一、失效預(yù)警及失效安全設(shè)計

1、故障分級及處理機制

燃料電池電動汽車的功能安全設(shè)計要求滿足GB/T 24549-2020 的相關(guān)內(nèi)容。推薦參照GB/T34590-2017 相關(guān)規(guī)定進行電控系統(tǒng)的功能失效分析和安全目標(biāo)設(shè)計。針對車輛的不同故障等級，制定不同的故障處理機制，表2-1 給出了某車型設(shè)計中的故障分級及處理機制示例。

表2-1 燃料電池電動汽車故障分級及處理機制

一級故障對燃料電池的影響不大，但是故障時長后可能會引起二級故障，因此僅在儀表盤對駕駛員進行警示，由駕駛員評估風(fēng)險。

二級故障會造成燃料電池性能下降，此時故障處理可以是降低燃料電池輸出功率，并且告知整車控制系統(tǒng)；

三級故障會造成燃料電池嚴(yán)重損壞或違反法律法規(guī)，此時的故障處理方案可以是燃料電池系統(tǒng)急停，并且告知整車控制系統(tǒng)評估此時的風(fēng)險，但是不建議引起車輛運行過程中突然的失動風(fēng)險。

2、危害的隔離和分離

與傳統(tǒng)汽車及純電動汽車不同的是，燃料電池電動汽車的危害隔離應(yīng)重點考慮氫的有效隔離，常用的設(shè)計方案是將可能產(chǎn)生電弧或火花等火源形式的點與氫系統(tǒng)進行隔離，或?qū)⒖赡墚a(chǎn)生靜電、電弧及火花的地方可靠接地。

1）設(shè)計層面，氫系統(tǒng)應(yīng)考慮：

①應(yīng)優(yōu)先選擇布置在利于通風(fēng)釋放的部位，若無法滿足此條件，則應(yīng)增加必要的通風(fēng)設(shè)計以避免氫氣聚集引發(fā)危險。

②氫系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)，尤其是高壓電氣系統(tǒng)需保持一定的安全距離（比如對商用車，安全距離重點關(guān)注線束接插器距離氫氣管接頭的距離，一般大于100mm；如果接頭有防護，則距離可適當(dāng)減?。苊怆娀鸹ǖ哪芰恳細錃?。

③車輛有故障或發(fā)生碰撞事故時，氫系統(tǒng)可基于溫度、壓力、流量等信息實現(xiàn)快速斷氫。

④避免將氫系統(tǒng)（氣瓶及管理閥門等）布置在艙內(nèi)（乘員艙或行李艙），應(yīng)盡量布置在非密閉空間。

⑤氫氣排空方向盡量向上布置，保證氫氣不會在車底空間四處逃逸。

⑥由于氫系統(tǒng)重量較大，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，要確保在高速行駛緊急制動的瞬間，不會因為慣性產(chǎn)生較大位移，進而撞擊其他系統(tǒng)部件或后排乘客。

2）使用層面，車輛加氫過程禁止上高壓，可僅喚醒必要的控制器（實現(xiàn)加氫功能以及加氫過程的監(jiān)測功能），減少電氣系統(tǒng)與氫系統(tǒng)之間的耦合風(fēng)險。

二、整車電池兼容（EMC）及電氣可靠性設(shè)計

燃料電池電動汽車上所有可能影響車輛安全運行的電氣組件，在功能上都應(yīng)該能夠承受車輛暴露于其中的電磁環(huán)境。車載電源系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)運行在高電壓、大電流以及處在較大的dU/dt或dI/dt 條件下，車輛應(yīng)可正常運行，不應(yīng)造成誤停車。車輛在滿足傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車電磁兼容要求的同時，還應(yīng)符合車輛不同運行狀態(tài)下的電磁兼容特殊要求。

1、整車EMC 設(shè)計要求

1）整車電氣系統(tǒng)EMC 設(shè)計

在整車開發(fā)過程中，通過電氣系統(tǒng)設(shè)計評審對整車EMC 風(fēng)險進行評估，分析目前整車有可能存在的EMC 問題點，盡可能地避免車型設(shè)計中的EMC 風(fēng)險，減少整車后期試驗中出現(xiàn)的問題。主要技術(shù)路線如下：根據(jù)新能源汽車電氣系統(tǒng)設(shè)計原則，從整車接地、整車電源分配、整車高壓線束布置及整車高壓部件布置四個方面進行檢查，輸出評審問題列表。針對評審檢查中存在的風(fēng)險點，在整車上采取相應(yīng)的優(yōu)化措施，并通過整車試驗驗證設(shè)計優(yōu)化效果。

根據(jù)整車電器配置和重點零部件檢測報告與設(shè)計審核結(jié)果，初步確定整車的主要騷擾源和敏感設(shè)備清單?；谠撉鍐危Y(jié)合整車三維布局布線設(shè)計資料，分析項目整車電器布置合理性，重點關(guān)注高壓部件電源系統(tǒng)布局布線和低壓敏感設(shè)備布局布線問題。內(nèi)容包括：高壓系統(tǒng)布局位置與電流回路設(shè)計分析；高壓系統(tǒng)端口位置的設(shè)計分析；低壓敏感系統(tǒng)布局及其與高壓系統(tǒng)耦合關(guān)系設(shè)計分析；低壓騷擾源布局及其與低壓敏感系統(tǒng)耦合關(guān)系設(shè)計分析。

