一、熱管理子系統(tǒng)及熱安全設(shè)計(jì)

由于質(zhì)子交換膜材料自身的特性，燃料電池堆對(duì)溫度較為敏感。質(zhì)子交換膜需要吸收足夠的水分保證其具有良好的導(dǎo)電性，一旦溫度過(guò)高會(huì)加快膜內(nèi)水的蒸發(fā)，導(dǎo)致質(zhì)子交換膜出現(xiàn)皺折、縮水和破損等現(xiàn)象，燃料電池性能將會(huì)急劇下降。燃料電池工作中產(chǎn)生的熱量若不及時(shí)耗散，其內(nèi)部甚至?xí)霈F(xiàn)熱點(diǎn)，導(dǎo)致膜穿孔等現(xiàn)象的發(fā)生，嚴(yán)重縮短燃料電池的使用壽命，因此其工作溫度一般限制在60~80℃。

另外，對(duì)于燃料電池系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如空壓機(jī)和DC/DC 變換器，其在工作過(guò)程中也會(huì)發(fā)熱導(dǎo)致溫升，需要考慮散熱問(wèn)題。例如，空壓機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)壓縮空氣至燃料電池堆進(jìn)口過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量熱量，若不及時(shí)散發(fā)至外界，容易導(dǎo)致空壓機(jī)機(jī)體溫度急劇上升，縮短空壓機(jī)工作壽命。

燃料電池系統(tǒng)散熱元器件主要包含液冷散熱器和風(fēng)冷散熱器，上述散熱器應(yīng)具有足夠的散熱面積，保證系統(tǒng)內(nèi)部熱源與熱管理系統(tǒng)之間熱傳遞滿足設(shè)計(jì)需求。針對(duì)低功率燃料電池，風(fēng)冷散熱能滿足散熱要求。針對(duì)高功率（5kW 以上）燃料電池，一般需要采用液體散熱的冷卻方式。采用液體冷卻時(shí)，冷卻液流過(guò)燃料電池堆雙極板冷卻流道，通過(guò)對(duì)流傳熱將燃料電池堆產(chǎn)生的熱量散發(fā)至堆外。同時(shí)，輔助系統(tǒng)散熱主要通過(guò)冷卻液流過(guò)待冷卻部件冷卻流道，將部件產(chǎn)生的熱量散發(fā)至外界環(huán)境。因此，燃料電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮防止燃料電池堆、空壓機(jī)、DC/DC 變換器等關(guān)鍵零部件過(guò)溫而引發(fā)安全事故。上述散熱功能一般在燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。

燃料電池堆熱管理子系統(tǒng)的示意圖如圖5-1 所示，該子系統(tǒng)中包含散熱水泵、散熱器總成、節(jié)溫器等主要部件，通過(guò)節(jié)溫器，將其分成大、小循環(huán)，通過(guò)小循環(huán)可使燃料電池堆溫度迅速提升至運(yùn)行所需的溫度。

圖5-1 燃料電池堆散熱子系統(tǒng)

1）燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部使用的電機(jī)應(yīng)設(shè)置溫度傳感器，并通過(guò)電機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)功能。如果檢測(cè)到電機(jī)溫度過(guò)高，通過(guò)CAN 通訊向燃料電池系統(tǒng)控制器輸出電機(jī)溫度報(bào)警或者電機(jī)溫度過(guò)高信號(hào)，控制系統(tǒng)應(yīng)限制電機(jī)功率或停止工作。溫度傳感器的設(shè)置位置及數(shù)量應(yīng)能反映不同工況下最高溫度和最低溫度要求，同時(shí)應(yīng)考慮溫度傳感器的精度、適用范圍及響應(yīng)時(shí)間。

2）燃料電池系統(tǒng)應(yīng)能有效對(duì)燃料電池堆進(jìn)行散熱和降溫，以確保燃料電池堆工作溫度始終在正常使用范圍內(nèi)，以免溫度過(guò)高影響燃料電池堆的使用壽命。

