GB/T 24549—2020主要内容简析

2021-11-22杨沄芃王祥祥

客车技术与研究 2021年5期

杨沄芃，赵鑫，王祥祥

(中国汽车技术研究中心有限公司, 天津 300300)

燃料电池汽车作为我国能源结构调整的重要一环，是我国未来能源技术的重要发展方向。随着燃料电池汽车的发展，对于其安全性的要求也越来越高[1]。2020年发布的新版GB/T 24549—2020《燃料电池电动汽车安全要求》[2]代替了2009版[3]，增加了整车氢气泄漏、氢气低剩余量提醒、燃料管路氢气泄漏及检测和氢气泄漏报警装置功能要求等项目，同时删除了旧版中的一般要求、氢气存储与供给和紧急情况下的反应等项目。此外，还对整车氢气排放、整车氢气泄漏、电安全要求、泄压系统要求和燃料排出要求的测试方法作了调整。

1 整车安全要求

对于燃料电池汽车，氢安全和电安全是其安全防护中最主要的内容。在新版标准中，整车安全要求包括整车氢气排放、整车氢气泄漏、密闭空间氢泄漏、氢气低剩余量提醒和电安全五项内容。

1) 整车氢气排放。氢气在空气中的低可燃极限是4%，超过这一浓度时，遇到火源就会发生爆炸。尾气排放是氢气由车辆向外界流动的最主要方式。因此燃料电池汽车中，防止氢气体积浓度超过低可燃极限是重中之重。对比新旧标准中的要求，由2009版的“应在距离排气口100 mm处气体中心线上进行测量氢气浓度”改为了“按照GB/T 37154—2018[4]中6.1怠速热机状态氢气排放章节规定的试验方法进行测试，在进行正常操作(包括启动和停机)时，任意连续3 s内的平均氢气体积浓度应不超过4%，且瞬时氢气体积浓度不超过8%”。尾排中“平均氢气体积浓度不超过4%”是氢气低可燃极限的要求，“瞬时氢气体积浓度不超过8%”则体现了实际产品中氢气脉冲排放瞬时浓度较大的情况。在保证安全的前提下，新标准更符合当前的技术水平。

2) 整车氢气泄漏。在旧版标准中规定了“汽车应有和氢气浓度探测器联动的安全措施。氢气积聚浓度达到50%LFL之前，就能够利用声响报警装置或者紧急显示提示等方法，提示驾驶员或者汽车使用者注意；氢气积聚浓度达到75%LFL时，应能自动切断氢气源、电源等”。这一部分对于氢气报警浓度的限值规定较为死板，限制了产品的技术发展。而新版标准将限值改为了范围，规定“氢气体积浓度达到或超过2.0%±1.0%时，应发出警告；氢气体积浓度达到或超过3.0%±1.0%时，应立即自动关断氢气供应”。此外，商用车通常安装有不止一个储氢气瓶，在新版标准中允许仅关断有氢泄漏的部分氢气供应。

3) 密闭空间氢泄漏。燃料电池汽车在露天环境存放时，即使有少量的氢气泄漏，也会很快散入大气中，不会产生爆燃风险。然而，当车辆在车库等较为封闭的环境中停放时，氢气若有泄漏则很难排出，极易产生局部氢气浓度过高的危险情况。在新版标准中，特别新增了密闭空间氢泄漏的试验，要求车辆在无机械通风的密闭空间内持续存放8 h以上，试验过程中任一位置的氢气体积浓度不得超过1%，否则视为不达标。

4) 氢气低剩余量提醒。对于燃料电池汽车，氢气剩余量的多少直接决定车辆剩余的行驶里程。在新版标准中新增了对于氢气剩余量提醒的要求，规定“指示储氢气瓶氢气压力或氢气剩余量的仪表应安装在驾驶员易于观察的区域，如果氢气的压力或剩余量影响到车辆的行驶，应通过一个明显的信号(如声或光信号)装置向驾驶员发出提示”。

5) 电安全要求。这部分内容规定燃料电池电动汽车电安全应符合GB 18384—2020[5]。GB 18384—2020结合了国际标准的技术要求和国内产品的技术水平，主要致力于保护车辆在正常使用情况下人员的安全，针对人员触电防护、高压标记、直接接触防护、间接接触防护、防水等几个方面作出了要求。旧版标准中主要从绝缘性、触电防护和安全标识三个方面作出了规定。相比于旧版，新版标准的技术要求涵盖更加全面，操作流程的规定更为具体。

