產(chǎn)品壽命內(nèi)，所有材料應(yīng)能滿足運(yùn)行的最高溫度和最高壓力的綜合要求，并能與正常使用、維護(hù)和檢修可接觸到的其他材料和化學(xué)品相容。
外殼體的聚合物零部件和橡膠零部件應(yīng)防止被機(jī)械損傷。聚合物和橡膠管路可根據(jù)使用情況，必要時(shí)加裝防護(hù)套管或外罩；作為氫氣、空氣排放系統(tǒng)管路，應(yīng)采用抗冷凝物腐蝕的材質(zhì)制作，應(yīng)鑒定其耐溫、強(qiáng)度和抗冷凝物反應(yīng)的性能。
輸送氫氣的聚合物或橡膠管件應(yīng)預(yù)防可能的過(guò)熱，在溫度達(dá)到比氫氣輸送管路材料的最低變形溫度（Heat Deflection Temperature，HDT）還低10℃之前，控制系統(tǒng)應(yīng)能切斷氫氣的供應(yīng)。設(shè)計(jì)時(shí)考慮安全及可靠性，采用適當(dāng)?shù)男箟貉b置或方法來(lái)保護(hù)零部件，防止過(guò)壓引起損壞。
運(yùn)輸流體（如氫氣）的非金屬管材會(huì)在其內(nèi)外表面積累靜電荷，并且部分電荷可轉(zhuǎn)移至管材兩端連接的金屬配件上，管材外表面或配件的放電有可能足以點(diǎn)燃環(huán)境中的易燃?xì)怏w。因此，用于危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的聚合物或橡膠材料應(yīng)具有防止靜電電荷累積的有效措施，如具有導(dǎo)電性；或通過(guò)測(cè)試證明，測(cè)試電壓達(dá)到1000V，末端電阻小于1MΩ/m，即表明該非金屬管材材料可減輕電荷積累現(xiàn)象，因而可選用該管材；或通過(guò)靜電累積試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)正常和非正常工作條件下，管材材料上不會(huì)因?yàn)榱黧w流過(guò)管材而產(chǎn)生引燃的靜電荷。在不滿足上述要求的情況下，設(shè)計(jì)時(shí)須將流體氣速限定在特定值之內(nèi)，使靜電荷不會(huì)在這種非金屬材料上產(chǎn)生累積。
硫化橡膠和熱塑性橡膠部件應(yīng)按GB/T 3512-2014《硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱試驗(yàn)》中的規(guī)定進(jìn)行熱空氣加速老化試驗(yàn)和耐熱試驗(yàn)（老化時(shí)間不低于96h），試驗(yàn)后性能應(yīng)仍滿足燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的要求。
（4）主要部件的安全要求
1）空壓機(jī)安全要求?？諌簷C(jī)是燃料電池空氣供應(yīng)的關(guān)鍵部件，不同的燃料電池系統(tǒng)匹配應(yīng)不同類型的空壓機(jī)。目前可選的幾種空壓機(jī)類型包括：螺桿空壓機(jī)、離心式空壓機(jī)、活塞空壓機(jī)、羅茨空壓機(jī)、反饋空壓機(jī)、卷軸空壓機(jī)和葉片空壓機(jī)?？諌簷C(jī)安全設(shè)計(jì)需要考慮以下因素：具有高壓互鎖功能；
強(qiáng)弱電間距保證5mm 以上，強(qiáng)電弱電區(qū)域分離；防觸指設(shè)計(jì)；X 電容及Y 電容均按照電氣規(guī)范使用；
通訊、控制及模擬部分全部通過(guò)光耦隔離或磁隔離進(jìn)行設(shè)計(jì)；直流母線設(shè)計(jì)放電電阻。
2）PTC 安全要求。PTC 的工作原理是，加熱電阻通電后發(fā)熱，溫度升高，阻值升高，PTC 控制器根據(jù)出水溫度控制其加熱功率。PTC 加熱器高壓供電要求在允許電壓范圍，具有高壓短路和高壓過(guò)載保護(hù)，高壓接線端對(duì)外殼的絕緣電阻大于等于500MΩ（DC 1000V）。使用時(shí)還需注意電壓范圍以及內(nèi)腔耐壓范圍。