3）為保證特定區(qū)域使用的燃料電池系統(tǒng)低溫啟動(dòng)性能，設(shè)計(jì)有加熱元器件。在燃料電池系統(tǒng)內(nèi)置加熱部件進(jìn)行熱設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)具備相應(yīng)的安全設(shè)計(jì)（如引入二次熱熔保護(hù)機(jī)制），當(dāng)加熱部件溫度過(guò)高時(shí)，能夠切斷加熱元器件電源。

4）對(duì)于熱管理系統(tǒng)中的液冷流路，當(dāng)系統(tǒng)可能發(fā)生泄漏甚至產(chǎn)生安全隱患時(shí)，熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮具有相應(yīng)的檢測(cè)手段，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

5）針對(duì)燃料電池系統(tǒng)可能存在的著火風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)零部件應(yīng)盡量選用阻燃等級(jí)較高或者不燃燒的材料，即使在熱失控的極端條件下，系統(tǒng)內(nèi)零部件至少不會(huì)加劇燃燒反應(yīng)。

6）在燃料電池?zé)峁芾碇校剂想姵氐淖畲竽褪軠囟葢?yīng)考慮到燃料電池內(nèi)部局部熱點(diǎn)問(wèn)題，防止燃料電池局部溫度過(guò)高造成危險(xiǎn)。當(dāng)燃料電池的溫度到達(dá)最大耐受溫度時(shí)，需要限定燃料電池的輸出功率，直至燃料電池溫度達(dá)到安全溫度后，方可放開(kāi)限定功率。

7）燃料電池堆用冷卻液應(yīng)符合表5-3 中所列的要求。

表5-3 燃料電池堆冷卻液品質(zhì)要求

燃料電池冷卻液中可能包含一定濃度的乙二醇。乙二醇是一種無(wú)色、有甜味的粘稠液體，人體直接攝入乙二醇或吸入其蒸汽是有毒的。所有涉及冷卻液操作的人員，必須遵守材料安全數(shù)據(jù)表(Material Safety Data Sheet，MSDS)中明確規(guī)定的使用特殊冷卻劑的預(yù)防措施。這些預(yù)防措施包括但不限于佩戴安全眼鏡和化學(xué)防護(hù)手套。對(duì)冷卻液的處置必須依照國(guó)家規(guī)定和地方性法規(guī)。

8）針對(duì)燃料電池運(yùn)行一段時(shí)間后，冷卻液電導(dǎo)率上升，導(dǎo)致燃料電池堆內(nèi)部短路的風(fēng)險(xiǎn)，熱管理系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)采集冷卻液電導(dǎo)率，提供電導(dǎo)率報(bào)警功能。若電導(dǎo)率超過(guò)一定值（5μS/cm）時(shí)需要更換離子過(guò)濾器，降低冷卻液的電導(dǎo)率。

9）熱管理系統(tǒng)能提供液位報(bào)警、流量報(bào)警等功能，當(dāng)液位和流量過(guò)高和過(guò)低時(shí)進(jìn)行報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)冷卻液泄漏等現(xiàn)象，保證冷卻液的流量穩(wěn)定。

二、氫氣子系統(tǒng)

燃料電池系統(tǒng)中氫氣子系統(tǒng)如圖5-2 所示。典型的氫氣子系統(tǒng)包括儲(chǔ)氫瓶、減壓閥、壓力調(diào)節(jié)閥、循環(huán)裝置（循環(huán)泵或引射器）、穩(wěn)壓罐、傳感器、各種電磁閥及管路等。氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)通過(guò)高壓儲(chǔ)氫瓶提供燃料電池堆所需的氫氣，根據(jù)燃料電池堆的工況特性，對(duì)氫氣進(jìn)行調(diào)壓、加濕，將氫氣調(diào)控至燃料電池堆所需的流量、壓力和濕度后，進(jìn)入燃料電池堆，并通過(guò)循環(huán)裝置對(duì)燃料電池堆出口氫氣進(jìn)行循環(huán)利用。燃料電池堆的尾排氫氣一般匯入到空氣排氣系統(tǒng)后，一起進(jìn)入尾排管排放，這種做法可降低尾排氣中的氫氣濃度。

