高壓儲(chǔ)氫是目前最簡單和最常用的車載純氫儲(chǔ)存方法。因此，目前大部分的燃料電池電動(dòng)汽車供氫系統(tǒng)都采用高壓儲(chǔ)氫方式。氫燃料電池商用車（大巴、物流車）高壓儲(chǔ)氫通常壓力為35MPa，氫燃料電池乘用車高壓儲(chǔ)氫壓力可達(dá)到70MPa。燃料電池工作時(shí)對(duì)氫氣的流量和壓力有很高的要求，儲(chǔ)存的氫氣需要經(jīng)過壓力和流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)后再輸送到燃料電池內(nèi)部。儲(chǔ)氫瓶、供氫管路、加氫口、壓力流量調(diào)節(jié)元件、氫泄漏傳感器和相應(yīng)控制系統(tǒng)組成了車載供氫系統(tǒng)。車載供氫系統(tǒng)配置的儲(chǔ)氫瓶容積可根據(jù)具體情況進(jìn)行選配，從而組合成多種瓶組形式的車載供氫系統(tǒng)安裝于燃料電池電動(dòng)車輛，為燃料電池電動(dòng)車輛提供氫氣存儲(chǔ)及調(diào)壓后的氫氣輸出。

截止2019 年底，我國燃料電池電動(dòng)汽車保有量已經(jīng)超過6000 輛，預(yù)計(jì)到2025 年有5 萬輛，2030年將達(dá)到百萬輛。隨著燃料電池電動(dòng)汽車的逐漸普及，作為燃料電池電動(dòng)汽車重要組成部分的車載氫系統(tǒng)，由于氫氣的易燃易爆特性，其安全性備受重視。氫氣泄漏等引起的危險(xiǎn)主要包括：① 氫氣重量輕、易泄漏、擴(kuò)散速度快，當(dāng)空氣中的體積分?jǐn)?shù)為4%-75%時(shí)，有爆炸風(fēng)險(xiǎn)，極易發(fā)生對(duì)人員以及設(shè)備威脅的事故；② 在充裝氫氣過程中，進(jìn)入同一設(shè)備及管路的氫氣會(huì)由于高流速和壓縮而溫度驟升，若溫度超過設(shè)備的安全規(guī)定范圍，就會(huì)造成設(shè)備損壞和介質(zhì)泄漏，甚至爆炸；③ 氫氣與空氣混合會(huì)形成爆炸性混合物，如果存在電火花或點(diǎn)火源，則極易發(fā)生火災(zāi)，在封閉空間還會(huì)造成爆炸事故。

一、車載氫系統(tǒng)一般安全要求

1、總則

燃料電池電動(dòng)汽車車載氫系統(tǒng)作為燃料電池電動(dòng)汽車的重要組成部分，主要的功能是實(shí)現(xiàn)高壓氫氣的加注、儲(chǔ)存與供應(yīng)。在車載氫系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，應(yīng)充分遵照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，從設(shè)計(jì)開發(fā)到集成安裝，均應(yīng)滿足如下安全要求：

1）燃料電池供氫系統(tǒng)應(yīng)符合GB/T 24549-2020《燃料電池電動(dòng)汽車安全要求》和GB/T 26990-2011《燃料電池電動(dòng)汽車車載氫系統(tǒng)技術(shù)條件》及GB/T 29126-2012《燃料電池電動(dòng)汽車車載氫系統(tǒng)試驗(yàn)方法》的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2）車載氫系統(tǒng)零部件選型時(shí)，各零部件應(yīng)符合相應(yīng)國標(biāo)要求，并滿足車載氫系統(tǒng)使用需求，如加氫口應(yīng)滿足GB/T 26779-2011《燃料電池電動(dòng)汽車加氫口》，對(duì)于常用的III 型儲(chǔ)氫瓶，應(yīng)滿足GB/T35544-2017《車用壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》等。