3）水泵安全要求。水泵是燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的“心臟”，它通過(guò)增大冷卻液的流速來(lái)給燃料電池堆調(diào)溫。水泵主要參數(shù)有流量、揚(yáng)程、絕緣及EMC 能力。此外，水泵還需要實(shí)時(shí)反饋當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)或故障狀態(tài)。水泵的安全防護(hù)（GB/T 18488.1-2015《電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)》中的5.2.7 節(jié)）主要包括：高壓正負(fù)端輸入≥1000VDC，高壓接插器與機(jī)座絕緣≥50MΩ（冷態(tài)）；高壓正負(fù)端輸入≥DC1000V，內(nèi)部充滿冷卻液時(shí)液體與殼體絕緣≥50MΩ。
4）DC/DC 變換器安全要求。DC/DC 變換器作為氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，用于將燃料電池輸出電壓轉(zhuǎn)換為與整車電池動(dòng)力母線匹配的直流電壓，通過(guò)對(duì)燃料電池輸出功率的精確控制，實(shí)現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)與整車動(dòng)力系統(tǒng)之間的動(dòng)力匹配；同時(shí)，DC/DC 變換器內(nèi)應(yīng)有主/被動(dòng)放電能力，在燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)后，燃料電池堆內(nèi)多余的反應(yīng)氣體產(chǎn)生的能量可通過(guò)該泄放電阻充分消耗。DC/DC變換器的安全防護(hù)要求主要包括：漏電電流≤2mA（DC 2500V 測(cè)試）；絕緣電阻≥50MΩ（DC 1000V測(cè)試）。
5）氫氣循環(huán)泵安全要求。氫氣循環(huán)泵是燃料電池系統(tǒng)輔助部件中的關(guān)鍵部件，配備氫氣循環(huán)裝置可以有效提升氫氣利用率，并使得陽(yáng)極側(cè)氫氣分配更加均勻，同時(shí)帶走從陰極滲透至陽(yáng)極的液態(tài)水。
氫氣循環(huán)泵在安裝時(shí)注意安裝方式是否正確，在使用期間要保持輸入電壓穩(wěn)定，同時(shí)轉(zhuǎn)速和壓力不可以急停急啟。設(shè)計(jì)好氫氣循環(huán)泵故障時(shí)的保護(hù)策略，可有效降低危險(xiǎn)發(fā)生的概率。
3、外殼、管路及連接件
（1）概述
燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的外殼應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛性、耐腐蝕性，可起到支撐保護(hù)作用，并應(yīng)滿足存儲(chǔ)、運(yùn)輸、安裝及最終工作環(huán)境條件要求。
燃料電池系統(tǒng)的管路及其連接件等配件應(yīng)滿足以下規(guī)定：
1）與氫氣相關(guān)的金屬部件，其抗氫脆性應(yīng)符合HB 5067-2005《鍍覆工藝氫脆工藝試驗(yàn)（系列）》中的規(guī)定。
2）與氫氣相關(guān)的橡膠部件應(yīng)符合ISO 15916-2015 中的規(guī)定。
3）易被腐蝕的部件應(yīng)采取有效措施進(jìn)行防腐蝕保護(hù)，如涂耐腐蝕保護(hù)層。
4）管路系統(tǒng)應(yīng)能承受制造商規(guī)定的最大允許工作壓力1.5 倍的壓力，并通過(guò)氣密性試驗(yàn)。
5）流體泄漏不致產(chǎn)生危險(xiǎn)的部位可采用螺紋連接，如空氣供應(yīng)回路、冷卻回路；其他接縫都應(yīng)焊接，或按制造商要求與制定的密封部件裝配連接；為防止流體的泄漏，流體管路中使用的接頭應(yīng)是磨口接頭、法蘭接頭或壓力接頭。
6）應(yīng)徹底清理管路的內(nèi)表面以除去顆粒物，應(yīng)仔細(xì)清除管路端口的障礙物和毛刺。
7）除氫氣外，當(dāng)管路中其他氣體壓力可能超過(guò)103.4kPa，或液體液壓可能超過(guò)1103kPa，或溫度可能超過(guò)120°C 時(shí)，管路及其接頭等配件應(yīng)符合GB/T 20801-2006（所有部分）的規(guī)定。
8）選用柔性管路及相關(guān)配件輸送氣體時(shí)，該柔性管理應(yīng)適用于氣體輸送，氫氣管路應(yīng)特別考慮如老化、脆化、微孔等因素的影響。