圖5-2 燃料電池系統(tǒng)中氫氣子系統(tǒng)示意圖

圖5-2 中的燃料電池系統(tǒng)氫氣子系統(tǒng)包含的管路、閥門、傳感器、燃料處理裝置等，應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和使用要求。連接燃料電池堆和氫氣貯存容器的連接裝置應(yīng)適合使用要求。補(bǔ)給氫氣時(shí)與加氫站的快速氫氣接插器連接方法應(yīng)符合相關(guān)壓力、安全等標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。無(wú)論是固定的或可更換的，一次性的或可再充裝氫氣貯存容器，這些氫氣貯存容器都應(yīng)符合國(guó)家相關(guān)壓力、安全使用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。

燃料電池系統(tǒng)所使用的氫氣應(yīng)滿足GB/T 37244-2018《質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》中的品質(zhì)要求，氫氣純度應(yīng)大于99.97%（摩爾分?jǐn)?shù)），具體要求見(jiàn)表5-4。全新的儲(chǔ)氫瓶在使用前一般預(yù)充氮?dú)饣蛘呖諝?，?jīng)3 次以上置換，達(dá)到要求后方可使用。如果供給的氫氣品質(zhì)未達(dá)到要求，可能對(duì)燃料電池堆性能和壽命造成不利影響。

表5.4 進(jìn)入燃料電池系統(tǒng)的氫氣品質(zhì)要求

需要注意的是，燃料電池系統(tǒng)的供氫子系統(tǒng)在關(guān)閉時(shí)仍會(huì)有壓力存在，因此，在切斷氫氣供應(yīng)之前，要核查這條線是否處于無(wú)壓力狀態(tài)。另外，即使在燃料電池堆模塊已從系統(tǒng)中移除的情況下，模塊內(nèi)的氫管路仍可能有殘留氫氣。因此，在移除燃料電池堆之前，需要將管路中的氫氣安全釋放。

三、空氣子系統(tǒng)

燃料電池空氣子系統(tǒng)如圖5-3 所示。典型的燃料電池空氣子系統(tǒng)主要部件包括空氣過(guò)濾器、空壓機(jī)、中冷器、加濕器、進(jìn)氣總管、背壓調(diào)節(jié)閥、水分離器和消音器（可選）等?？諝膺^(guò)濾器用于防止空氣中雜質(zhì)顆粒進(jìn)入陰極堵塞流道；空壓機(jī)用于增加空氣壓力，達(dá)到陰極進(jìn)口壓力條件。根據(jù)能斯特方程，增加燃料電池堆壓力，也可在一定程度上增加電壓。經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮后的空氣溫度較高，為防止高溫空氣進(jìn)入燃料電池堆，須經(jīng)過(guò)中冷器冷卻，達(dá)到相應(yīng)的溫度要求。為保持質(zhì)子交換膜中水的含量，需要給空氣進(jìn)行加濕，達(dá)到一定的濕度條件。進(jìn)氣總管用于穩(wěn)定空氣進(jìn)氣壓力和流量，防止進(jìn)氣壓力和流量波動(dòng)?？梢?jiàn)，過(guò)濾后的空氣經(jīng)過(guò)由空壓機(jī)、中冷器、增濕器等組成的供氣系統(tǒng)，達(dá)到燃料電池堆對(duì)空氣流量、溫度、壓力和濕度的要求后，進(jìn)入燃料電池堆。背壓調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)陰極出口壓力，各個(gè)部件配合使用，保證空氣供應(yīng)穩(wěn)定可靠。燃料電池堆的尾排氣通過(guò)排氣系統(tǒng)后，進(jìn)入尾排管排放出去。