2 氢系统安全要求

车载氢系统是燃料电池汽车的储能装置，主要由储氢气瓶、管阀件和加氢口等零部件组成。系统安全这部分主要指车载氢系统及其管路的安全防护要求，重点是防止氢气泄漏、聚集导致的爆燃风险。主要包括储氢气瓶和管路、泄压系统、加氢及加氢口、燃料管路氢气泄漏及检测、氢气泄漏报警装置功能和燃料排出六个部分。

1) 储氢气瓶和管路要求。储氢气瓶和管路的防护主要着眼于防止氢气泄漏聚集和避免热源对储氢气瓶的影响。旧版标准中对储氢容器仅有温度监测要求。新版标准规定储氢气瓶和管路一般不应装在乘客舱、行李舱等通风不良的地方；在不可避免地要安装在通风不良的地方时，应保证泄漏的氢气能及时排出。对可能受排气管、消声器等热源影响的储氢气瓶、管路等应有热绝缘保护，且储氢气瓶要避免直接暴露在阳光下。此外，特别提出了高压管路及部件(含加氢口)应可靠接地，以避免静电火花引燃泄漏的氢气。

2) 泄压系统要求。旧版标准中对泄压系统主要作出了四点要求：一是气体流动方向不能朝向乘客舱或行李舱；二是不能排向车轮所在空间；三是不能排向露出的电气开关；四是不能排向其他氢气容器。新版标准基本沿用了2009版中的规定，但对温度驱动安全泄压装置(TPRD)和安全泄压装置(PRD)分别提出了要求。这是因为在旧版标准提出时主流技术路线是采用PRD作为泄压装置，随着技术进步和TPRD的普及，目前更多地采用了TPRD技术。

3) 加氢及加氢口要求。加氢口是燃料电池汽车上与外部加氢设备连接的用于加注氢气的装置。新旧版标准对于加氢及加氢口的要求基本一致，一方面是防止加氢时车辆移动，另一方面是防止灰尘等污染物进入加氢口。在加氢口附近应注明燃料类型、公称工作压力和储氢气瓶终止使用期限。在GB/T 24549中，这一条主要考察加氢口在整车层面的安全性，而加氢口自身的安全性由GB/T 26779—2011[6]规定。

4) 燃料管路氢气泄漏及检测。氢气分子较小，极易在连接不紧密的位置产生泄漏。因此，新版标准新增了对于涉氢管路氢气泄漏的检测。标准中允许使用两种方法——泄漏检测液法和气体检测仪法。使用泄漏检测液法时，将检测液均匀涂抹在待测区域，目测3 min不出现气泡即为合格。使用气体检测仪时，其氢气泄漏速率应不高于0.005 mg/s。此外，由于车辆上氢气管路各处氢气压力不尽相同，所以对于储氢气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；对于加氢口至储氢气瓶之间的管路，泄漏检测压力应设置为公称工作压力的1.25倍。

5) 氢气泄漏报警装置功能要求。氢气报警装置是氢气泄漏的最后一道防线，起到提醒驾驶员及时处置危险的作用。旧版标准要求车辆应在舱内氢气最易聚集的位置安装足够数量的报警装置，但没有对报警装置本身提出要求。新版标准则规定装置应通过声响报警、警告灯或文字显示这些明显提示对驾驶员发出警告，且不应受天气和时间的影响。根据报警级别，报警灯颜色由黄到红，只有在下次燃料电池系统启动时才能复位报警状态到正常状态。在氢气浓度超限时，车辆应能切断供氢。

6) 燃料排出要求。这部分要求主要适用于氢系统的维修保养。车辆维修时，通常需要泄放掉氢气，以保障维修人员的操作安全。新旧版标准中都明确要求车辆应具有安全排出剩余燃料的功能。

3 手册要求

新版标准将旧版标准的“燃料电池电动汽车使用的保养要求”改为对“车辆用户手册、服务手册、其他”的要求。其中，用户手册用于指明汽车特定的操作、燃料和安全特征，通常包括安全操作程序、注意事项和应急处理等。新旧两版标准都要求制造厂商提供用户手册，但新版标准增加了对动力电池和储氢容器等重要部件的维护进行说明的要求。服务手册提供汽车维修、保养相关的信息，主要包括维修场所、维护方法和维护周期等。新版标准在服务手册这项中增加了专业操作人员更换部件或释放燃料的注意事项要求。