（2）金屬管路及其配件
燃料電池系統(tǒng)的金屬管路及其連接件應(yīng)符合GB/T 20972.1-2007《石油天然氣工業(yè)油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料第1 部分：選擇抗裂紋材料的一般原則》的規(guī)定，與氫氣相關(guān)的系統(tǒng)金屬管路及其配件，其抗氫脆性應(yīng)符合HB 5067-2005《鍍覆工藝氫脆工藝試驗(yàn)（系列）》中的規(guī)定，防止當(dāng)進(jìn)入燃料電池系統(tǒng)的氫氣前端減壓閥發(fā)生故障時(shí)，導(dǎo)致系統(tǒng)管路有高壓氫氣而發(fā)生氫脆。
燃料電池系統(tǒng)的氫氣管路及連接裝置應(yīng)能防止應(yīng)力腐蝕開裂。高壓下承載或輸送流體的剛性與柔性管路和配件都應(yīng)按照ISO 16528：2007 Boilers and pressure vessels 中的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝和試驗(yàn)。
燃料電池系統(tǒng)的金屬管路系統(tǒng)應(yīng)能承受最高運(yùn)行溫度和最高運(yùn)行壓力的共同作用，并能與使用、維修和保養(yǎng)時(shí)所可能接觸的其他材料、化學(xué)品相容。金屬管路系統(tǒng)應(yīng)保持完好，并應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，滿足耐振動(dòng)性要求。
燃料電池系統(tǒng)的金屬成型彎管在彎曲時(shí)不應(yīng)產(chǎn)生影響使用的缺陷，不可因加工成形導(dǎo)致失效，應(yīng)符合以下要求：
1）只可用專用折彎設(shè)備及工藝制作彎頭。
2）所有彎頭光滑，不可產(chǎn)生變形、裂縫或其他明顯機(jī)械損傷。
3）管道縱向焊縫在彎頭中軸附近。
4）彎頭內(nèi)半徑不得低于制造商規(guī)定的最小半徑。
（3）非金屬管路及其配件
在燃料電池系統(tǒng)中使用聚合物和橡膠管路、部件，以及使用其他非金屬管路和工件，應(yīng)滿足以下要求：
1）管路及配件的材料在使用壽命內(nèi)能承受最高運(yùn)行溫度和最高運(yùn)行壓力，并在壽命期間內(nèi)與其他材料和化學(xué)品兼容，具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。
2）燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的塑料或彈性部件應(yīng)避免受到機(jī)械損傷，可對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備或機(jī)組的其他機(jī)械設(shè)備做適當(dāng)?shù)钠帘我悦獍l(fā)生故障。
3）應(yīng)對(duì)用來(lái)輸送易燃?xì)怏w的塑料或彈性部件密閉艙室加以保護(hù)，防止過(guò)熱的可能性。
4）如果燃料流溫度達(dá)到低于燃料輸送部件所用材料最低熱變形溫度10℃以上，且無(wú)法停止時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)切斷燃料流動(dòng)。
5）在危險(xiǎn)位置使用塑料或彈性材料，應(yīng)導(dǎo)電或以其他方式設(shè)計(jì)（如限制流量或其他方法）以避免靜電積聚。
6）由于塑料或彈性材料的導(dǎo)電性不足，一般只應(yīng)用于非危險(xiǎn)區(qū)域。
7）非金屬管路及配件應(yīng)能承受最高運(yùn)行溫度和最高運(yùn)行壓力的共同作用，不允許釋放對(duì)人身、環(huán)境有害的物質(zhì)，并能與燃料電池發(fā)電系統(tǒng)使用、維修和保養(yǎng)時(shí)可能接觸的其他材料、化學(xué)品相容，應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，滿足耐振動(dòng)性要求。