圖5-3 燃料電池空氣子系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖

燃料電池空氣子系統(tǒng)包括過(guò)濾器、管路、處理裝置、傳感器件、閥門等，應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，空氣子系統(tǒng)中過(guò)濾器僅對(duì)顆粒級(jí)灰塵進(jìn)行過(guò)濾處理。一般情況下，燃料電池堆對(duì)空氣質(zhì)量有明確的要求，需要配備空濾對(duì)進(jìn)入燃料電池系統(tǒng)的氣體進(jìn)行有效地過(guò)濾（包括顆粒物和相關(guān)化學(xué)物質(zhì)），防止造成對(duì)電極材料的污染。選擇空濾時(shí)應(yīng)考慮進(jìn)氣流阻對(duì)空壓機(jī)的影響。

針對(duì)燃料電池系統(tǒng)空氣子系統(tǒng)的各個(gè)部件，其存在的風(fēng)險(xiǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

1）空氣過(guò)濾器長(zhǎng)時(shí)間工作后失效，空氣中雜質(zhì)進(jìn)入燃料電池堆。

2）空壓機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中機(jī)體潤(rùn)滑油進(jìn)入空氣，空氣受到污染，進(jìn)而影響燃料電池正常工作。

3）中冷器冷卻能力不足，經(jīng)過(guò)中冷器冷卻后的空氣溫度過(guò)高，對(duì)燃料電池堆造成熱沖擊。

4）加濕器加濕能力不足，空氣中水蒸氣不足，導(dǎo)致燃料電池堆中水分逐漸減少，燃料電池內(nèi)部阻抗增加，輸出電壓急劇下降。

針對(duì)上述風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行空氣子系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則：①需防止空壓機(jī)潤(rùn)滑油等污染物進(jìn)入燃料電池堆，影響正常工作；②采用傳感器實(shí)時(shí)采集空氣供應(yīng)管路中空氣溫度和壓力，并輸入到燃料電池控制器中，并且提供溫度和壓力過(guò)高和過(guò)低報(bào)警功能；③根據(jù)燃料電池運(yùn)行工況，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)中冷器、加濕器等部件的運(yùn)行條件，保證各個(gè)部件運(yùn)行在工作最佳狀態(tài)。

四、廢氣和廢水的排放

燃料電池系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有直通車外的廢氣、廢水排放口，為便于排水，從燃料電池系統(tǒng)至自然環(huán)境管道不應(yīng)出現(xiàn)高度上升的布置。

燃料電池系統(tǒng)廢氣、廢水排放應(yīng)考慮以下事項(xiàng)：

1）廢氣、廢水的排放應(yīng)不會(huì)引起危險(xiǎn)。

2）排放系統(tǒng)應(yīng)采用抗冷凝物腐蝕的材料制作，非金屬材料應(yīng)鑒定其耐溫、強(qiáng)度和抗冷凝反應(yīng)的性能；制造排氣系統(tǒng)所用材料的耐受溫度應(yīng)高于輸送廢氣的最高溫度。

3）在排放燃料廢氣時(shí)，排放的氫氣體積濃度三秒平均值不超過(guò)4%，瞬時(shí)值不超過(guò)8%，測(cè)試方法見(jiàn)GB/T 24549—2020《燃料電池電動(dòng)車安全要求》。

4）可能排出或泄漏出燃料廢氣的出口應(yīng)遠(yuǎn)離可能產(chǎn)生火花、過(guò)熱的部件和室內(nèi)通風(fēng)口，應(yīng)在可能存在可燃性氣體的燃料稀釋空間之外，且與帶電部件之間的距離應(yīng)符合GB/T 31037.1-2014《工業(yè)起升車輛用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)第1 部分：安全》中4.3.2.4 節(jié)的規(guī)定。

5）燃料廢氣排放口禁止堵塞，當(dāng)排放口因堵塞導(dǎo)致壓力過(guò)高達(dá)到制造商設(shè)定的值時(shí)，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)關(guān)機(jī)并切斷氫氣供應(yīng)源。