2）整車電源和接地EMC 設(shè)計

（1）接地點位置的選擇，一般遵循如下原則：

①接地點位置要遠離濺水區(qū)域、潮濕區(qū)域、高溫區(qū)域。

②接地點應(yīng)選擇在車架上，接地車身處應(yīng)該平整，不能在車身小支架上接地，接地點車身件需要刮漆處理。

③接地點不建議選擇在活動件（門、發(fā)動機罩、行李箱門等）上，如活動件與車身之間的電阻小于2.5mΩ，也可以在活動件上接地。

④不要讓電子零部件的連接件或接地螺栓靠近汽車的涉氫系統(tǒng)或部件、管路等。

（2）接地點應(yīng)根據(jù)不同電器類型（敏感部件、騷擾源）進行分配，同一類型的用電器可以共用一個接地點。接地點的分配，一般遵循如下原則：

①敏感部件與騷擾源不得共用同一接地點。

②敏感部件的接地點與騷擾源的接地點之間距離至少大于10cm。

③電機類部件一般就近接地。

（3）接地片安裝結(jié)構(gòu)一般遵循如下原則：

①接地片必須使用防旋轉(zhuǎn)接地片。

②接地片與接地線要求規(guī)格匹配。

③車上的所有接地點都應(yīng)該采用焊接螺母（推薦）或者通過金屬片上的過孔采用螺栓連接。

④接地螺栓應(yīng)該有足夠的扭矩以保證連接緊固。

⑤自攻螺釘嚴(yán)禁用于任何接地連接件的連接。

⑥零部件的固定點不能同時用于接地，不能將接地片放置在零部件固定點下作為接地連接。

（4）有的部件對接地點有特殊要求，應(yīng)按部件的要求進行布置接地點，一般遵循的原則如下：

①動力系統(tǒng)ECU、安全氣囊等整車重要控制器接地線長度不應(yīng)長于20cm。

②音視頻系統(tǒng)必須單獨接地。

③傳感器地線與控制器應(yīng)采用同一接地點，如受實際環(huán)境限制，不能采用同一接地點，則應(yīng)保證兩接地點之間電阻小于2.5mΩ。

④發(fā)動機與車身之間應(yīng)使用長寬比小于50 的編織線進行接地。

⑤如果經(jīng)過試驗?zāi)艽_認具有同等的電氣性能和耐久性，那么可以使用16AWG（最?。┑膶?dǎo)線。

（5）車身、發(fā)動機應(yīng)使用專用接地線與蓄電池負極相連；車身接電線線徑應(yīng)選用較大的線型，保證蓄電池負極與發(fā)動機、車身之間電阻小于2.5mΩ。對于金屬外殼的部件，應(yīng)將金屬外殼使用接地螺栓可靠地固定在車身或車身支架上。支架與車身應(yīng)為焊接連接，保證接地電阻小于2.5mΩ。

（6）電源和熔絲的選擇和分配應(yīng)遵循以下原則：

①大電流和會產(chǎn)生電磁干擾的用電器最好使用單獨的熔絲，避免產(chǎn)生電源共阻抗耦合。

②常見的此類零部件包括：冷卻風(fēng)扇、雨刮電機、車窗升降電機、門鎖電機、后除霜等。

③敏感設(shè)備的電源和受到電磁干擾的電源不能共用熔絲。

④不同電回路（部件工作電流差5A 以上）不共用一個熔絲，避免共阻抗耦合產(chǎn)生過大的電壓降。

在進行熔絲和繼電器的分布設(shè)計時，要盡量縮短線束的長度，以減小導(dǎo)線的阻抗，降低產(chǎn)生電磁兼容問題的風(fēng)險。

3）整車線束EMC 設(shè)計

（1）高壓（此處均指高電壓）線束在燃料電池電動汽車上主要起提供高壓強電供電的作用，它對于線束的設(shè)計及布置尤為重要，主要遵循以下幾個方面的原則：

①線束走向設(shè)計、線徑設(shè)計。高壓線束設(shè)計采用雙軌制，由于燃料電池電動汽車的高壓已經(jīng)超出人體安全電壓，車身不可作為整車高壓搭鐵點；因此高壓線束系統(tǒng)的設(shè)計上，直流高壓電回路必須嚴(yán)格執(zhí)行雙軌制。高壓線束可分為電機高壓線、電池高壓線、充電高壓線等。

②高壓接插器選型。高壓接插器主要負責(zé)高壓高電流連接和傳輸，并負責(zé)高壓回路的人機安全。因此高壓線束接插器目前多采用耐高壓、防水等級高，并且具有環(huán)路互鎖、屏蔽層連接等功能的接插器。

③屏蔽設(shè)計。采用屏蔽高壓線，屏蔽網(wǎng)包覆在高壓線內(nèi)部，接插器連接時同時實現(xiàn)屏蔽層的連接?？紤]到電磁干擾的因素，整個高壓線束系統(tǒng)均由屏蔽層全部包覆。

（2）低壓（此處均指低電壓）線束除滿足傳統(tǒng)汽車功能的實現(xiàn)外，還負責(zé)強電控制單元模塊的功能實現(xiàn)。低壓線束設(shè)計與布置方案中考慮高壓線束對其產(chǎn)生的干擾防護。不同信號源采用不同的低壓屏蔽導(dǎo)線，低壓線束布置中屏蔽導(dǎo)線選擇遵循如下規(guī)則：

①高頻信號屏蔽線束采用雙絞線、屏蔽層采用箔層屏蔽，采用多點接地。

②低頻信號屏蔽線束采用雙絞線，屏蔽層采用編織層屏蔽，采用單點接地。

4）零部件的EMC 管控

為了提高零部件的EMC 設(shè)計水平，減少后期整改工作量，降低零部件EMC 風(fēng)險，主機廠需要制定零部件設(shè)計審核規(guī)范和制定零部件EMC 性能管控流程，針對燃料電池電動汽車還需要制定高壓零部件EMC 設(shè)計審核及風(fēng)險評估。只有掌握了高壓部件EMC 性能的設(shè)計方法，才能從源頭上控制部件及整車的EMC 性能，因此開展對高壓部件典型電路（如開關(guān)電源電路、電機驅(qū)動電路等）的EMC 設(shè)計研究。整車電場及磁場超標(biāo)的常見原因是源自高壓部件的開關(guān)電源，包括電機控制器（主開關(guān)）、DC/DC變換器、空調(diào)壓縮機等內(nèi)部均有開關(guān)電源，且對應(yīng)不同的開關(guān)頻率。