8）輸送易燃?xì)怏w的塑料或橡膠管件應(yīng)預(yù)防可能的過(guò)熱，所用材料的最低熱變形溫度應(yīng)高于燃料電池發(fā)電系統(tǒng)允許的最高溫度或設(shè)定溫度。
9）非金屬管每米的電阻最大不能超過(guò)1MΩ。
（4）氫氣管路及其配件
燃料電池系統(tǒng)使用的氫氣管路及其配件應(yīng)滿足以下要求：
1）燃料電池發(fā)電系統(tǒng)外殼內(nèi)的氫氣管路應(yīng)有效固定或釆用其他有效措施避免磨損，氫氣管路及其配件的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)應(yīng)符合GB/T 20801-2006《壓力管道規(guī)范工業(yè)管道》（所有部分）的規(guī)定。
2）燃料電池系統(tǒng)氫氣管路的排放口與帶電部件之間應(yīng)保持一定的間隙，一般情況下不小于50mm；當(dāng)氫氣管路與帶電部件被很好地固定從而不會(huì)因發(fā)生移位導(dǎo)致間隙小于12.7 mm 時(shí)，間隙可小于50mm；或者帶電部件位于限流電路上而不會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致危險(xiǎn)發(fā)生的電能時(shí)，間隙可小于50 mm。
3）燃料電池系統(tǒng)氫氣管路及連接裝置應(yīng)能防止應(yīng)力腐蝕開裂，高壓下承載或輸送流體的剛性與柔性管路和配件都應(yīng)按照ISO 16528-2007 中的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝和試驗(yàn)；管路在燃料電池系統(tǒng)正常、緊急情況、故障運(yùn)行和停車條件下，都應(yīng)能在最大允許工作壓力和最大允許工作溫度下使用。
4）燃料電池系統(tǒng)氫氣管路安裝和檢修完成后，應(yīng)對(duì)氫氣管路進(jìn)行吹掃，避免有異物進(jìn)入燃料電池系統(tǒng)。
（5）外殼防護(hù)
燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的外殼應(yīng)具有保護(hù)操作人員不受帶電部件、過(guò)熱部件（溫度超過(guò)表5-1 所列的規(guī)定溫度）等存在危險(xiǎn)性部件的傷害，在帶電或過(guò)熱部位應(yīng)具有警示標(biāo)識(shí)，警示標(biāo)識(shí)應(yīng)符合GB/T2894-2016 的規(guī)定。
為消除因燃料電池發(fā)電系統(tǒng)外殼、操作桿、把手、旋鈕外表面等在正常運(yùn)行過(guò)程中可能與操作人員或環(huán)境接觸的部件溫度過(guò)高帶來(lái)的對(duì)操作人員或環(huán)境的損害風(fēng)險(xiǎn)，上述部件的表面溫度應(yīng)符合表5-1所列的規(guī)定，否則應(yīng)安裝防護(hù)罩或其他防護(hù)裝置直到符合標(biāo)準(zhǔn)。
表5-1 允許表面溫度
燃料電池系統(tǒng)外殼安全防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮外力擠壓、跌落、振動(dòng)、沖擊等工況下外殼結(jié)構(gòu)對(duì)燃料電池系統(tǒng)的防護(hù)，確保系統(tǒng)仍能夠滿足功能要求。外殼防護(hù)材料應(yīng)符合ROHS（Restriction of Hazardous Substances）要求，還應(yīng)滿足客戶特殊要求，如識(shí)別硫含量等有害化學(xué)成分。
燃料電池系統(tǒng)外殼不得具有可能造成人身傷害的尖利邊角和粗糙表面，金屬外殼通常應(yīng)設(shè)計(jì)良好的接地點(diǎn)，避免尖銳帶電體的尖端放電。
燃料電池系統(tǒng)外殼應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度、耐用性、耐腐蝕性及其他物理特性，以在存儲(chǔ)、運(yùn)輸、安裝及最終使用地區(qū)的工作環(huán)境條件下，避免出現(xiàn)外殼的局部塌陷、間距縮小、結(jié)構(gòu)松動(dòng)、零部件移動(dòng)或其他嚴(yán)重缺陷，防止增大著火和意外事故的危險(xiǎn)。