3）燃料電池供氫系統(tǒng)應(yīng)滿足燃料電池用氫氣規(guī)模、對(duì)氫氣品質(zhì)的技術(shù)要求，同時(shí)應(yīng)配置與整車關(guān)聯(lián)可靠的監(jiān)控關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，確保車輛使用安全。

4）車載氫系統(tǒng)在安裝集成時(shí)，應(yīng)確保安裝集成人員經(jīng)過相關(guān)培訓(xùn)和考核，嚴(yán)格控制裝配過程中各項(xiàng)要求的有效實(shí)施。

5）車載氫系統(tǒng)集成后應(yīng)進(jìn)行氣密和保壓測(cè)試，相關(guān)電子元件應(yīng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，保證功能的有效實(shí)現(xiàn)。根據(jù)用戶要求進(jìn)行相關(guān)認(rèn)證性試驗(yàn)，如EMC 測(cè)試、振動(dòng)測(cè)試等。

2、振動(dòng)與沖擊

燃料電池供氫系統(tǒng)應(yīng)具備一定的抗振動(dòng)和沖擊的能力，保證正常使用、運(yùn)輸或存儲(chǔ)過程中產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊不會(huì)對(duì)供氫系統(tǒng)各部件產(chǎn)生損害。可通過安裝防振設(shè)施來避免振動(dòng)和撞擊產(chǎn)生的不良影響，包括由系統(tǒng)自身中的單體及輔助設(shè)備所產(chǎn)生的、以及由外部環(huán)境產(chǎn)生的振動(dòng)和撞擊。

車載氫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)車輛運(yùn)行振動(dòng)頻率分析儲(chǔ)氫瓶固定方式和系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可根據(jù)空間要求設(shè)計(jì)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，提高車載氫系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮電氣接插器的可靠性，避免造成電氣部件電線脫落或碰線，避免因振動(dòng)導(dǎo)致短路等現(xiàn)象。

車載氫系統(tǒng)集成后，建議針對(duì)不同構(gòu)型的系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)件、支撐件和系統(tǒng)管路連接的可靠性。

3、材料選擇

燃料電池供氫系統(tǒng)由于直接或間接與氫氣接觸，應(yīng)具有與氫氣相容特性，所選材料應(yīng)滿足以下要求：

1）在所有的使用條件下，具有必要的化學(xué)穩(wěn)定性，使用中不會(huì)發(fā)生各種形式的化學(xué)反應(yīng)，以避免這些反應(yīng)形成對(duì)氫氣的污染。最大可能地避免發(fā)生氫脆、氫腐蝕、應(yīng)力腐蝕和其他形式的腐蝕。車載氫系統(tǒng)中與氫氣存在承壓關(guān)系的零部件材料應(yīng)滿足與氫氣的相容性要求，對(duì)非公認(rèn)材料應(yīng)參考ISO11114-4：2005《可運(yùn)輸氣瓶氣瓶和瓶閥材料與盛裝氣體的相容性第4 部分：選擇抗氫脆金屬材料的試驗(yàn)方法》進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。

2）適應(yīng)供氫系統(tǒng)物理環(huán)境的變化，符合各項(xiàng)機(jī)械性能要求，并在使用條件下保持穩(wěn)定的力學(xué)性能，如安裝金屬框架應(yīng)充分考慮低溫環(huán)境下冷脆造成的強(qiáng)度大幅衰減問題，以及密封用O 型圈耐溫性問題。

3）非金屬管道和相關(guān)配件材料滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求。

4）所選用材料滿足供氫系統(tǒng)整體預(yù)期壽命的要求。

5）當(dāng)已知所用的材料在某些條件下會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，制造商應(yīng)采取各種防范措施，并向用戶提供必要的信息，以最大程度地降低人身安全與健康風(fēng)險(xiǎn)。

4、車載氫系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)

車載氫系統(tǒng)一般還包含氫控制器、氫濃度傳感器、壓力傳感器、電磁閥、連接線束、接插器等電氣元件，它們組成了車載氫系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)。對(duì)電氣系統(tǒng)的一般安全要求如下：