6）排氣管道應(yīng)具有適當(dāng)?shù)闹危⑴鋫浞烙晟w或其他不限制或不阻礙氣體垂直向上排放的部件；應(yīng)配備排水裝置或措施，以防水、冰、雪和其他雜物在排氣管道內(nèi)積聚或阻塞排氣管道。

7）除出口外的排氣系統(tǒng)應(yīng)密封，不得有泄漏。

五、燃料電池系統(tǒng)的高壓電安全設(shè)計(jì)

（1）電路的電壓等級(jí)

根據(jù)最大工作電壓，電氣元件或電路可以分為A 和B 兩個(gè)等級(jí)，具體等級(jí)劃分見(jiàn)表2-5。對(duì)于相互傳導(dǎo)連接的A 級(jí)電壓電路和B 級(jí)電壓電路，當(dāng)電路中直流帶電部件的一極與電平臺(tái)相連，且其它任一帶電部分與這一極的最大電壓值不大于AC 30V (RMS)且不大于DC 60V，則該傳導(dǎo)連接電路不完全屬于B 級(jí)電壓電路，只有以B 級(jí)電壓運(yùn)行的部分才被認(rèn)定為B 級(jí)電壓電路。

（2）耐壓要求

燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部的絕緣體應(yīng)有足夠的耐電壓能力，進(jìn)行耐電壓試驗(yàn)不應(yīng)發(fā)生絕緣擊穿或電弧現(xiàn)象，具體要求參見(jiàn)GB/T 18384.3-2015 中的規(guī)定。

（3）觸電防護(hù)及絕緣要求

根據(jù)GB/T 18384-2015 中5.1 節(jié)內(nèi)容，人員觸電防護(hù)要求應(yīng)包括以下四個(gè)部分：高壓標(biāo)記要求、直接接觸防護(hù)要求、間接接觸防護(hù)要求、防水要求。

1）B 級(jí)電壓電線標(biāo)記要求。B 級(jí)電壓電路中電纜和線束的外皮應(yīng)用橙色加以區(qū)別，滿足標(biāo)準(zhǔn)5.1.3.2節(jié)要求的遮欄后面或外殼里面的除外。非B 級(jí)電壓電路中電纜和線束不得使用橙色。

2）直接接觸防護(hù)要求。直接接觸防護(hù)是通過(guò)絕緣材料，外殼或遮欄實(shí)現(xiàn)人體與B 級(jí)電壓帶電部件的物理隔離，外殼或遮欄可以是導(dǎo)體也可以是絕緣體。

遮欄和外殼需要滿足如下兩點(diǎn)要求：

①乘客艙內(nèi)、貨艙內(nèi)的遮欄和外殼應(yīng)滿足GB/T 4208-2017 中IPXXD 的防護(hù)等級(jí)要求，乘客艙外、貨艙外的遮欄和外殼應(yīng)滿足IPXXB 的防護(hù)等級(jí)要求；

②遮欄和外殼只能通過(guò)工具才能打開(kāi)或者去掉；若遮欄和外殼在不使用工具的情況下可以打開(kāi)或者去掉，則要有某種方法使其中的B 級(jí)電壓帶電部分在遮欄和外殼打開(kāi)后1s 內(nèi)至少滿足如下兩種要求之一：交流電路電壓應(yīng)降到不超過(guò)AC 30V (RMS)，直流電路電壓應(yīng)降到不超過(guò)DC 60V；B 級(jí)電路存儲(chǔ)總能量小于0.2J。