如果燃料電池系統(tǒng)安裝于車輛易涉水部位，則燃料電池系統(tǒng)外殼的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)應(yīng)符合IP67 防護(hù)等級(jí)。
由于故障或其他原因，燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的零件可能松動(dòng)或被甩出，因此外殼應(yīng)足以容納這些零件并能防止它們甩出。
在系統(tǒng)全生命周期內(nèi)，外殼通風(fēng)口設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到正常工作情況下不會(huì)被塵埃、雪花或植物堵塞；
在系統(tǒng)全生命周期內(nèi)，根據(jù)燃料電池系統(tǒng)的使用壽命要求和使用區(qū)域環(huán)境要求來(lái)確定系統(tǒng)的防腐蝕等級(jí)。
如果系統(tǒng)外殼內(nèi)有保溫材料，保溫材料在正常情況下除導(dǎo)熱率低以外還應(yīng)具有吸水性低、阻燃性好、電絕緣性能好等特點(diǎn)。
4、導(dǎo)線及接地
（1）燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部導(dǎo)線及元器件的一般要求
1）燃料電池發(fā)電系統(tǒng)使用過(guò)程中，內(nèi)部導(dǎo)線和元器件應(yīng)能夠承受最大電流的使用要求，同時(shí)承受發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下可能產(chǎn)生的任何溫度。
2）在規(guī)定的允許溫度下，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部的導(dǎo)線和元器件的機(jī)械強(qiáng)度不會(huì)降低，不會(huì)因?yàn)闊崤蛎浂^(guò)材料允許承受的應(yīng)力，不會(huì)損壞鄰近的絕緣部件。
3）燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部導(dǎo)線的選用應(yīng)符合GB 3836.4-2010《爆炸性環(huán)境第4 部分：由本質(zhì)安全型“i”保護(hù)的設(shè)備》中5.6 節(jié)的規(guī)定。
4）燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部導(dǎo)線及元器件的連接裝置應(yīng)符合GB 3836.4-2010《爆炸性環(huán)境第4 部分：
由本質(zhì)安全型“i”保護(hù)的設(shè)備》中7.2 節(jié)的規(guī)定，與金屬部件接觸的內(nèi)部導(dǎo)線，應(yīng)有機(jī)械保護(hù)或加以適當(dāng)固定以防損壞。
（2）接地要求
1）燃料電池發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部部件的導(dǎo)體外殼應(yīng)同電平臺(tái)連接，確保在氫氣泄漏時(shí)，不會(huì)因靜電引燃?xì)錃狻?
2）燃料電池系統(tǒng)的CAN 總線支路距離控制符合規(guī)范，CAN 總線中包括包含信號(hào)地和屏蔽地，兩者不可混淆。
3）CAN 總線屏蔽地可理解為CAN 屏蔽層，一般為編織銅網(wǎng)，所有控制器節(jié)點(diǎn)的CAN 屏蔽層引腳連接至屏蔽層后，屏蔽層需單點(diǎn)接地，在抗干擾能力最差的地方單點(diǎn)接地，保證外來(lái)的干擾信號(hào)可被該層導(dǎo)入大地，屏蔽線接法避免采用擰股方式。
4）CAN 總線的信號(hào)地也稱為隔離地，為使電子設(shè)備工作時(shí)有一個(gè)統(tǒng)一的參考電位，避免有害電磁場(chǎng)的干擾，使設(shè)備穩(wěn)定可靠的工作，設(shè)備中的信號(hào)電路應(yīng)統(tǒng)一參考地。