1）該電氣系統(tǒng)應(yīng)滿足QC/T 29106-2014《汽車電線束技術(shù)條件》、QC/T 417-2016《車用電線束插接器》、QC/T 29106-2014《汽車低壓電線束技術(shù)條件》、EMC 測(cè)試的相關(guān)要求。

2）供氫系統(tǒng)所有電氣元件和接線應(yīng)該在機(jī)械強(qiáng)度、絕緣和電流承載能力方面均滿足氫氣安全使用要求。線束走向等應(yīng)合理布置且卡固良好，盡量避免與相鄰部件摩擦。線路中宜設(shè)置過電流保護(hù)裝置。

3）電氣元件的材料應(yīng)滿足供氫系統(tǒng)的使用環(huán)境，在選擇電絕緣材料時(shí)，應(yīng)考慮材料的機(jī)械強(qiáng)度、電絕緣強(qiáng)度和熱絕緣特性，即使在出現(xiàn)火災(zāi)和事故時(shí)也能夠起到防護(hù)作用。

4）供氫系統(tǒng)所用電磁啟閉的元件、部件應(yīng)采取必要的措施，避免同其他電磁設(shè)備因電磁干擾而產(chǎn)生不良影響。

5）供氫系統(tǒng)所有電氣元件的開口或插頭應(yīng)采取保護(hù)措施防止破損，有產(chǎn)生電火花危險(xiǎn)的電氣元件，應(yīng)予以適當(dāng)?shù)陌病?

6）電氣元件所發(fā)出的電磁波，不應(yīng)對(duì)其他電氣設(shè)備的功能產(chǎn)生持續(xù)且重大的干擾。

7）為防止電氣系統(tǒng)使用過程中產(chǎn)生破損、短路，并且避免電火花等對(duì)使用者或操作人員產(chǎn)生的危害，線路應(yīng)加以適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，或在沒有妨礙的位置裝設(shè)防護(hù)。電源接口應(yīng)避免設(shè)置在氫氣入口附近，氫管路與充電高壓線應(yīng)相對(duì)隔離。

8）為滿足不同地方的使用環(huán)境要求，供氫系統(tǒng)所有電氣元件應(yīng)滿足必要的耐鹽霧性能要求，具體要求應(yīng)滿足使用環(huán)境要求或參照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。

9）車載供氫系統(tǒng)電工電子產(chǎn)品進(jìn)行防水防塵試驗(yàn)時(shí)，所有電氣元件防護(hù)等級(jí)不低于GB/T4208-2017 中IP67 等級(jí)。

10）電氣系統(tǒng)中的各零部件應(yīng)滿足系統(tǒng)使用環(huán)境溫度要求，防火阻燃要求，以及自身應(yīng)滿足的使用要求等。

11）根據(jù)供氫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)電氣系統(tǒng)及配線等進(jìn)行接地防護(hù)。

12）充電口與加氫口不宜設(shè)在車身同一側(cè)，如設(shè)置在同一側(cè)不應(yīng)處于同一艙內(nèi)，且相距至少200mm。

13）車載氫系統(tǒng)的安裝集成過程中也應(yīng)注意電氣系統(tǒng)的安裝規(guī)范，避免出現(xiàn)因人為因素導(dǎo)致的功能性、耐久性、安全性等問題。

5、安裝及布置

（1）車載氫系統(tǒng)安裝布置的一般要求

車載氫系統(tǒng)的安裝及布置首先應(yīng)滿足GB/T 26990-2011《燃料電池電動(dòng)汽車車載氫系統(tǒng)技術(shù)條件》中4.2 節(jié)的描述，加氫口的布置應(yīng)滿足GB/T 26990-2011 中4.4 節(jié)的描述。此外，還應(yīng)充分參考如下建議：

1）燃料電池供氫系統(tǒng)安裝前，應(yīng)檢查供氫系統(tǒng)單體設(shè)備、管路及附件的各種合格證、技術(shù)文件，制定安裝就位方案和相關(guān)安全措施。

