新能源燃料电池商用车安全和热管理技术
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燃料电池商用车安全
1.1 公交客车安全设计
燃料电池客车氢系统结构安全设计主要涉及储氢瓶固定结构和氢系统结构两方面｡储氢瓶固定结构强度应满足GB/T 26990-2011相关规定,即储氢瓶紧固后,应能承受上､下､前､后､左､右六个方向上8g的冲击力,保证储氢瓶与固定座不损坏,相对位移不超过13mm｡如果管路与相邻部件接触或穿越孔板,应采用橡胶套管进行保护,保证管路与相邻部件不产生碰撞和摩擦｡氢系统结构方面,应保证储氢瓶及其管路距车辆边缘至少有100mm的安全间距,否则应增加保护措施｡
根据储氢瓶在客车上的布置位置,氢系统可分为顶置式和底置式｡一般来说,公交客车采用顶置式
布置方式,公路客车采用底置式布置方式｡顶置式氢系统储氢瓶在车顶一般呈横向或纵向放置,并用气瓶支架固定｡顶置式氢系统应设置储氢瓶覆盖物或遮阳棚,防止储氢瓶直接暴露在阳光下,导致储氢瓶老化｡顶置式气瓶支架结构如图7-10所示｡
图7-10 顶置式气瓶支架结构
1-气瓶支架2-瓶尾TPRD3-安全阀4-减压阀5-放空阀6-氢泄漏探头7-电磁阀8､10-过滤器9单向阀11-放空口12-瓶阀13-过流量阀14-储氢瓶
燃料电池客车氢安全设计需要考虑以下两个方面｡
1)氢安全防护｡氢系统管路安装位置及走向要避开热源以及电器､蓄电池等可能产生电弧的地方,至少应有200mm的距离,尤其是管路接头不能位于密闭的空间内;加氢口距暴露的电气端子､电气开关和点火源至少应有200mm的距离｡高压管路及部件可能产生静电的地方要可靠接地,或采取其他控制氢泄漏量及浓度的措施,确保在产生静电的地方,也不会产生安全问题｡储氢瓶和管路般不应布置在乘员舱､行李舱或其他通风不良的地方;如果不可避免要安装在行李舱或其他通风不良的地方时,应设计通风管路或其他措施,将可能泄漏的氢气及时排除｡
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2)氢泄漏检测｡整车存在氢气泄漏的区域应设置氢气泄漏探测器,能实时检测氢气的泄漏量,并将信号传递给氢气泄漏报警装置｡整车能够根据氢气泄漏量发出警告或切断氢气供应｡
氢系统高压安全设计包括以下三方面:氢系统及储氢瓶型式试验;储氢瓶､阀门､管路和管件密封性能及耐压强度安全;氢系统过压保护｡
氢系统装车前应进行各项型式试验,型式试验合格后方可装车,氢系统高压安全型式试验项目见表7-14｡
表7-14 氢系统高压安全型式试验项目
按GB/T 26990-2011中4.3.1条要求,氢系统氢气渗透和泄漏量在稳态条件下应不超过0.15NL/min｡储氢瓶､阀门､管路和管道设计压力应高于工作压力,与氢气接触材料应具有良好的抗氢脆性能,管路接口密封结构可靠性应能满足氢系统使用工况要求,常用氢气管路接头密封结构分为卡套密封(图7-11)､O形圈密封(图7-12)和金属管道采用硬密封(图7-13)｡
氢系统过压保护主要通过设置安全附件及氢系统安全控制实现｡氢系统安全附件包括瓶口TPRD(温度驱动安全泄压装置)､瓶尾TPRD､管路安全阀､压力传感器和温度传感器等;氢系统安全控制主要可在供氢管路超压时紧急切断供氢等｡
应根据储氢瓶的容积和工作压力来确定是否需要在瓶口或瓶尾安装TPRD｡瓶口TPRD为易熔合金,通过瓶口组合阀直接连通到储氢瓶内部｡当储氢瓶温度达到设定温度后,TPRD开启,释放储氢瓶内氢气｡
瓶尾TPRD为易熔合金,部分厂家增加爆破片装置,当储氢瓶温度达到设定温度或储氢瓶压力达到设定压力后,TPRD开启,释放储氢瓶内氢气｡安全阀位于氢系统低压管路上,对氢系统低压管路起超压保护作用｡当减压阀下游低压管路达到安全阀开启压力时,安全阀开启,释放低压管路氧气,从而防止低压管路压力进一步升高。
图7-11 卡套接头密封结构(图片来源:世伟洛克公司)
1-卡套管2-螺母3-后卡套4-前卡套5-接头本体
图7-12 O形密封圈结构(图片来源:派克公司)
1-0形密圈2-接头3-螺母4-法兰套
图7-13 金属管道硬密封结构
1-金属管2-螺母3-接头
1.2 公路客车安全设计
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