結(jié)合現(xiàn)有的產(chǎn)品管控流程和供應(yīng)商管理體系，制定零部件EMC 開發(fā)流程，明確以下內(nèi)容：

①零部件產(chǎn)品開發(fā)各階段需要進行的EMC 相關(guān)工作。

②零部件產(chǎn)品開發(fā)各階段要求供應(yīng)商提供的資料。

③工程師與供應(yīng)商各自的EMC 開發(fā)職責(zé)。

④零部件樣品EMC 性能管控方法。

⑤零部件產(chǎn)品EMC 性能一致性管控方法。

⑥零部件開發(fā)各階段EMC 性能管控文件的模板。

針對燃料電池電動汽車的電驅(qū)動系統(tǒng)等高壓零部件，首先需要調(diào)查目標(biāo)車型重點零部件的功能、性能特性，驅(qū)動負載特性，端口特性，結(jié)構(gòu)和封裝形式等，分析其EMC 設(shè)計手段，結(jié)合行業(yè)內(nèi)同類型零部件EMC 設(shè)計水平，分析本車型零部件的EMC 技術(shù)水平和狀態(tài)。根據(jù)零部件供應(yīng)商提供的設(shè)計資料，審核設(shè)計中EMC 相關(guān)方案的存在性與合理性，重點關(guān)注零部件封裝、端口特性、驅(qū)動負載特性和結(jié)構(gòu)設(shè)計，對有缺陷的設(shè)計評估其風(fēng)險，以確保EMC 設(shè)計得盡可能周全，并為后期的設(shè)計改動留出空間。對重點關(guān)注的零部件，結(jié)合零部件功能和性能要求，考察零部件內(nèi)部晶振/開關(guān)電源等重點模塊布局、時鐘/總線等重點信號布線以及端口防護/濾波等EMC 相關(guān)設(shè)計方案，從而評估零部件EMC 性能水平。

高壓零部件的風(fēng)險分析內(nèi)容包括：

①零部件內(nèi)部高低壓模塊布局設(shè)計的EMC 分析。

②零部件重點信號的布線分析。

③零部件高低壓輸入/輸出線束及端口處理的EMC 分析。

④零部件封裝的屏蔽設(shè)計分析。

⑤零部件負載特性分析。

⑥零部件接地設(shè)計。

根據(jù)零部件的工作原理和組成不同，燃料電池電動汽車EMC 管控零部件分類見表2-2。

表2-2 燃料電池電動汽車EMC 管控零部件分類

電氣/電子部件EMC 試驗和整車EMC 試驗不能互相代替，他們之間的確切關(guān)系與零部件在整車上的安裝位置、線束長度、線束走向、接地以及天線系統(tǒng)都有關(guān)。但是，零部件級EMC 試驗可以使電氣/電子部件在整車裝配之前得到評估。低壓類部件和高壓系統(tǒng)中的低壓控制部分依據(jù)表2-3 進行試驗，高壓系統(tǒng)中的高壓部分依據(jù)表2-4 進行試驗。

表2-3 低壓（LV）系統(tǒng)EMC 測試項目選擇表

注1：“√”表示需要測試。

注2：當(dāng)電氣設(shè)備出現(xiàn)以下三種狀態(tài)的任何一種時，實施磁場抗干擾試驗。

1） 電氣設(shè)備含有磁敏感元件的電子模塊（如霍爾效應(yīng)傳感器、磁阻抗傳感器、射頻放大器等）；

2） 電氣設(shè)備布置在乘客艙/行李箱且車輛配備無鑰匙系統(tǒng)；

3） 電氣設(shè)備布置靠近外部強磁場源（如交流發(fā)電機、電機等）。

注3：由于本身工作時會產(chǎn)生電磁發(fā)射的零部件，仍需進行CE01 和RE01 試驗。

注4：對所有測試，在過渡頻率點按嚴(yán)格的要求執(zhí)行。表2-4 高壓（HV）系統(tǒng)EMC 測試項目選擇表

注1：“√”表示需要測試。

注2：對所有測試，在過渡頻率點按嚴(yán)格的要求執(zhí)行。

注3：當(dāng)直流充電線線纜長度小于30 米時，無需進行直流充電時CE04、CI03、CI04 試驗。注4：當(dāng)車輛只在私人充電樁充電且沒有與其他人共用時，無需進行直流充電時CE04、CI03、CI04 試驗。2、整車電氣可靠性設(shè)計要求

燃料電池電動汽車整車電氣安全可分為高壓電氣安全、車載儲能系統(tǒng)安全以及絕緣檢測，具體要求如下：

（1）高壓電氣安全一般要求

根據(jù)GB/T 18384-2020《電動汽車安全要求》規(guī)定，依據(jù)電路的最大工作電壓U，將電氣元件或電路劃分等級，如表2-5 所示。

表2-5 電路的電壓級別

①：此處為均方根值

在接近B 級電壓源的附近應(yīng)有標(biāo)識，B 級電壓電纜線皮應(yīng)統(tǒng)一由橙色和/或橙色套管構(gòu)成。

汽車不應(yīng)含有暴露的導(dǎo)線、接線端、連接單元或者任何直接暴露給人員的B 級電壓部件。動力系統(tǒng)的帶電部件應(yīng)通過絕緣或使用蓋、防護欄、金屬網(wǎng)板等來防止直接接觸。這些防護裝置應(yīng)牢固可靠，并耐機械沖擊。在不使用工具或無意識的情況下，它們不能被打開、分離或移開。

B 級電壓動力電路系統(tǒng)應(yīng)滿足：

①所有的電氣設(shè)計、安裝應(yīng)避免絕緣失效。

②應(yīng)通過絕緣的方法來防止間接接觸，并且使車載的外露可導(dǎo)電部件電連接在一起，達到電位均衡。如果防護是絕緣提供，那么電系統(tǒng)的帶電部件應(yīng)有足夠的電氣間隙和爬電距離且有絕緣層隔離。

這種絕緣層只能通過破壞才能夠移開。絕緣材料應(yīng)滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求，并應(yīng)有足夠的耐電壓能力，防止發(fā)生絕緣擊穿或電弧現(xiàn)象。