2）要充分考慮使用環(huán)境對(duì)供氫系統(tǒng)可能造成的傷害，采取必要措施，避免熱源以及電器、蓄電池等可能產(chǎn)生電弧的部件對(duì)供氫系統(tǒng)的安全影響。

3）車載氫系統(tǒng)中的氫濃度傳感器應(yīng)布置在車內(nèi)氫氣容易聚集的最高點(diǎn)區(qū)域，如果區(qū)域分離較遠(yuǎn)，應(yīng)相應(yīng)增加氫濃度傳感器數(shù)量。在可能發(fā)生泄漏的部位及載人車廂內(nèi)，都應(yīng)合理地安裝氫氣泄漏探測(cè)器，探測(cè)器應(yīng)安裝在氫氣最易發(fā)生積聚的位置，一般為局部最高點(diǎn)，通風(fēng)不好的地方。

4）車輛車身設(shè)計(jì)應(yīng)減少車載氫系統(tǒng)不必要的承重。

5）車身應(yīng)針對(duì)有可能產(chǎn)生氫氣泄漏區(qū)域設(shè)計(jì)相應(yīng)的氫氣排放口。

6）車身與車載氫系統(tǒng)的安裝應(yīng)充分考慮積水排放問題，避免致使車載氫系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)長期泡水，產(chǎn)生安全隱患。

7）支撐和固定管路的金屬零件不應(yīng)直接與管路接觸，需要加裝非金屬襯墊，但管路與支撐和固定件直接焊合或使用焊料連接的情況例外。

8）供氫系統(tǒng)可能產(chǎn)生靜電的地方要可靠接地，或采取其他控制氫泄漏量及濃度的措施，以使得即便在產(chǎn)生靜電的地方，也不至于發(fā)生安全問題。金屬管路和金屬連接件應(yīng)可靠接地，連接處應(yīng)采用金屬線跨接，且適應(yīng)氫氣環(huán)境。

9）供氫系統(tǒng)應(yīng)安裝牢固，應(yīng)避開易摩擦、易受沖擊的位置，或者采取緩沖保護(hù)措施，以防止應(yīng)用時(shí)發(fā)生位移或損壞。

10）供氫系統(tǒng)各功能總成、零部件的連接管路要牢固固定，固定點(diǎn)之間的間隔不大于1000mm，如總成無法固定在同一個(gè)結(jié)構(gòu)體上，應(yīng)確保兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)體之間的相對(duì)位移合理，必要時(shí)將儲(chǔ)供氫總成與燃料電池系統(tǒng)用軟管連接。

11）供氫系統(tǒng)安裝在不能充分換氣的封閉或半封閉空間（如駕駛室、載人車廂和貨箱內(nèi)）時(shí)，應(yīng)該使用密封箱、波紋管及通氣接口將瓶口閥及連接的高壓接頭與駕駛室、載人車廂或貨箱安全隔離，通氣接口排氣方向應(yīng)在與地面成45°圓錐的范圍內(nèi)，并能將泄漏氣體排出車外，通氣接口至排氣管和其他熱源距離不得小于250mm，通氣總面積應(yīng)不小于450mm2。密封箱應(yīng)滿足如下要求：

①密封箱的排風(fēng)口位于裝置最高點(diǎn)，且排放氣體的流動(dòng)方位和方向應(yīng)遠(yuǎn)離人、電源和火源。排放方向滿足如下要求：不應(yīng)直接排到燃料電池應(yīng)用裝置操作室等密閉空間；不應(yīng)排向容易產(chǎn)生靜電的裝置；不應(yīng)排向露出的電氣端子、電氣開關(guān)器件及其他引火源；不應(yīng)排向其他儲(chǔ)氫容器。

