燃料电池电动重卡维修安全分析及应对策略

魏佳佳，郭浩浩

燃料电池电动重卡维修安全分析及应对策略

魏佳佳，郭浩浩

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

论文基于安全第一的理念，针对燃料电池电动重卡维修过程中存在的三种比较严重的潜在危害进行详细分析，再从安全防护、维修人员、作业方法、维修环境和安全管理制度五个维度展开讨论，最后结合企业生产实际提出应对措施与建议，以期对燃料电池电动重卡的安全维修工作提供一定的帮助。

燃料电池电动重卡；潜在危害；维修安全；应对策略

2021年10月，中共中央、国务院印发了《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，响应国家政策，各汽车制造企业开始大力发展新能源燃料电池。然而由于燃料电池电动重卡兼具高压动力电池系统和易燃易爆的供氢系统，在维修过程中将同时面临高压触电危险和氢气泄漏燃爆危险，稍有不慎，则可能引发安全事故，因此，在涉及高压和供氢系统的故障维修过程中，如何保证生命和财产安全，是各主机厂必须重视的问题。

1 燃料电池电动重卡维修过程中的潜在危害

1.1 氢气泄漏、燃烧和爆炸

燃料电池电动重卡的主要动力源一般都来自车载氢气和大气中的氧气通过化学作用直接转化的电能，其中氢气的燃烧和爆炸极限范围极宽，分别为4%～75%（体积）和4.0%～75.6%（体积浓度）[1]，与空气混合极易形成爆炸性混合物；氢气的密度极低，在标准大气压下仅为0.09 kg/m³，远远低于空气1.29 kg/m³的密度，极易汇聚在封闭或半封闭空间上方。若车载氢气发生泄漏，则极易汇聚在车辆半封闭空间如驾驶室下方或储氢瓶框架上方，若遇热、明火或静电极易发生爆炸。

1.2 电击伤害

目前主流的燃料电池电动重卡一般都采用燃料电池与辅助动力电池联合驱动的形式，整车高压电器系统电压高达直流（Direct Current, DC）600 V，远远超过了行业规定人体所能承受的安全电压DC36 V，且一旦触电，产生的电流极易导致人员呼吸麻痹和心脏停止[2]，因此，在维修车辆的过程中若操作不当，极易发生触电事故，造成人员伤亡。

1.3 高温和化学伤害

燃料电池电动重卡的冷却系统所用的冷却液一般有两种，分别是防冻液和对乙二醇的去离子水。在车辆运行过程中，冷却液的温度会高达 80℃，操作不慎会对人体造成高温烫伤。两种冷却液都兑了乙二醇，若不慎误食会导致中毒。

2 燃料电池电动重卡维修安全的应对措施与建议

在实际维修车辆的过程中，影响安全事故发生的因素一般都是综合性的，如：安全防护、维修人员、作业方法、维修环境和安全管理制度等，本文主要基于这5个方面展开论述并提出应对措施。

2.1 安全防护装备和绝缘工具的选用

车辆维修过程中涉及高压电缆或高压部件时，触电伤害是安全事故发生的主要表现形式，选择正确的个人安全防护装备能在一定程度上有效降低作业人员触电伤害程度，建议维修作业按照表1进行选用个人防护与绝缘工具。

表1 高压维修作业个人防护与工具选用表

作业内容绝缘手套绝缘鞋绝缘帽绝缘工具绝缘表 拆装高压电器件√ √√ 拆装高压电缆 √ √√ 拆装BMS上的MSD√ √ 拆装动力电池MSD√√√√√ 拆装正常的动力电池包 √√ √ 拆装受损的动力电池包√√√√√ 整车充放电操作√√ 维修后整车上高压电 √√

注：BMS：电池管理系统（Battery Management System）；MSD：手动维护开关（Manual Service Disconnect）。

静电是导致氢气和空气混合物发生燃爆的一个因素，在供氢系统维修过程中，若存在氢气泄漏隐患或氢气已经泄露但必须维修时，相关工作人员应穿戴符合GB 12014规定的阻燃和防静电服以及GB 21146规定的防静电鞋，使用防静电工具，并触摸静电释放器以消除身体静电。

2.2 维修人员的要求及建议

车辆维修人员的主观不安全行为一定程度上是导致安全事故发生的主要因素之一，也是主导因素，如：人员配备不规范、维修人员不具备维修资质、安全意识薄弱、不按规范要求操作等，因此，对车辆维修相关人员的要求如下：