燃料電池系統(tǒng)部件的導(dǎo)體外殼應(yīng)同電平臺連接，以確保在氫氣泄漏時，不會因靜電而引燃氫氣。

（2）車載儲能系統(tǒng)安全

對于包括車載儲能系統(tǒng)的燃料電池電動汽車，為了防止爆炸、起火或有毒物質(zhì)的危害，當(dāng)車載儲能系統(tǒng)在正常的環(huán)境和操作條件下可能排出有害氣體或其他有害物質(zhì)時，應(yīng)滿足以下要求。

①在正常的環(huán)境和操作條件下，應(yīng)有適當(dāng)?shù)拇胧?，使駕駛艙、乘員艙以及各載貨空間的有害氣體或其他有害物質(zhì)不會達到潛在的危險濃度。

②有害氣體和其他有害物質(zhì)允許的最大聚集量應(yīng)符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

③應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧?yīng)對單點失效。

應(yīng)采取適宜的措施防止任何由單點失效情況造成可能危害人員的危險產(chǎn)生，比如，基于電流、電壓或溫度的監(jiān)控器。如果車載儲能系統(tǒng)自身沒有防短路功能，則應(yīng)有一個車載儲能系統(tǒng)過電流斷開裝置能在車輛制造廠商規(guī)定的條件下斷開車載儲能系統(tǒng)電路，以防止對人員、車輛和環(huán)境造成危害。

（3）絕緣安全

燃料電池電動汽車的每個電路和電平臺及其他電路之間應(yīng)保持絕緣，絕緣電阻的要求應(yīng)符合GB/T18384-2020 中的規(guī)定。

測量車載儲能系統(tǒng)絕緣電阻時，應(yīng)帶有外殼里的所有輔助部件，例如監(jiān)測或者溫度調(diào)節(jié)裝置，如果有冷卻液，也應(yīng)包括在內(nèi)。對于沒有嵌入在一個完整電路里的車載儲能系統(tǒng)，如果在整個壽命期內(nèi)沒有交流電路，或者交流電路有附加防護，其絕緣電阻除以它的最大工作電壓，應(yīng)不小于100Ω/V；如果包括交流電路且沒有附加防護，則此值應(yīng)不小于500Ω/V。如果車載儲能系統(tǒng)集成在一個完整的電路里，可能需要一個更高的阻值。

燃料電池系統(tǒng)測量絕緣電阻時，冷卻系統(tǒng)中的冷卻泵應(yīng)處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，燃料電池系統(tǒng)處于熱機狀態(tài)，并按照GB/T 24549-2020 規(guī)定的方法測量燃料電池堆正極和負極分別對地的絕緣電阻，絕緣電阻值需滿足GB/T 24549-2020 的規(guī)定。

三、碰撞安全設(shè)計

由于氫電安全問題的存在，燃料電池電動汽車的碰撞安全設(shè)計與傳統(tǒng)汽車及純電動汽車不同。以燃料電池乘用車為例，由于燃料電池電動汽車前艙結(jié)構(gòu)的變化對乘員的生存空間和車身的吸能特性產(chǎn)生影響，所以應(yīng)重新設(shè)計和考慮車內(nèi)乘員的保護效果。由于車輛底部和后部可能會布置電池和儲氫瓶，如圖2-1 所示，因此針對側(cè)碰、側(cè)柱碰、后碰工況應(yīng)有相對應(yīng)的保護設(shè)計。

圖2-1 燃料電池乘用車的結(jié)構(gòu)布置圖示例

1、碰撞安全設(shè)計的一般要求

碰撞傳感器檢測到整車發(fā)生碰撞超過一定強度時，應(yīng)能夠自動切斷電源和氫氣供應(yīng)，以確保碰撞后車載供氫系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及燃料電池系統(tǒng)的完整性等。具體要求如下：

（1）車載供氫系統(tǒng)完整性

①高壓儲氫瓶的固定裝置不應(yīng)出現(xiàn)斷裂、脫落或?qū)е赂邏簝湎到y(tǒng)安全功能失效的移位或變形。

②高壓管路系統(tǒng)不應(yīng)破損、斷裂，瓶口閥不應(yīng)損壞失效。

③在發(fā)生碰撞后的60min 之內(nèi)，車載供氫系統(tǒng)的平均氫氣泄漏率不得超過118 NLPM（Normal Liter Per Minute）；封閉空間內(nèi)的氫氣體積濃度不應(yīng)超過4%。

（2）電氣系統(tǒng)完整性

根據(jù)GB 11551-2014《汽車正面碰撞的乘員保護》（對于M1 類汽車和最大設(shè)計總質(zhì)量不大于2500kg的N1 類汽車）和GB 20071-2006《汽車側(cè)面碰撞的乘員保護》（對于M1 類汽車）適用范圍的規(guī)定。

對帶有B 級電壓電路的燃料電池電動汽車進行碰撞試驗后，高壓安全應(yīng)符合GB/T 31498-2015《電動汽車碰撞后安全要求》中4.2~4.4 節(jié)相關(guān)要求，包括：電壓要求、電能要求、物理防護要求和絕緣電阻要求，具體要求如下：

1）按照GB/T 31498-2015 中A.1 規(guī)定的測試方法，高壓母線的電壓Ub、U1、U2 應(yīng)不大于30V 交流或60V 直流。

2）高壓母線上的總電能ET 應(yīng)小于0.2J。ET 可通過以下兩種方式之一得到：一種是在碰撞測試之后，確定高壓母線的電壓Ub、U1、U2，電壓測量應(yīng)在碰撞之后的5s-60s 之間進行，取最小電壓值，進而得到總電能ET。另一種是通過高壓母線的電壓U、和制造商規(guī)定的X-電容器的電容來計算總能量ET。儲存在Y-電容器里的能量（TEy1，TEy2）也應(yīng)少于0.2J，應(yīng)通過高壓母線和電平臺的電壓U1 和U2以及制造商所規(guī)定的Y-電容器的電容（Cy1，Cy2）來計算該值。