②密封箱需進(jìn)行密封和排氣測(cè)試。

③密封箱的電子接頭和元件不能產(chǎn)生火花。

④密封測(cè)試時(shí)，密封箱不發(fā)生任何永久變形。

⑤密封盒等隔離裝置應(yīng)有很強(qiáng)的防護(hù)功能，當(dāng)車輛受到?jīng)_撞時(shí)應(yīng)能有效地防止氣瓶沖入駕駛室、載人車廂或貨箱內(nèi)。

12）供氫系統(tǒng)安裝完成后，應(yīng)檢查各相關(guān)尺寸、連接管線的正確性、氣密性；檢查電氣接地的正確性和接地電阻。

13）車載氫系統(tǒng)在組裝、運(yùn)輸、吊裝過程中應(yīng)避免系統(tǒng)、特別是功能閥件、電氣元件的磕碰，避免出現(xiàn)螺栓螺母的漏裝、漏檢，電氣接插器的漏接、虛接、接地，以及靜電片的漏裝、卡套螺母的安裝不到位等問題。

（2）車載儲(chǔ)氫瓶的安裝及布置要求

1）一般要求

供氫系統(tǒng)涉及的壓力容器，應(yīng)符合壓力容器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，安裝人員應(yīng)持有相關(guān)資質(zhì)。任何完整的高壓氫氣儲(chǔ)存容器，應(yīng)包括一個(gè)連接固定裝置。

儲(chǔ)氫瓶應(yīng)被可靠地固定在車上，安裝氣瓶的固定座應(yīng)具有阻止氣瓶旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)的能力，固定座應(yīng)便于拆裝工作。氣瓶安裝在車上后，氣瓶的強(qiáng)度和剛度不得下降，車架（車身）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也不應(yīng)受影響。儲(chǔ)氫瓶安裝方法不能嚴(yán)重削弱車輛結(jié)構(gòu)，部件結(jié)合的部位（比如將拉帶螺栓焊到拉帶上），連接點(diǎn)的強(qiáng)度不能小于任一連接件的強(qiáng)度。

當(dāng)儲(chǔ)氫瓶安裝在車輛的外露空間時(shí)，應(yīng)采取有效的防護(hù)措施，儲(chǔ)氫瓶周圍應(yīng)避免有尖銳、棱角等結(jié)構(gòu)的零件

2）燃料電池客車

對(duì)于燃料電池客車，采用儲(chǔ)氫瓶底置設(shè)計(jì)時(shí)，儲(chǔ)氫瓶艙體的兩側(cè)艙門上應(yīng)有格柵，保證正常通風(fēng)，且格柵的高度應(yīng)位于氣瓶艙門的高位，防止氫氣在艙體頂部聚集；儲(chǔ)氫瓶艙體與乘客艙應(yīng)保證有效的隔離，防止泄漏的氫氣進(jìn)入乘客艙；與氫系統(tǒng)無關(guān)的電氣線路和氣體管路接頭應(yīng)盡量避開儲(chǔ)氫瓶艙室。

當(dāng)儲(chǔ)氫瓶布置在車架下方時(shí)，儲(chǔ)氫瓶下方應(yīng)采取有效防護(hù)措施，應(yīng)有效避免驅(qū)動(dòng)輪造成的異物飛濺撞擊儲(chǔ)氫容器，氣瓶最低位置離地距離建議不小于200mm。

儲(chǔ)氫瓶應(yīng)固定牢靠，其安裝位置應(yīng)使其在車輛前、后、側(cè)向碰撞事故中受到車身結(jié)構(gòu)的保護(hù)。車長大于6m 的客車，儲(chǔ)氫容器任何部位距車輛前端應(yīng)不小于600mm，距車輛后端應(yīng)不小于300 mm。

氣瓶安裝在頂部時(shí)，頂置氣瓶應(yīng)有氣瓶罩遮蔽保護(hù)，避免太陽直射；氣瓶罩應(yīng)結(jié)構(gòu)合理，美觀實(shí)用；氣瓶罩側(cè)門盡量采用碰銷式結(jié)構(gòu)，以便于開啟；氣瓶罩上應(yīng)有通風(fēng)口，通風(fēng)口通氣總截面面積應(yīng)不小于2000mm2。

