《燃料电池电动汽车 密闭空间内氢泄漏及排放试验方法和安全要求》编制说明

燃料电池电动汽车 密闭空间内氢泄漏及排放试验方法和安全要求编制说明一、工作简况1.1 任务来源燃料电池电动汽车 密闭空间内氢泄漏及排放试验方法和安全要求团体标准是由中国汽车工程学会批准立项的，项目任务编号为：2018-13。本标准由中国汽车工程学会汽车测试技术分会提出，中国汽车技术研究中心有限公司、同济大学、上海汽车集团股份有限公司联合起草。1.2编制背景与目标燃料电池电动汽车以氢气为主要能量来源，当处于静置状态时，无法避免的会有微量氢气从车辆的气体管路、阀件缝隙、储氢瓶等位置泄漏或渗透出来，其泄漏出的气体量一旦在相对封闭的环境中积累到一定浓度值就可能引发风险。另一方面，由于氢气的利用率难以达到100%，在车辆怠速过程中会有未反应的氢气从车辆的尾气管排出，如果排出的氢气量在相对封闭的环境中积累到一定浓度值也可能引发风险。目前，私家车库、地下停车场等设施中往往通风较差，如果车辆在该设施中长期存放或者操作就可能会发生氢气积聚，进而引发风险。针对这种情况，目前主要依照SAE J2578-2014 Recommended Practice for General Fuel Cell Vehicle Safety、ISO 23273-2013 Fuel cell road vehicles Safety specifications Protection against hydrogen hazards for vehicles fueled with compressed hydrogen以及GB/T 24548-2009 燃料电池电动汽车 安全要求等标准进行相关检测。而这些标准仅仅是对安全要求做出了规定，对于试验过程、车辆要求等未给出明确的方案，不适用于当前的车辆测试要求。氢气泄漏及排放与氢安全密切相关，准确合理的评价该类情况非常重要。为了全面、规范的进行燃料电池电动汽车在密闭空间内的氢泄漏及氢排放安全测试，提出了本标准。1.3主要工作过程本标准于2017年10月开始标准调研；2017年12月到2018年9月份进行了标准相关的试验操作工作；2018年7月24日正式立项；2018年7月至2019年3月进行了标准编写工作。2018年6月29日在昆明召开了标准立项审查会，会议上由中国汽车技术研究中心有限公司对本标准的立项背景、内容、编制说明等进行了简要介绍。2018年8月29日在上海召开了讨论会，会议上中国汽车技术研究中心有限公司对标准的测试工况及标准内容框架进行了介绍，上海汽车集团股份有限公司、同济大学针对标准的测试工况进行了讨论。经过此次会议，初步确定了测试时间、氢浓度测试装置位置、车辆状态等要求，为下一步工作奠定了基础。2018年11月13日在武汉召开了讨论会，针对这一阶段的试验验证成果进行了讨论，中国汽车技术研究中心有限公司、上海汽车集团股份有限公司和同济大学对标准的测试细节及试验验证结果进行了充分的讨论和交流，初步完成了标准草案的制定。2019年3月20日，中汽中心内部组织专题讨论会，对该标准进行了进一步完善。二、标准编制原则和主要内容2.1标准制定原则在充分总结和比较了国内外密闭空间整车氢安全测试方法及安全要求标准的基础上，参考了GB/T 24549-2009 燃料电池电动汽车 安全要求、SAE J2578-2014 Recommended Practice for General Fuel Cell Vehicle Safety、ISO 23273-2013 Fuel cell road vehicles Safety specifications Protection against hydrogen hazards for vehicles fueled with compressed hydrogen标准中有关内容的编写。本标准对测试时间、氢浓度测试装置位置、车辆状态及具体测试步骤等方面做了较详细的规定，并通过对不同类型燃料电池电动汽车的多次试验对标准的内容进行了调整及验证，以确保测试的准确性及不同车辆测试条件的一致性。2.1.1通用性原则本标准提出的密闭空间氢泄漏及氢排放方法适用于任何以压缩氢气为主要能量来源的燃料电池乘用车，对不同压力等级具有同等适用性，通用性高。2.1.2指导性原则本标准提出的方法能为密闭空间内燃料电池电动汽车氢气泄漏、排放的测定提供指导作用。2.1.3协调性原则由于燃料电池汽车的密闭空间内氢安全的特殊性，目前国内还缺乏此类标准的测试方法，本标准提出的方法与目前使用的国家标准中的方法协调统一、互不交叉。仅作为一种标准补充。2.1.4兼容性原则本标准提出的密闭空间氢泄漏及氢排放测定方法充分考虑了车辆在相对密闭空间日常使用的各类场景和工况，具有普遍适用性。2.2 标准主要技术内容本标准共分为4章，规定了燃料电池电动汽车在密闭空间内氢泄漏及排放试验方法和安全要求。内容包括范围、规范性引用文件、术语和定义、密闭空间内氢泄漏及排放安全的试验方法。2.3关键技术问题说明本标准提出的方法首先是车辆在无通风的密闭空间中静置的氢泄漏测试。由于车辆管路接头及阀件较多，难以做到完全密封，且储氢瓶也存在一定的氢渗透情况，所以车辆在密闭空间中长期静置时，难以避免的会有微量氢气泄漏出来。