3）為了防止直接接觸高壓帶電部位，碰撞后車輛應(yīng)有IPXXB 級別的保護。另外，為了防止間接接觸的觸電傷害，用大于0.2A 的電流進行測量，所有外露的可導(dǎo)電部件與電平臺之間的電阻應(yīng)低于0.1Ω。當(dāng)電連接采用焊接方式時，應(yīng)符合此要求。

4）動力系統(tǒng)由單獨的直流和交流母線組成時，如果交流高壓母線和直流高壓母線是互相傳導(dǎo)絕緣的，那么高壓母線與電平臺之間的絕緣電阻對于直流母線來說，最小值應(yīng)為100Ω/V；同時對于交流母線來說，最小值應(yīng)為500Ω/V。

5）動力系統(tǒng)由連接的直流和交流母線組成時，如果交流高壓母線和直流高壓母線是互相傳導(dǎo)連接的，高壓母線與電平臺之間絕緣電阻的最小值應(yīng)為500Ω/V。如果在碰撞之后，所有交流高壓母線的保護級別達到IPXXB；或交流電壓等于或小于30V，則高壓母線與電平臺之間絕緣電阻的最小值應(yīng)為100Ω/V 工作電壓。

（3）燃料電池系統(tǒng)完整性

燃料電池系統(tǒng)的外殼應(yīng)無機械損傷，燃料電池堆模塊及氫氣相關(guān)部件不應(yīng)發(fā)生損壞或者出現(xiàn)氫氣泄漏。

2、碰撞防護設(shè)計

（1）側(cè)面碰撞防護設(shè)計要求

側(cè)面防護結(jié)構(gòu)可參考GB 20071-2006《汽車側(cè)面碰撞的乘員保護》等標(biāo)準(zhǔn)進行碰撞試驗，車輛在碰撞試驗后應(yīng)符合GB/T 31498-2015 中4.2~4.4 節(jié)的要求。

圖2-2 燃料電池乘用車側(cè)撞設(shè)計案例

以燃料電池乘用車為例，其在設(shè)計中，B 柱應(yīng)采用加強結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證變形形態(tài)合理，最大塑性應(yīng)變應(yīng)不會導(dǎo)致斷裂風(fēng)險，如圖2-2 所示。

（2）側(cè)翻防護設(shè)計要求

車身防護結(jié)構(gòu)若按GB 17578-2013《客車上部結(jié)構(gòu)強度要求及試驗方法》進行上部結(jié)構(gòu)強度驗證試驗，則應(yīng)在其可充電儲能系統(tǒng)電荷量（SOC）30%～50%且處于上電狀態(tài)下進行試驗，試驗后應(yīng)符合GB/T 31498-2015 中4.2~4.4 節(jié)的要求。側(cè)翻防護總體要求包括以下幾點：

1）車輛的上部結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的強度，以確保在整車側(cè)翻試驗過程中和側(cè)翻后生存空間沒有受到侵入。

2）測試時，生存空間之外的車輛其他部件（如立柱、拉手、行李架、滅火器等，不包括生存空間內(nèi)的結(jié)構(gòu)部件）在測試過程中不得侵入生存空間，也不應(yīng)發(fā)生結(jié)構(gòu)件完全斷開的現(xiàn)象。

3）生存空間內(nèi)的部件（如座椅、垂直把手、隔間、小廚房和衛(wèi)生間等）不應(yīng)有導(dǎo)致乘員傷害的可能，并且不應(yīng)突出至變形結(jié)構(gòu)的輪廓外。變形結(jié)構(gòu)的輪廓線應(yīng)在每個相鄰的窗和/或門立柱間按順序進行確定。兩個變形的立柱之間的輪廓線，理論上應(yīng)是一個連續(xù)的平面，由立柱內(nèi)部各輪廓點連接的直線確定，這些點在側(cè)翻試驗前距地板平面處于同一高度。

（3）后碰撞防護設(shè)計要求

后高壓艙B 級電壓部件的布置位置和防護結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮被追尾后，符合GB/T 31498-2015 中4.2~4.4節(jié)的要求，對燃料電池乘用車，后碰撞測試方法可參考GB/T 20072-2006《乘用車后碰撞燃料系統(tǒng)安全要求》。

仍以燃料電池乘用車為例，如果其儲氫瓶布置于后排座位后側(cè)，應(yīng)在車身上考慮設(shè)計橫梁和縱梁的加強結(jié)構(gòu)，確保后面碰撞時，整車儲氫系統(tǒng)及其管路的塑性變形在失效應(yīng)變值之內(nèi)（如圖2-3）。

圖2-3 燃料電池乘用車后碰撞設(shè)計案例

（4）底部碰撞防護設(shè)計要求

底部碰撞防護設(shè)計要考慮兩方面，一是離地間隙；二是防護結(jié)構(gòu)。防護設(shè)計應(yīng)能滿足發(fā)生底部碰撞后符合GB/T 31498-2015 中4.2~4.4 節(jié)的要求。

（5）前碰撞防護設(shè)計要求

前高壓艙B 級電壓部件的布置位置和防護結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮正面碰撞工況，符合GB/T 31498-2015 中4.2~4.4 節(jié)的要求，對燃料電池乘用車，正面碰撞測試方法可參考GB 11551-2014《汽車正面碰撞的乘員保護》。

以燃料電池乘用車為例，散熱器前端框架結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮加強設(shè)計，可通過提高板料厚度，改變開口尺寸大小以及選合適位置設(shè)計加強支架，當(dāng)車輛發(fā)生正面碰撞時，前端框架應(yīng)吸收能量的同時保護燃料電池系統(tǒng)（如圖2-4）。

圖2-4 燃料電池乘用車前碰撞設(shè)計案例

一般地，燃料電池氫氣子系統(tǒng)各組件布置于燃料電池系統(tǒng)與車身前擋板總成之間，設(shè)計時應(yīng)考慮供應(yīng)回氫總成、電磁閥和管路等組件與車身前擋板總成間隙不小于35mm，當(dāng)車輛發(fā)生正面碰撞時，滿足氫氣子系統(tǒng)各組件有足夠的安全逃逸空間，案例如圖2-5 所示。