高壓接插器在不使用工具的情況下，應(yīng)無(wú)法打開(kāi)，但以下三種情況除外：高壓接插器分開(kāi)后，應(yīng)滿足IPXXB 的防護(hù)等級(jí)要求；高壓接插器至少需要兩個(gè)不同的動(dòng)作才能將其從相互的對(duì)接端分離，且高壓接插器與其他某個(gè)機(jī)構(gòu)有機(jī)械鎖止關(guān)系，在高壓接插器打開(kāi)前，該鎖止機(jī)構(gòu)應(yīng)要使用工具才能打開(kāi)；在高壓接插器分開(kāi)之后，接插器中帶電部分的電壓能在1s 內(nèi)降低到不大于AC 30V (RMS)且不大于DC 60V。

對(duì)于裝有高壓維修斷開(kāi)裝置的車輛，高壓維修斷開(kāi)裝置在不使用工具的情況下，應(yīng)無(wú)法打開(kāi)或拔出，但以下兩種情況除外：高壓維修斷開(kāi)裝置打開(kāi)或者拔出后，其中的B 級(jí)電壓帶電部分滿足GB/T4208-2017 中規(guī)定的IPXXB 的防護(hù)等級(jí)要求；高壓維修斷開(kāi)裝置在分離后1s 內(nèi)其B 級(jí)電壓帶電部分電壓降低到不大于AC 30V (RMS)且不大于DC 60V。

燃料電池系統(tǒng)及整車動(dòng)力電路系統(tǒng)的高壓帶電部件，應(yīng)通過(guò)絕緣或使用蓋、防護(hù)欄、金屬網(wǎng)板等來(lái)防止直接接觸，這些防護(hù)裝置應(yīng)牢固可靠，并耐機(jī)械沖擊。在不使用工具或無(wú)意識(shí)的情況下，它們不能被打開(kāi)、分離或移開(kāi)。

3）間接接觸防護(hù)要求。在最大工作電壓下，直流電路絕緣電阻應(yīng)不小于100Ω/V，交流電路應(yīng)不小于500Ω/V。如果直流和交流的B 級(jí)電壓電路可導(dǎo)電的連接在一起，則應(yīng)滿足絕緣電阻不小于500Ω/V的要求。對(duì)于燃料電池電動(dòng)汽車，若交流電路增加有附加防護(hù)，則組合電路至少滿足100Ω/V 的要求，附加防護(hù)方法應(yīng)至少滿足以下兩種方法中的一種：至少有兩層絕緣層、遮欄或外殼；或是布置在外殼里或遮欄后，且這些外殼或遮欄應(yīng)能承受不低于10kPa 的壓強(qiáng)，不發(fā)生明顯的塑性變形。

通過(guò)電位均衡防護(hù)與B級(jí)電壓電路直接接觸的外露可導(dǎo)電部分，例如，可導(dǎo)電外殼和遮欄，應(yīng)傳導(dǎo)連接到電平臺(tái)，且滿足以下要求：外露可導(dǎo)電部分與電平臺(tái)間的連接阻抗應(yīng)不大于0.1Ω；電位均衡通路中，任意兩個(gè)可以被人同時(shí)觸碰到的外露可導(dǎo)電部分，即距離不大于2.5m的兩個(gè)可導(dǎo)電部分間電阻應(yīng)不大于0.2Ω。為了確保符合車輛系統(tǒng)的相應(yīng)要求，對(duì)所有的高電壓部件都要求具有同等電位的電阻值。在高壓部件的指定使用壽命（End of Life，EOL）結(jié)束之前，應(yīng)滿足保持等電位連接的電氣電阻要求。所有高壓部件的導(dǎo)電外罩或外殼都需要足夠的等電位連接。即使高壓部件符合雙重或加強(qiáng)絕緣的要求，只要導(dǎo)電外罩或外殼被用來(lái)防止直接接觸，也應(yīng)滿足等電位連接的要求。

如果車身是作為車輛電氣底盤設(shè)計(jì)的，高壓部件與車身之間的等電位連接的電阻建議小于40mΩ。

如果車身是作為車輛電氣底盤設(shè)計(jì)的，并且在高壓部件與相鄰導(dǎo)電部件之間的等電位連接是為高壓部件設(shè)計(jì)的，建議等電位連接的電阻值小于20mΩ。在高壓部件表面的任何位置與高壓部件的外殼之間的電阻，以及在該高壓部件上的等電位連接的連接點(diǎn)，建議阻值小于10mΩ。