为了精确测得氢气从车辆中泄漏到密闭空间中的氢气浓度情况，选用能精确测得1ppm氢气浓度的高精度氢气浓度传感器。由于氢气密闭很小，从车辆泄漏出来后会向密闭空间顶部聚集，故将传感器安装到密闭空间顶部。第二个方法试验目的是模拟燃料电池汽车在地下车库等有微量通风的密闭空间中长时间怠速、启停、操作空调等的工况，该工况下排放出的氢气应不使环境中的氢气浓度达到危险级别。对于燃料电池电动汽车来说，氢气利用率的高低是体现车辆技术水平高低的重要指标，不同厂家的技术水平差异较大，反应到车辆中即为车辆在运行过程中排放出的氢气浓度高低水平不一。与密闭空间车辆静置氢泄漏测试不同，车辆在运行过程中排出的氢气量远远高于静置时的泄漏量，为此选用分辨率为100ppm的氢气浓度传感器即可。2.4标准主要内容的论据氢气无色无味，易燃易爆，且是世界上已知的密度最小的气体。由于氢气易燃，对于以压缩氢气为主要能量来源的燃料电池汽车来说，需要确保车辆泄漏/排放导致的扩散到周围环境中的氢气处于不可燃状态。基于IEC0079和IMC (International Mechanical Code)的要求，随着泄漏的持续，车辆周围的空间应保持低于25%可燃下限（或1%体积浓度）。有机械通风的密闭空间的通风量是参考国内地下车库设计标准，我国建筑行业标准JGJ100-2015车库建筑设计规范中要求商业类建筑需保证6次/h的换气量（即每小时的空气交换率为6），故本标准将密闭空间每小时的空气交换率定为6。2.5标准工作基础编写组主要起草单位中国汽车技术研究中心有限公司（以下简称“中汽中心”）具备完整的汽车产品检测能力。在燃料电池电动汽车的整车及系统部件测试方面积累了大量的经验和测试数据。由于国内尚无燃料电池电动汽车在密闭空间内氢泄漏及排放试验方法相关标准，自项目开展以来，中汽中心在国际标准SAE J2578、GTR 13等的检测技术研究上投入了大量的精力，自行开发了FCV整车氢安全密闭试验舱，该试验舱可模拟不同通风量，满足防爆要求。试验舱开发完成后，相继对国内外燃料电池电动汽车进行了测试，大量的对比试验结果显示，本标准提出的燃料电池电动汽车在密闭空间内氢泄漏及排放试验方法具有一定的先进性、通用性、科学性和可操作性。三、主要试验（或验证）情况分析1) 试验过程简单，无复杂操作。2) 试验处于防爆环境，设有氢气浓度报警及通风装置，整个试验过程绿色安全，充分保证了试验员所处环境的安全；3) 准确性高，密闭空间氢泄漏测试精度可达1ppm级别；氢排放测试精度可达100ppm级别；4) 工况覆盖面广，对于在无机械通风密闭空间下车辆长期静置和有机械通风密闭空间下车辆怠速、开关空调、频繁启停等工况下的车辆排放情况进行全方位的评估。综上所述，本标准提出的方法对当前燃料电池电动汽车在密闭空间内氢泄漏及排放检测具有良好的适用性。四、标准中涉及专利的情况尚无。五、预期达到的社会效益、对产业发展的作用的情况燃料电池汽车技术的快速发展使得燃料电池汽车产品开始进入产品化阶段。国外已有丰田、本田、现代等推出了整车产品，国内上汽大通、上汽乘用车、宇通、北汽福田、佛山飞驰、东风特汽也都推出了自己的整车产品，特别是乘用车产品也都在各大企业的产品规划中，产品的快速发展推动了标准需求。但由于燃料电池汽车在密闭空间内氢安全的特殊性，目前国内还缺乏此类标准的测试方法。通过标准形成，规范整车产品性能，解决目前无此类标准可依的情况，服务燃料电池汽车行业的健康发展。六、采用国际标准和国外先进标准情况，与国际、国外同类标准水平的对比情况，国内外关键指标对比分析或与测试的国外样品、样机的相关数据对比情况6.1 采用国际标准和国外先进标准情况未采用，国际上还没有此类标准，因此也就不存在采用情况。燃料电池的全球技术法规GTR 13、美国SAE J2758 、GB/T-24549-2009只对密闭空间内的氢气泄漏和排放提出概念性的安全要求，没有给出具体明确的测试方法。6.2测试样车相关数据对比情况6.2.1 无机械通风密闭空间氢泄漏测试情况对比分别对三款车型进行了测试，测试时间为8h，在无机械通风情况的密闭空间进行氢泄漏测试时，样车的泄漏水平处于30200ppm以内，且均远高于安全要求。6.2.2 有机械通风密闭空间氢排放测试情况对比在有机械通风密闭空间下对两款样车分别进行怠速氢排放测试。结果显示：车辆在怠速情况下的氢排放导致的周边环境中氢浓度的上升情况远高于静置情况，但两辆样车的排放量均在标准规定安全限值内。七、在标准体系中的位置，与现行相关法律、法规、规章及相关标准，特别是强制性标准的协调性本标准属于团体标准，与现行法律、法规、规章和政策以及有关基础和相关标准不矛盾。在燃料电池汽车的国标体系中，燃料电池汽车在密闭空间内的常温静置氢泄漏试验部分已被规划成为GBT-24549-2009标准的修订内容，且已公开征求意见。而本标准中关于高温环境密闭空间内的静置、连续启动/停机、开空调怠速等更全面的工况设计和试验方法属于全新起草的内容。八、重大分歧意见的处理经过和依据尚无。九、标准性质的建议说明本标准为中国标准化协会标准，属于团体标准,供协会会员和社会自愿使用。十、贯彻标准的要求和措施建议本标准为首次发布。十一、废止现行相关标准的建议本标准为新起草的团体标准，无废止现行标准。十二、其他应予说明的事项无。标准起草工作组2019年03月6