1）涉及高压电缆或高压部件的维修作业，建议双人作业，即配备维修技师和安全监护各1名。维修技师需经过新能源汽车维修安全操作、维修安全风险因素辨识等培训，并具备新能源汽车维修资质。安全监护人员除具备维修技师的要求外还必须持有国家安全生产监督管理总局认可的《特种作业操作证（电工）》，且在有效期内。

2）涉及供氢系统管路维修作业，建议双人作业，维修技师和特种作业人员各1名。维修技师应无色盲，经过岗位培训能处理如氢气泄漏和火灾等事故发生时的人员疏散、意外伤害的预防和紧急救护等紧急情况，并考试合格后持证上岗。特种作业人员除具备维修技师的要求外还应经过专业培训，持有有效期内的特种作业资格证方可上岗[3]。

3）维修相关人员应具有较强的安全意识，应持续性开展管理和维修人员安全意识提升工作，如：定期开展安全知识培训、安全规章制度培训、安全技能培训和安全事故案例警示教育培训等。

2.3 维修安全作业方法要求

在车辆的整个维修周期中，维修作业比重最大，也是安全事故发生数量最多、事故等级最严重的环节，维修过程中是否按照安全、规范的作业方法进行，将直接影响安全事故是否发生。

2.3.1涉及高压部件和高压电缆的维修安全作业

1）维修前车辆必须关闭燃料电池，下高压电和低压电，与充电桩断开连接，拆除MSD，并等待至少5 min，以防止有余电。

2）维修前必须按规定穿戴好个人安全防护装备，并确认绝缘鞋和绝缘帽不得有破损、开裂现象，绝缘手套不得有针眼、沙孔，以防手通过汗水、油液等与高压部件之间形成短路。且严禁佩戴手表、戒指等金属饰品。

3）维修过程应使用推荐的工具、工装。否则违规操作将导致电击伤亡事故的发生。

4）燃料电池系统即使在停机之后，燃料电池电堆内部的剩余反应物（H2和O2）也仍在反应并输出高压电，且会存在一定时间。在这段时间内（至少5 min），燃料电池系统存在触电的风险，不允许进行维修或其他相关操作。在维修燃料电池系统及其相关附件之前，燃料电池系统输出的电压必须低于直流36 V。因为存在一些不确定的情况，所以，在任何的维修操作之前必须确认燃料电池系统输出的电源电压是否在安全电压之下。

5）若动力电池受损需要拆除时，建议按图1所示流程进行。

图1 受损动力电池拆解流程

若在车辆周围闻到有机溶剂、汽油、轻油的味道，或内部元件如电极、铜排、导线外露于动力蓄电池组箱体外，或尖锐物体刺入动力蓄电池组箱体内，或动力蓄电池组箱翘曲、挤压变形明显，或动力电池存在漏电情况，则建议按受损严重处理。

步骤1：车辆断电，摘除MSD，断开低压蓄电池连接线，等待至少5 min后测量受损动力电池是否漏电，若不漏电，则按正常动力电池进行拆除。

步骤2：拆除工作必须在步骤1的基础上，拆除人员全程穿戴好所有防护装备并佩戴防护面罩，使用绝缘工具，并在现场配置全消防设施，配备急救人员和设备。

6）维修工作完成后，必须检查确认所有高压部件和高压电缆连接正确、完整后方能装配MSD。

2.3.2涉及供氢系统的维修安全作业

供氢系统维修过程中可能发生的安全事故主要表现为氢气泄漏燃烧或与空气混合后爆炸，因此，在维修过程中应着重关注氢气泄漏情况。

1）若车载氢系统存在故障但不是氢气泄漏，或氢气泄漏可通过主关断阀能切断泄漏点前气源的，车辆应按规定驶入维修场所进行维修。

2）若车载氢系统存在氢气泄漏且不能通过主关断阀切断泄漏点前气源的，若车辆当前所在位置满足专用检修区要求的，应立即临时设置为隔离区并临时配置消防设施，同时必须尽快将氢系统内的压力排至不大于0.05 MPa，才能进入维修场所。

3）燃料电池发动机在非运行状态时，供氢管路中仍留存有高压氢气。拆装管路或接头前，需确保氢气压力已降低至安全范围。即使燃料电池发动机从整车中拆下发动机的供氢管路也可能留存氢气，所以在拆卸燃料电池之前需要先释放压力至安全范围。

4）严禁敲击或碰撞瓶体、管路及各种阀体、附件，维修过程若涉及供氢系统的管路接头、阀门和压力表的拆装和维修等作业时，维修人员应先断开低压供电回路，关闭主关断阀与气瓶阀门，待氢气排空后方可拆卸故障部位，禁止随意敲击、扭曲、挪动全车氢气管路。车辆在维修好后，必须经氢气泄漏检测仪检测合格后才能再次投入使用。