用作等電位連接方式的導(dǎo)體或接地母線應(yīng)符合下列要求之一:

①銅的等電位連接導(dǎo)體的最小的橫截面面積，參照表5-5中所列的參數(shù)。

②對(duì)于不含銅的等電位連接的方法，最小橫截面面積的設(shè)計(jì)應(yīng)具有等效的載流能力。

③在短路情況下，根據(jù)高壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮高壓電流源過(guò)載的I2t值，或應(yīng)考慮高壓電流源發(fā)生短路時(shí)的I2t值。

表5-5 等電位連接的最小橫截面面積（參數(shù)適用于銅導(dǎo)體）

在規(guī)定的使用壽命中，等電位連接的緊固件不應(yīng)松動(dòng)。自攻絲螺釘（粗螺距螺紋螺釘）、自切螺釘不得用于等電位連接的電氣連接。如果需要接觸壓力來(lái)建立電氣連接，螺絲釘應(yīng)旋入金屬材料中或金屬螺母至少四個(gè)完整的螺圈。為了達(dá)到要求的螺紋高度，在某些位置使用金屬拉拔技術(shù)是允許的，在接頭上的金屬部分的厚度不得低于螺紋的三圈。接地端子的螺栓和整車地應(yīng)有足夠截面，接地螺栓最小直徑按表5-6 所列的相關(guān)規(guī)定。

表5-6 保護(hù)接地螺栓最小直徑

對(duì)于等電位螺釘接頭應(yīng)提供適當(dāng)?shù)姆浪纱胧?，并能承受安裝和維護(hù)拆卸過(guò)程中的應(yīng)力。通過(guò)使用合適的螺絲刀、扳手或特殊扳子，并施加一定力矩來(lái)進(jìn)行此試驗(yàn)，扭力要求可參照各企業(yè)規(guī)范。如果在電氣接觸點(diǎn)表面有涂層，應(yīng)符合下列要求之一：

①接觸點(diǎn)的涂層應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆乐勾胧?

②接觸點(diǎn)的涂層隨后應(yīng)通過(guò)安裝過(guò)程去除（刮漆措施）。

（4）電氣間隙與爬電距離

燃料電池系統(tǒng)高壓電氣間隙和爬電距離參考GB/T 16935.1-2008，燃料電池堆陽(yáng)極和陰極不受這些間隙和爬電要求的限制。

燃料電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可根據(jù)工作電壓、過(guò)壓類別、海拔高度等級(jí)確定電氣間隙，具體要求參見(jiàn)GB/T 16935.1-2008 中的規(guī)定。

燃料電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可根據(jù)工作電壓、環(huán)境污染等級(jí)、材料CTI 值等確定爬電距離，具體要求參見(jiàn)GB/T 16935.1-2008 中的規(guī)定。

當(dāng)主電路與控制電路的額定絕緣電壓不一致時(shí)，其電氣間隙和爬電距離可分別按照其額定值選取。

除非主電路或者控制電路導(dǎo)電部分之間實(shí)現(xiàn)安全隔離，否則具有不同額定值時(shí)，電氣間隙與爬電距離應(yīng)按照最高絕緣電壓選取。

（5）電氣連接可靠性

正常使用條件下，直接與燃料電池電氣相連不應(yīng)有明顯受損。燃料電池模塊終端符合GB/T 18290（所有部分），IEC 60512-15（所有部分）和IEC 60512-16（所有部分）規(guī)定。為保證良好的電接觸，這些電氣連接應(yīng)防腐。導(dǎo)體應(yīng)設(shè)計(jì)為防松動(dòng)和扭曲，并能保持接觸壓力。金屬部件之間不得有電化學(xué)腐蝕。針對(duì)使用、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)瓤赡艿膱?chǎng)景，需通過(guò)適當(dāng)?shù)碾婂兓蛲繉庸に囘_(dá)到耐化學(xué)腐蝕。