圖2-5 燃料電池乘用車前艙布置案例

圖2-6 燃料電池電動汽車氫氣管路應(yīng)力仿真示例

氫氣子系統(tǒng)管路應(yīng)考慮軟管與硬管結(jié)合的設(shè)計方式，且管路設(shè)計轉(zhuǎn)彎位置和轉(zhuǎn)彎角度時，應(yīng)充分考慮碰撞受力的方向和大小，盡量避免出現(xiàn)氫氣管路彎折或折斷從而導(dǎo)致氫氣泄漏的情況發(fā)生。如圖2-6 所示，設(shè)計電堆供氫管路和回氫管路轉(zhuǎn)彎位置和角度后，應(yīng)進行正面碰撞仿真分析，所承受應(yīng)力在管路材料允許范圍內(nèi)，并保證該段管路不會發(fā)生氫氣泄漏的風(fēng)險。

如果燃料電池發(fā)動機X 軸前端設(shè)計有高壓接插器和高壓線束等，應(yīng)考慮進行保護罩、防護支架等設(shè)計，避免碰撞時前端框架結(jié)構(gòu)將高壓部件切斷引起高壓失火的危險情況發(fā)生。如圖2-7 所示，升壓DC/DC 變換器與驅(qū)動電機、空壓機和水泵連接的高壓接插器設(shè)計在X 軸前端，應(yīng)設(shè)計防撞保護罩，在整車發(fā)生正面碰撞時，能夠避免前端框架橫梁剪切高壓接插器，最大塑性應(yīng)變控制在保證無斷裂失效風(fēng)險范圍之內(nèi)。

圖2-7 燃料電池乘用車高壓防護罩及防護支架設(shè)計示例

四、整車氫氣排放和泄漏安全設(shè)計

1、整車氫氣排放要求

按照GB/T 37154-2018《燃料電池電動汽車整車氫氣排放測試方法》中“怠速熱機狀態(tài)氫氣排放”章節(jié)規(guī)定的試驗方法進行測試，在進行正常操作（包括啟動和停機）時，任意連續(xù)3s 內(nèi)的平均氫氣體積濃度不超過4%，且瞬時氫氣體積濃度不超過8%。

整車氫氣排放的一般要求包括：

1）不應(yīng)排到乘客艙和行李艙。

2）不應(yīng)排向車輪所在空間。

3）不應(yīng)排向露出的電器端子、電器開關(guān)件及其他點火源。

4）不應(yīng)排向其他氫氣容器。

5）不應(yīng)排向車輛正前方。

2、整車氫氣排放設(shè)計

1）排氣系統(tǒng)管路連接的硬管材質(zhì)應(yīng)采用具備氫脆抑制性能的材料，宜采用316L 不銹鋼；軟管的工作溫度范圍-50 ℃～150 ℃；所有金屬管件焊縫處應(yīng)作打磨、防銹、鈍化處理；焊接后做密封性檢查，無泄漏，無滲漏。

2）尾排系統(tǒng)管路中應(yīng)設(shè)置氣液分離裝置，同時建議將分離出來的氫氣通過專用通道在車輛高位處排出（7m 以下車輛可以除外）。為避免尾排管氫氣聚集，同時減少尾氣排放阻力，宜設(shè)計冷凝水排水管路，排水口設(shè)置在管路中最低點。排氣管排氣口均應(yīng)從車身后側(cè)伸出車外，管口朝向車輛后方。

3）在溫度驅(qū)動安全泄壓裝置（Thermally-Activated Pressure Relief Device，TPRD）和安全泄壓裝置（Pressure Relief Device，PRD）釋放管路的出口處應(yīng)采取必要的保護措施（例如：加蓋管帽），防止在使用過程中被異物堵塞，影響氣體釋放。與PRD 相連的管路、通道和出口的制造材料應(yīng)使用熔點高于538℃(1000°F)的金屬材料。

4）氫氣子系統(tǒng)應(yīng)考慮設(shè)計泄壓安全閥，如果發(fā)生氫氣壓力超過安全限值的情況，則泄壓安全閥緊急排氫完成泄壓，避免因壓力過高損壞燃料電池堆和發(fā)生氫泄漏；氫系統(tǒng)壓力異常升高時，氫系統(tǒng)能夠通過壓力泄放裝置及時泄壓；車輛進行維修維護時，能夠通過手動泄壓閥將氫管路中的氫氣進行泄放。

3、整車氫氣泄漏要求

（1）車內(nèi)要求

儲氫系統(tǒng)泄漏或滲透的氫氣，不應(yīng)直接排到乘客艙、行李艙/貨箱，或者車輛中任何有潛在火源風(fēng)險的封閉空間或半封閉空間。封閉空間或半封閉空間是指車輛內(nèi)有可能暴露于壓縮氫氣儲存系統(tǒng)的空間和可能積聚氫氣（從而產(chǎn)生危險）的環(huán)境空間、區(qū)域（若有），如乘客艙、行李艙、貨艙或前艙蓋下面的空間。

（2）車外要求

對于M1 類車輛，在密閉空間內(nèi)進行氫泄漏試驗，應(yīng)滿足任意時刻測得的氫氣體積濃度不超過1%。

車輛應(yīng)盡可能保證在碰撞后氫系統(tǒng)的完整性。在發(fā)生碰撞后的60min 內(nèi)，氫系統(tǒng)的平均氫氣泄漏率不得超過118NL/min；碰撞后的氫氣泄漏不得使乘客艙、行李艙或是貨箱內(nèi)的氫氣體積濃度超過4%。

4、整車氫氣泄漏報警裝置要求

1）在安裝氫系統(tǒng)的封閉或半封閉空間上方的適當(dāng)位置，至少安裝一個氫氣泄漏探測傳感器。它能實時檢測氫氣的泄漏情況，并將信號傳遞給氫氣泄漏報警裝置。車內(nèi)安裝的氫氣泄漏探測傳感器精度應(yīng)高于1.0%。