儲(chǔ)氫瓶安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離熱源，其環(huán)境溫度不得高于50℃，必要時(shí)應(yīng)采取隔熱措施。在任何情況下，氣瓶及其所有高壓管路與熱源距離應(yīng)不小于100mm；當(dāng)氣瓶及其所有高壓管路與熱源的距離在100mm~200mm 之間時(shí)，應(yīng)設(shè)置固定可靠的隔熱及保護(hù)裝置。

如果儲(chǔ)氫瓶若采用縱向安裝方式，即儲(chǔ)氣瓶的中軸線與車輛的縱軸平行，則儲(chǔ)氣瓶裝有閥門、儀表的一端應(yīng)朝向車輛的尾部。

由于底盤放置了動(dòng)力電池、DC/DC 變換器及驅(qū)動(dòng)電機(jī)，加上目前商用客車多為低底盤客車以方便乘客搭乘，建議將燃料電池商用客車的多瓶組車載氫系統(tǒng)布置于車頂。頂部的空間更有利于布置多個(gè)儲(chǔ)氫瓶，以增加儲(chǔ)氫量和續(xù)駛里程。除了考慮負(fù)載均衡以及不影響客車內(nèi)部乘車空間外，車頂氫系統(tǒng)的罩殼可做成玻璃鋼件，頂裙圍采用成型的鋁合金板，有效地保證車輛外觀的平整性與連貫性。此外氫系統(tǒng)罩殼頂部可以打開，方便儲(chǔ)氫瓶的維護(hù)與安全操作。

圖3-1 為供氫系統(tǒng)布置于頂部前半部的燃料電池商用客車案例。

圖3-1 商用客車車載儲(chǔ)氫瓶安裝及布置案例

3）燃料電池乘用車

乘用車車載儲(chǔ)氫瓶配置應(yīng)綜合考量足夠的乘客空間、行李置放空間與燃料儲(chǔ)量，并考慮車輛安全性與重量平均分配。建議轎車車載儲(chǔ)氫瓶置于轎車底盤下方中部、后座乘客椅座的下方，以及行李箱與后輪間的開放空間。受空間的限制和規(guī)避停駛期間安全排放的風(fēng)險(xiǎn)，可采用多個(gè)高壓儲(chǔ)氫瓶。乘用車儲(chǔ)氫瓶的安裝及布置方案案例如圖3-2 所示。

圖3-2 乘用車車載儲(chǔ)氫瓶安裝及布置案例

4）燃料電池貨車

商用貨車為了保證其一定的續(xù)駛里程，目前通常布置多瓶組35MPa 的車載氫系統(tǒng)，中小型貨車設(shè)置雙瓶組或三瓶組，大型貨車的儲(chǔ)氫瓶可能會(huì)超過四組，必要時(shí)采用70MPa 儲(chǔ)氫系統(tǒng)，以提高儲(chǔ)氫量和續(xù)駛里程。建議將儲(chǔ)氫瓶以橫臥疊排式安裝在靠近牽引車頭的車輛底盤上，可增加貨箱的空間利用率。商用貨車氫系統(tǒng)的布置方案可參考圖3-3。

圖3-3 商用貨車車載儲(chǔ)氫瓶安裝及布置案例

6、使用環(huán)境

制造商應(yīng)規(guī)定燃料電池供氫系統(tǒng)的使用條件，應(yīng)包括海拔、工作溫度、相對(duì)濕度、儲(chǔ)存溫度使用壽命。

建議燃料電池供氫系統(tǒng)應(yīng)能在下列環(huán)境條件下正常運(yùn)行：①海拔高度：≤3000 m；②環(huán)境溫度：-20（-30）℃～50℃；③相對(duì)濕度：≤95%；④儲(chǔ)存溫度：-40℃～60℃。

車載氫系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)整車應(yīng)用區(qū)域需求進(jìn)行相應(yīng)的環(huán)境驗(yàn)證性能試驗(yàn)。