電氣連接的可靠性不僅取決于接插器件本身的材料、結(jié)構(gòu)與幾何尺寸等參數(shù)，還由于電氣連接的接觸點(diǎn)大多暴露在大氣中，大氣污染、塵土、腐蝕性氣體、濕度、溫度，都會(huì)直接影響連接可靠性。

因此，電氣連接時(shí)還應(yīng)注意以下要求：

1）正確的電氣連接安裝工藝。保證連接導(dǎo)體的有效接觸面積，減少接觸電阻。

2）適當(dāng)?shù)木o固螺栓壓緊力。根據(jù)連接導(dǎo)體的材料選擇合適的螺栓扭矩，壓緊力并非越緊越好，超過(guò)臨界值的壓緊力會(huì)導(dǎo)致接觸面部分變形隆起，反而使接觸面積減少。

3）盡量使用相同材質(zhì)的導(dǎo)體進(jìn)行連接。不同材質(zhì)的金屬材料的膨脹系數(shù)不同，在工作狀態(tài)下，隨著溫度的提升，兩種材質(zhì)的膨脹或收縮程度的差異產(chǎn)生蠕變，使接觸面錯(cuò)開(kāi)形成微小空隙而氧化。

4）保證接插器與導(dǎo)線的壓接工藝，使用專用的壓接工具進(jìn)行壓接，并需進(jìn)行拉脫力測(cè)試。

5）高低壓接插器應(yīng)具有至少一級(jí)或二級(jí)鎖止機(jī)構(gòu)，保證連接不會(huì)失效。

6）燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部各回路電連接部分應(yīng)具有有效的設(shè)計(jì)，建議采用螺紋膠鎖死，以保證系統(tǒng)整個(gè)生命周期內(nèi)連接阻抗的可靠性。

燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部各回路電連接部分的連接阻抗應(yīng)具備明確的指標(biāo)及檢測(cè)方法，防止高壓連接的混淆，以便在生產(chǎn)、維護(hù)時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。常見(jiàn)的預(yù)防方式如下之一或組合：①插頭連接使用編碼進(jìn)行區(qū)別；②插頭連接使用不同尺寸進(jìn)行區(qū)別；③插頭連接使用不同形狀進(jìn)行區(qū)別；④接近形狀和尺寸的連接使用，“凹凸槽”避免誤插。

燃料電池系統(tǒng)內(nèi)線束高低壓連接端子與電線應(yīng)連接牢固,高壓接插器的直接插接力或采用的助力裝置的操作力均應(yīng)小于100 N。在進(jìn)行誤插接操作時(shí)，施加不大于表5-7 所列的插接力，高壓接插器不應(yīng)損壞和機(jī)械匹配。

表5-7 不同工作電流下的插接力

高壓接插器的保持機(jī)構(gòu)在工作狀態(tài)下，最小保持力見(jiàn)表5-8 要求。接插器處于插合狀態(tài)，沿高壓接插器接觸端子分離方向施加拔出外力時(shí)，連接不應(yīng)斷開(kāi)，且保持機(jī)構(gòu)不得損壞。

表5-8 不同工作電流下的保持力

接插器需要具有一個(gè)鎖緊裝置以避免分離或接觸不良，高壓接插器還應(yīng)具有高壓互鎖功能。高壓連接系統(tǒng)的功率和信號(hào)/控制端子應(yīng)滿足：高壓連接系統(tǒng)連接時(shí)，功率端子先接通，信號(hào)/控制端子后接通；高壓連接系統(tǒng)斷開(kāi)時(shí)，信號(hào)/控制端子先斷開(kāi)，經(jīng)過(guò)操作人員另外一個(gè)有意識(shí)的操作解鎖后，功率端子才能斷開(kāi)。