2）在駕駛員容易識別的部位安裝氫氣泄漏報警提醒裝置。當(dāng)檢測系統(tǒng)檢測到氫氣泄漏時，應(yīng)在1.0%～3.0%區(qū)間中的某個值時設(shè)置某警報級別；且在2.0%～4.0%中的某個值處設(shè)置另一警報級別報警。一般處理機制是，在車輛運行過程中或啟動過程中，當(dāng)車內(nèi)封閉空間或半封閉空間內(nèi)出現(xiàn)氫氣體積濃度達到1.0%～3.0%內(nèi)某個值的泄漏情況時，警報應(yīng)保持亮起；當(dāng)達到2.0%～4.0%內(nèi)某個值泄漏報警發(fā)生后，應(yīng)切斷氫氣供應(yīng)；當(dāng)泄漏濃度下降到低于報警值時，只有在下次燃料電池系統(tǒng)啟動時才能復(fù)位報警狀態(tài)，取消報警。

3）當(dāng)氫氣泄漏探測傳感器發(fā)生短路、斷路等故障發(fā)生時，應(yīng)能對駕駛員發(fā)出故障警告信號。

五、整車故障防護設(shè)計

參考中國臺灣地區(qū)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，燃料電池車輛動力系統(tǒng)的開啟至少執(zhí)行兩項有意識且有區(qū)別的動作，且在車輛進入可行駛狀態(tài)后，應(yīng)當(dāng)以持續(xù)或短暫的方式提醒駕駛者。車輛動力系統(tǒng)的關(guān)閉只用一個動作完成，且自動或手動關(guān)閉動力系統(tǒng)后，只能通過上述的啟動動作進行重新啟動。ISO 6469-2：2018

規(guī)定，可由主開關(guān)控制動力系統(tǒng)的啟動和停止，且如果通過主開關(guān)功能停用了燃料電池電動汽車，那么燃料電池系統(tǒng)應(yīng)可保持激活狀態(tài)，以執(zhí)行系統(tǒng)所需的某些功能。另外ISO 6469-2：2018 還規(guī)定了車輛的充電、行駛、倒車、停車、RESS 低SOC 狀態(tài)等過程的駕乘安全要求。不同狀態(tài)的具體要求如下：

1）充電及加氫過程：當(dāng)車輛電源電路物理連接至電源插座或車輛接插器時，或車輛加氫口連接加氫槍時，應(yīng)禁止其自身動力系統(tǒng)引起的車輛移動。如果車輛設(shè)計成使得物理連接的插頭明顯阻礙了用于驅(qū)動的車輛控制器的操作，則認為滿足了該要求。

2）行駛過程：在行駛時，如果電驅(qū)動系統(tǒng)配備有自動降低車輛驅(qū)動力的裝置，那么在驅(qū)動力明顯降低時，應(yīng)提示駕駛者。

3）倒車過程：如果通過反轉(zhuǎn)電動機的旋轉(zhuǎn)方向?qū)崿F(xiàn)車輛的向后行駛，則為防止在車輛行駛時無意識地切換為反向或在正向和反向之間切換，要求在切換行駛方向時，使駕駛員采用兩種單獨的操作或只要求駕駛員進行一種操作，但設(shè)置安全裝置使車輛靜止或緩慢行駛時切換行駛方向。

4）停車過程：停車時，車輛動力系統(tǒng)未關(guān)閉時應(yīng)提示駕駛者；當(dāng)動力系統(tǒng)關(guān)閉后，車輛不會意外移動。

5）RESS 低SOC 狀態(tài)：如果RESS 的低SOC 對車輛行駛性能有影響，則應(yīng)向駕駛員指示RESS的低能量含量（例如，視覺或聽覺信號）。在車輛制造商指定的低電量狀態(tài)的第一個指示處，車輛應(yīng)滿足以下要求：

①車輛應(yīng)能夠使用其自身的驅(qū)動系統(tǒng)將其駛出交通區(qū)域。

②當(dāng)輔助電氣系統(tǒng)沒有獨立的能量存儲裝置時，照明系統(tǒng)仍應(yīng)具有最小的能量儲備。

6）車輛運轉(zhuǎn)意外狀態(tài)：當(dāng)燃料電池系統(tǒng)、氫系統(tǒng)或高壓電系統(tǒng)出現(xiàn)意外故障時，整車應(yīng)按照故障等級和故障類型做出相應(yīng)處理，如發(fā)送關(guān)機指令、限制輸出功率等。

7）失效狀態(tài)：燃料電池電動汽車氫系統(tǒng)及組件應(yīng)考慮到失效安全設(shè)計，當(dāng)失效時，電力驅(qū)動及燃料系統(tǒng)應(yīng)關(guān)閉及停止能源供給。

六、整車涉水安全、起火駕乘人員安全設(shè)計

1、涉水安全設(shè)計

為了保證車輛在涉水、清洗、雨水浸泡等環(huán)境條件下的電氣安全，需要對車輛進行模擬涉水試驗、模擬清洗試驗和模擬浸水試驗，并在試驗后進行絕緣電阻檢測以考核車輛是否存在高壓漏電風(fēng)險。

乘用車的涉水要求應(yīng)符合GB/T 18384-2020 的相應(yīng)要求，其中涉水深度不應(yīng)低于100mm。

商用車的涉水及浸水要求應(yīng)符合GB 38032-2020《電動客車安全要求》的相應(yīng)要求，其中涉水深度不應(yīng)低于300mm，浸水深度不應(yīng)低于500mm，并且安裝在客艙地板以下且距地面500 mm 以下的B 級電壓電氣設(shè)備和與B 級電壓部件相連的接插器（充電口除外）或安裝在車頂且無防護裝置的B 級電壓

電氣設(shè)備（受電裝置除外），其防護等級應(yīng)不低于IP67。

所有高壓部件在裝配完好的情況下，行李艙內(nèi)外及乘員艙外無防護裝置或距離500mm 以下的高壓部件防水等級應(yīng)至少達到IPX7，其他情況防水等級應(yīng)至少達到IPX5，乘員艙內(nèi)的高壓部件應(yīng)至少達到IPX4 等級要求。