5）严禁私自拆卸或紧固氢气气瓶、管路、阀类螺栓。供氢系统管接头、氢气管路和阀等损坏只许更换，不允许维修。

6）若车载供氢系统进行大修后，则必须再次做耐压、吹扫和气密试验，经检验符合要求后，车辆才能再次投入使用[4]。

2.3.3氢气泄漏应急处理措施

1）车载氢气发生泄漏但未着火时，应立即疏散周边人员，操作车辆下电并关闭主关断阀或气瓶相关阀门。若泄漏发生在室内时，宜开启通风系统对室内进行通风置换，以降低室内氢气浓度，防止氢气积聚形成爆炸性混合物。切断事故现场电源（防爆电器除外），停止所有无关作业，消除一切可能引发火灾和爆炸的火种。

2）车载氢气发生泄漏并着火时，应及时切断泄露气源，若不能则需要使用消防水雾以强制降低着火车辆温度，同时采取如消防水雾喷射其他引燃物质等措施，防止火灾范围扩大，并立即通知消防部门，迅速组织救援[4]。

3）其他安全注意事项：应在泄露车辆至少 10 m范围内设定危险区、管控区和疏散区，实施必要的出入管制。进入危险区前应使用水枪喷湿地面，穿戴专用服装，使用防爆抢险工具，以防止摩擦、撞击产生火花，作业时设备应确保接地。出现人员受伤立即采取自救或互救措施将受伤人员撤离现场。

2.3.4其他特殊安全作业

1）添加、更换冷却液需要待车辆下高压电约10 min以后再进行，以防高温冷却液喷溅对人体造成高温烫伤。

2）更换冷却液时需要做好必要的面部防护，以防误食冷却液中毒。若不慎误食，需立即就医。

2.4 维修环境要求

燃料电池电动重卡不仅有高达DC600 V的高压电器系统，车载供氢系统的氢气属于易燃易爆气体，车辆维修过程中可能同时面对触电事故和氢气泄漏燃爆事故，安全风险非常大，因此，车辆在维修时需要停放在专门划分的燃料电池电动重卡维修区域。维修区域一般建议设置在室外通风、远离火源和热源的地方为最佳，若维修区域设置在室内，则需配置防爆通风设施和氢气泄漏检测报警系统并在车辆进入前开启[5]。

维修区域需要悬挂维修安全作业规范、触电事故应急预案、氢气泄漏事故应急预案，并配备消防器材（干粉灭火器）。车辆维修期间，应在车体显著位置悬挂警告标识，如：高压危险、小心触电，压缩氢气、危险，正在维修、禁止操作等，同时建议将维修区域设置为隔离区。

2.5 安全管理制度

在汽车维修领域，与燃油、燃气和纯电动车辆的维修相比，燃料电池电动重卡的维修属于高危型作业。有必要且必须建立健全各项安全管理制度，包括检查制度、维修安全管理制度、安全操作规章、安全培训管理和应急预案等。通过各项安全管理制度，进行系统安全的管理维修和监护作业以及安全培训等，营造主动安全文化氛围，强化作业人员安全意识和主动安全行为，及时消除安全隐患，减少安全事故[6]。

3 结语

随着储氢技术的进一步发展，燃料电池电动重卡必将迎来良好的市场前景，而故障维修则是广大用户（包括使用和维修人员）必然要面对的现实，广大燃料电池电动汽车设计、生产和维修等从业人员应持续探索以安全为前提和根本的维修作业规范，对安全维修相关的人员、方法、环境、防护和管理制度进行标准化、体系化，以实现维修作业零事故。

[1] 戴建新,张永辉.氢能源汽车加氢站设计中的安全分析[J].中国设备工程,2020(14):238-240.

[2] 郑传琴,王正卫.纯电动车辆高压部分维修安全问题剖析[J].内燃机与配件,2019(19):157-158.

[3] 全国氢能标准化技术委员会.氢系统安全的基本要求:GB/T 29729—2013[S].北京:中国标准出版社,2012.

[4] 全国汽车标准化技术委员会.示范运行氢燃料电池电动汽车技术规范:GB/T 24548—2009[S].北京:中国标准出版社,2009.

[5] 全国汽车标准化技术委员会.氢燃料电池电动汽车示范运行配套设施规范:GB/T 29124—2012[S].北京:中国标准出版社,2012.

[6] 夏文.化工机械设备维护维修与安全管理分析[J].价值工程,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，工程师，研究方向为工艺技术，E-mail:weijiajia@sxqc.com。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.011.005