目前我國(guó)燃料電池汽車(chē)的推廣，主要以大巴車(chē)和物流車(chē)等大型燃料電池應(yīng)用系統(tǒng)為主。為了確保續(xù)駛里程，目前此類(lèi)型的大型燃料電池商用車(chē)皆配置多瓶組的Ⅲ型瓶，12.5米大巴車(chē)甚至配置Ⅲ型8瓶組的車(chē)載供氫系統(tǒng)，儲(chǔ)氫量達(dá)26kg。若通過(guò)現(xiàn)有高壓加氫站儲(chǔ)氫罐預(yù)冷后輸送至35MPa加氫機(jī)的加注流程，平均加氫速度約2kg/min，再考慮加注前后的掛槍吹掃等待時(shí)間，導(dǎo)致整體加注時(shí)間超過(guò)20分鐘；此外，考慮到70MPa系統(tǒng)和四型瓶陸續(xù)投放市場(chǎng)的因素，在沒(méi)有液氫產(chǎn)業(yè)鏈和冷能利用的預(yù)冷措施下，中國(guó)現(xiàn)行高壓加氫模式使得整體加注時(shí)間在半個(gè)小時(shí)以上，甚至?xí)驗(yàn)轭A(yù)冷不充分而導(dǎo)致大流量快速加注中斷。另外，我國(guó)加氫站設(shè)備系統(tǒng)里的核心設(shè)備諸如加氫槍、加氫軟管、氫氣流量計(jì)等依賴(lài)進(jìn)口，加氫站建設(shè)成本高、連續(xù)加注效率低，同時(shí)也增加了安全風(fēng)險(xiǎn)。
儲(chǔ)氫換氫型加氫站實(shí)施路徑
首先，這一實(shí)施路徑不適合物流車(chē)和重卡，主要是物流車(chē)和重卡的車(chē)載氫系統(tǒng)放在在駕駛室后方，供氫系統(tǒng)框架緊固在行走機(jī)構(gòu)大梁上，拆卸吊裝困難，且安裝不當(dāng)會(huì)影響到系統(tǒng)的抗沖擊性能；同時(shí)目前物流車(chē)的設(shè)計(jì)，電堆系統(tǒng)與供氫系統(tǒng)是安裝在同一個(gè)框架結(jié)構(gòu)中，若單獨(dú)更換儲(chǔ)氫系統(tǒng)，需要變更當(dāng)下整車(chē)布置的設(shè)計(jì)。
鑒于此，最適合儲(chǔ)氫系統(tǒng)模塊化更換的車(chē)型是公交大巴車(chē)輛，車(chē)載供氫系統(tǒng)在車(chē)輛頂部，安全方便，且由于市內(nèi)運(yùn)行車(chē)速慢，對(duì)車(chē)載氫系統(tǒng)的抗沖擊性能要求不高，安裝簡(jiǎn)單沒(méi)有特殊要求，適合頻繁更換而不影響性能。根據(jù)不同車(chē)型分成4，6，8瓶組等幾種可拆卸模塊化供氫系統(tǒng)，考慮到高壓氫管路拆卸會(huì)影響到密封性能，因此需要在儲(chǔ)氫模塊上配置減壓裝置，連同瓶組和框架一起拆裝，更加可行。減壓后對(duì)應(yīng)電堆的氫氣標(biāo)準(zhǔn)供氫接口，與車(chē)輛頂部固定螺栓的連接，是模塊化儲(chǔ)氫系統(tǒng)的兩個(gè)接口。在加氫站或制氫充裝站中將模塊化供氫系統(tǒng)加注完畢再根據(jù)燃料電池車(chē)的需求選擇適當(dāng)?shù)墓湎到y(tǒng)進(jìn)行拆裝作業(yè)完成整套的換氫加注流程。
技術(shù)安全性分析
儲(chǔ)氫模塊整體更換的方式，存在的技術(shù)問(wèn)題主要有以下幾個(gè)方面：
1）氣密性問(wèn)題：置換方式假設(shè)選擇更換氣瓶則會(huì)影響到高壓管路氣密，作業(yè)復(fù)雜，高壓拆裝作業(yè)需要經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)的人員才能操作，且拆裝會(huì)損壞高壓管件接頭，不僅成本提高，而且會(huì)影響氣密性，甚至需要重新做氣密性試驗(yàn)。因此必須把可拆卸的氫氣接口放在低壓部分，也就是減壓閥之后、進(jìn)入電堆系統(tǒng)之前。只留降壓后連接至電堆的低壓管線以及與氫控制器連接的連接線，并提高低壓管線接口以及控制器連接線的壽命，適合頻繁拆裝，確保更換整體供氫系統(tǒng)的作業(yè)簡(jiǎn)單且安全可靠。
2）標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題：目前公交車(chē)用高壓氫瓶有140L、165L等多種容積，外徑規(guī)格也不完全相同，因此需要將市面上供氫系統(tǒng)規(guī)格進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，尺寸統(tǒng)一才便于更換，不然只能在同一廠家批量化生產(chǎn)的車(chē)型中實(shí)施更換氫系統(tǒng)模塊的操作。
3）氫氣品質(zhì)問(wèn)題：模塊化供氫系統(tǒng)的每次拆裝，低壓供氫管線與電堆進(jìn)氣管路連接過(guò)程中會(huì)有少量空氣混入，有導(dǎo)致氫氣純度下降的風(fēng)險(xiǎn)，更換操作需要適當(dāng)考慮氫氣置換移除雜質(zhì)提升電堆壽命。
以上問(wèn)題都不是什么大問(wèn)題。難度在于車(chē)輛管理與特種設(shè)備管理。
標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)瓶頸
目前的車(chē)載儲(chǔ)氫瓶組系統(tǒng)，不僅生產(chǎn)廠家與所安裝車(chē)型的公告保持一致，且每一套系統(tǒng)的瓶組與所固定的商用車(chē)輛一一對(duì)應(yīng)，不得任意更換。同時(shí)，供氫系統(tǒng)所用氫瓶作為特種設(shè)備，在役期間需要進(jìn)行定期檢驗(yàn)，且使用壽命隨車(chē)報(bào)廢。若加氫方式改為更換儲(chǔ)氫瓶或整系統(tǒng)組，則會(huì)面臨以下問(wèn)題:
1)上牌與公告問(wèn)題。目前新能源車(chē)輛上牌與上公告流程是車(chē)輛與氫瓶對(duì)應(yīng)，每個(gè)氫瓶的序列號(hào)與車(chē)輛車(chē)牌連同建檔，非必要不得更換；若采取更換整體供氫系統(tǒng)方式進(jìn)行加氫，則面臨著更換后的氫瓶與車(chē)輛不再一一對(duì)應(yīng)，打破了現(xiàn)有管理方式。因此未來(lái)首先需要統(tǒng)一氫瓶與供氫系統(tǒng)規(guī)格，及其余不同車(chē)類(lèi)搭載氫瓶數(shù)量等措施，需要改變整車(chē)廠公告與車(chē)輛上牌的模式；
2)安全檢驗(yàn)報(bào)告與安裝資質(zhì)問(wèn)題。目前具有安裝資質(zhì)的主機(jī)廠在整車(chē)出廠前會(huì)出具車(chē)輛與氫瓶的安全報(bào)告，并請(qǐng)第三方強(qiáng)制性檢驗(yàn)。采取置換模塊化的供氫系統(tǒng)進(jìn)行加氫，則加氫站同時(shí)還需面臨安裝單位資質(zhì)的許可，以確保安全性，且進(jìn)行安裝作業(yè)的人員也需取得監(jiān)管部門(mén)認(rèn)可批準(zhǔn)的資格；所更換的供氫系統(tǒng)模塊，也需要經(jīng)過(guò)第三方強(qiáng)制性檢驗(yàn)認(rèn)證。
3)在用壓力容器的定期檢驗(yàn)問(wèn)題。目前燃料電池車(chē)輛的供氫系統(tǒng)，其中在用的氫瓶是隨車(chē)輛每三年進(jìn)行在役檢驗(yàn)，檢查各項(xiàng)安全指標(biāo)；若采取置換方式，供氫系統(tǒng)的氫瓶如何進(jìn)行在役檢驗(yàn)?這對(duì)當(dāng)下的特種設(shè)備管理是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)?？梢钥紤]的方式，是把當(dāng)下的三年一次的檢驗(yàn)，改為按充裝次數(shù)達(dá)到一定的數(shù)值來(lái)進(jìn)行定期檢驗(yàn)，如2000/4000/6000/8000次時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)；同時(shí)在供氫系統(tǒng)的氫控制器上增加可計(jì)量充裝次數(shù)的監(jiān)測(cè)，并能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)上傳處理等。
4)氫瓶加注問(wèn)題。目前進(jìn)行氫氣加注前需出示氫瓶使用合格證（在役檢驗(yàn)合格）給加氫站人員，才可對(duì)氫瓶進(jìn)行充裝。未來(lái)供氫系統(tǒng)與車(chē)輛分離，不同序列號(hào)的供氫系統(tǒng)混雜，充裝站能否給氫瓶加注，需要先來(lái)判定供氫系統(tǒng)是否檢驗(yàn)合格?？煽紤]通過(guò)二維碼或者于供氫系統(tǒng)搭載RFID晶片并聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一管理，或可來(lái)解決氫瓶合格辨識(shí)以及管理氫瓶壽命的問(wèn)題。
結(jié)論與建議
供氫系統(tǒng)模塊化更換的加氫模式，對(duì)車(chē)輛公告管理、特種設(shè)備安全使用管理都是新的挑戰(zhàn)。不僅對(duì)整車(chē)廠、主機(jī)廠、氫瓶制造廠以及加氫站運(yùn)營(yíng)端的設(shè)計(jì)規(guī)格、安全測(cè)試與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化有了新的要求，同時(shí)對(duì)壓力容器注冊(cè)使用登記、特種設(shè)備在役檢驗(yàn)、安裝資質(zhì)、充裝資質(zhì)管理等等，面臨的都是全新的考驗(yàn)。涉及到的上級(jí)主管部門(mén)是工信部和國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管總局，而具體下級(jí)執(zhí)行單位包括全國(guó)各地的質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局、安全管理局、特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院等，實(shí)施難度比較大。厘清未來(lái)氫瓶與供氫系統(tǒng)安全管理與檢驗(yàn)流程并落實(shí)到相關(guān)責(zé)任單位，才能確保儲(chǔ)氫換氫站未來(lái)的可靠性與安全性?？梢韵葟膫€(gè)別單位試點(diǎn)示范，但能否推廣實(shí)施還是任重道遠(yuǎn)。
魏蔚，女，副教授，高級(jí)工程師。張家港氫云新能源研究院有限公司院長(zhǎng)，中國(guó)技術(shù)監(jiān)督情報(bào)協(xié)會(huì)?；穬?chǔ)工委委員，全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)觀察員，中國(guó)氫能供應(yīng)與利用百人會(huì)理事，中國(guó)“氫能與燃料電池汽車(chē)技術(shù)路線圖2.0”工作組組員。