2、防火安全設(shè)計

（1）火情預(yù)警

可充電儲能系統(tǒng)應(yīng)具備火災(zāi)檢測自動報警功能，應(yīng)在駕駛區(qū)給駕駛員提供聲或光報警信號，且報警后5min 內(nèi)電池箱外都不能起火爆炸。

發(fā)生起火時，車載氫系統(tǒng)應(yīng)能從儲氫瓶處自動切斷氫氣供應(yīng)。

燃料電池電動汽車應(yīng)能檢測燃料電池發(fā)動機和車載供氫系統(tǒng)的工作狀態(tài)并在發(fā)現(xiàn)異常情況時報警，且報警后自動關(guān)閉儲氫瓶處的供氫閥門。

（2）防火隔離

在可充電儲能系統(tǒng)和車載氫系統(tǒng)與客艙之間應(yīng)使用阻燃隔熱材料隔離，阻燃隔熱材料的燃燒性能應(yīng)符合GB 8624-2012《建筑材料及制品燃料性能分級》中規(guī)定的A 級要求，并且按GB/T 10294-2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定防護熱板法》進行試驗，在300℃時導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)小于等于0.04W/(m·K)。

（3）阻燃設(shè)計

乘用車的材料阻燃特性應(yīng)符合GB/T 18384-2020 的要求，客車的材料阻燃特性應(yīng)符合GB 38032 中材料阻燃的相關(guān)要求。燃料電池系統(tǒng)的非金屬零部件（燃料電池堆模塊外殼之類的除外）的材質(zhì)應(yīng)滿足水平燃燒HB 級和垂直燃燒V-0 級的要求。

（4）滅火裝置

對于燃料電池城市公交一類的車輛，可充電儲能裝置艙體內(nèi)應(yīng)配置具有高溫預(yù)警及自動滅火功能的電池箱專用自動滅火裝置。

（5）應(yīng)急出口

車輛應(yīng)有起火應(yīng)急出口，且應(yīng)符合GB 7258-2017《機動車運行安全技術(shù)條件》的相應(yīng)要求。

七、安全標(biāo)識

1、安全標(biāo)識的總體要求

燃料電池電動汽車安全標(biāo)志的顏色、色度、使用方式及圖形符號應(yīng)分別按照GB 2893-2008《安全色》、GB 2894-2016《安全標(biāo)志及其使用導(dǎo)則》和GB/T 5465.2-2008《電氣設(shè)備用圖形符號第2 部分：圖形符號》的規(guī)定。指令標(biāo)志、警告標(biāo)志、安全提示標(biāo)志、消防設(shè)施標(biāo)志的安全色至少占安全標(biāo)志總面積的50%。安全標(biāo)志應(yīng)與附加標(biāo)志組合使用，也可采用多重標(biāo)志，要求見GB 30678-2014。安全色定義見表2-6。

表2-6 安全色含義

2、整車安全標(biāo)識

燃料電池電動汽車常見整車安全標(biāo)識見表2-7。

表2-7 燃料電池電動汽車常見整車安全標(biāo)識

3、高壓警告標(biāo)識

對于B 級電壓部件，如RESS 和燃料電池堆等，需具有高壓警告標(biāo)識，如圖2-8 所示。符號的底色為黃色，邊框和箭頭為黑色。

當(dāng)移開遮欄或外殼可以露出B 級電壓帶電部分時，遮欄和外殼上也應(yīng)有同樣的符號清晰可見。當(dāng)評估是否需要此符號時，應(yīng)當(dāng)考慮遮欄/外殼可進入和可移開的情況；標(biāo)記附近建議有明顯可見的安全操作注意項目的提醒，如“電機控制器開蓋要等xx 分鐘后，測量母線電壓值為安全電壓后方可操作”。

圖2-8 高壓警示標(biāo)識

4、B 級電壓電線標(biāo)記

燃料電池電動汽車B 級電壓電路中電纜和線束的外皮應(yīng)用橙色加以區(qū)別，外殼里面或遮欄后面的建議也用橙色加以區(qū)別。B 級電壓接插器可通過與之連接的線束來區(qū)分。電線電纜標(biāo)記應(yīng)按照GB/T6995.1-2008《電線電纜識別標(biāo)志方法第1 部分：一般規(guī)定》五個部分標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進行標(biāo)識，B 級電壓電線標(biāo)記應(yīng)按照GB/T 6995.3-2008《電線電纜識別標(biāo)志方法第3 部分：電線電纜識別標(biāo)志》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進行標(biāo)識。

5、燃料類型標(biāo)識

燃料電池車輛易見位置張貼表示氫燃料類型的圖形標(biāo)識， 壓縮氫氣的標(biāo)識代號為CHG（Compressed Hydrogen Gas）、液態(tài)氫的標(biāo)識代號為LH2，圖形標(biāo)識見下圖2-9，標(biāo)識尺寸及字體按GB/T17676-1999 的規(guī)定。標(biāo)志應(yīng)清晰、醒目、防水、防腐，標(biāo)志應(yīng)貼在車輛醒目位置。對于燃料電池汽車燃料和汽車類型的具體標(biāo)識，可以參考SAE J2579：2018 Standard for Fuel Systems in Fuel Cell and Other Hydrogen Vehicles、SAE J2578：2014 Recommended Practice for General Fuel Cell Vehicle Safet 和SAE-J2990-1：2016 Gaseous Hydrogen and Fuel Cell Vehicle First and Second Responder Recommended Practice，這三個SAE 標(biāo)準(zhǔn)對各類標(biāo)識進行了詳細規(guī)定。我國的GB/T 24549-2020《燃料電池電動汽車安全要求》、GB/T 26779-2011《燃料電池電動汽車加氫口》和氫燃料電池汽車安全指南（2019 版）也有部分規(guī)定。

圖2-9 燃料類型標(biāo)識6、加氫口圖形標(biāo)識

燃料電池電動汽車加氫艙門位置應(yīng)張貼加氫口標(biāo)識，標(biāo)識清晰易理解，便于加氫站操作人員確定加氫口位置，如圖2-10。

圖2-10 加氫口標(biāo)識