5）若使用單屏蔽層雙絞線作為信號(hào)地，則信號(hào)地理想的接法是使用專門的信號(hào)線將所有節(jié)點(diǎn)信號(hào)地連接，起到統(tǒng)一參考地的作用。但如果缺少信號(hào)地線，亦可將所有節(jié)點(diǎn)信號(hào)地都連接到屏蔽層，但這樣屏蔽效果就將大打折扣。所有節(jié)點(diǎn)信號(hào)地接到屏蔽層后，屏蔽層需單點(diǎn)接地，不可多點(diǎn)接地，否則會(huì)在信號(hào)地線上形成地環(huán)流；另外，為了加大供電地與信號(hào)地之間的隔離電阻，阻止共地阻抗電路耦合產(chǎn)生的電磁干擾，需采用隔離浮地設(shè)計(jì)，通過(guò)阻容方式將屏蔽層與外殼隔離。
6）燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部高壓零部件（B 級(jí)電壓電路）一般需接地處理，如可導(dǎo)電外殼，遮欄應(yīng)傳導(dǎo)連接至電平臺(tái)，這一方面是為了改善EMC，另一方面是為了滿足安全需要，具體要求可參考5.3.5 節(jié)關(guān)于高壓電安全設(shè)計(jì)的內(nèi)容。
（3）導(dǎo)線設(shè)計(jì)及選型要求
相較于傳統(tǒng)車輛，燃料電池電動(dòng)汽車的線束具有大電流、大電壓、大線徑和導(dǎo)線數(shù)量多的特點(diǎn)。
其在設(shè)計(jì)及選型方面的要求如下：
1）溫度要求：燃料電池道路車輛的線束其電纜允許長(zhǎng)期工作的溫度不超過(guò)125℃，如果電纜的布置環(huán)境溫度超過(guò)了電纜允許的工作溫度，則可通過(guò)增大電纜截面積的方法來(lái)滿足環(huán)境溫度的要求。
2）耐壓要求：根據(jù)GB/T 18384.3-2015 中的規(guī)定，彼此無(wú)電連接的電路之間介電強(qiáng)度應(yīng)能耐受2UAC+1000V 的試驗(yàn)電壓，不發(fā)生閃爍擊穿現(xiàn)象。
3）線束拉脫力要求：電纜壓接至接插器后，拉脫力不應(yīng)小于最小拉脫力規(guī)定；根據(jù)SAE J 1742-2010，最小拉脫力規(guī)定值見表5.2。
表5.2 最小拉脫力表
（4）導(dǎo)線選型及布線設(shè)計(jì)方法
燃料電池電動(dòng)汽車的高壓輸出線一般采用高壓導(dǎo)線AC 600V/900V（根據(jù)ISO19642），采用壁厚高線，壁厚0.6mm~1.1mm；采用耐熱導(dǎo)線，耐熱150℃或以上；可選用硅橡膠導(dǎo)線，交聯(lián)聚乙烯/交聯(lián)聚烯烴材料。
對(duì)于線束接插器的密封要求如下：與高壓接插器匹配，采用導(dǎo)線密封件、熱縮管、Pass-thru 密封件、橡膠件等多種方式進(jìn)行密封，以實(shí)現(xiàn)防水防塵（IP67，IP69K）。
在布線設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮以下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：靜態(tài)負(fù)載情況下，最小轉(zhuǎn)彎半徑4 倍導(dǎo)線外徑；動(dòng)態(tài)負(fù)載情況下，最小轉(zhuǎn)彎半徑8 倍導(dǎo)線外徑；高低壓導(dǎo)線間距最小不低于100mm；高壓接插器出線端到第一個(gè)固定點(diǎn)的距離不大于100mm，相鄰固定點(diǎn)之間的距離一般不超過(guò)150~200mm；走線應(yīng)避免形成大的電磁環(huán)；高低壓平行走線間隔距離需大于400mm，如果實(shí)際情況的確無(wú)法達(dá)到該要求，高低壓需相互垂直走線；要求導(dǎo)線具有良好的圓整度、尺寸穩(wěn)定性能、老化性能。
點(diǎn)贊 0 反對(duì) 0 舉報(bào) 0
收藏 0
評(píng)論 0 分享 47
廣告 編輯推薦
最新資訊
-
開年豪擲1.8億搶用戶，又一車企加入“價(jià)格
2026-03-04 16:05
-
聯(lián)合國(guó)法規(guī)R60對(duì)兩輪車操縱件與指示裝置的
2026-03-04 12:08
-
標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)|《汽車異種材料鉚接接頭拉伸性能
2026-03-04 11:40
-
“汽車大角度座椅 第1部分：通用要求”將有
2026-03-04 11:39
-
“汽車大角度座椅 第2部分：可靠性要求”將
2026-03-04 11:39
