GB/T34544-2017
小型燃料电池车用低压储氢装置安全试验方法
Safetytestmethodsforonboardlowpressurehydrogenstoragedevicesforsmallfuelcellvehicles
- 中国标准分类号（CCS）G86
- 国际标准分类号（ICS）71.100.20
- 实施日期2018-05-01
- 文件格式PDF
- 文本页数15页
- 文件大小1.18M
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小型燃料电池车用低压储氢装置安全试验方法
国家标准 GB/T34544一2017 小型燃料电池车用 低压储氢装置安全试验方法 safetytestmethndsfonbardowpresurehydrwgestragedeviees forsmalfuelcelvehicles 2017-10-14发布 2018-05-01实施 中华人民共利国国家质量监督检验检疙总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/34544一2017 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本标准由全国氢能标准化技术委员会(SAC/Tc309)提出并归口 本标准起草单位;浙江大学、标准化研究院、北京有色金属研究总院、电子工程设计院、北 京海德利森科技有限公司、沈阳斯林达安科新技术有限公司
本标准主要起草人;郑津洋、王庚、李燕、蒋利军、欧可升、赵永志、陈立新、李志念、顾超华、周向荣、 韩武林、姜将、张俊峰
GB/34544一2017 小型燃料电池车用 低压储氢装置安全试验方法 范围 本标准规定了小型燃料电池车用低压储氢装置(以下简称;低压储氢装置)安全的试验条件和试验 方法
本标准适用于内容积不大于3L、最高温升压力不大于25MPa、,工作温度不低于一40C且不高于 65C的小型燃料电池车用低压储氢装置
规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的
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GB/T3634.1氢气第1部分:工业氢 GB/T13310电动振动台 GB/T24499氢气、氢能与氢能系统术语 术语、定义和符号 3.1术语和定义 GB/T24499界定的以及下列术语和定义适用于本文件
3.1.1 低压储氢装置lowpressurehydrogenstoragdeviee 外壳材料为不锈钢、铝合金或者其他合金(或金属)材料,内置储氧合金作为储氢介质,内容积不大 于3L、最高温升压力不大于25MPa、工作温度不低于一40C且不高于65C的储氢装置
3.1.2 最高温升压力maxiumdeveopedlpressure 低压储氢装置内的储氢合金吸氢饱和后,在最高使用温度下达到平衡时的最高气体压力表压》. 3.1.3 许用应力allowablestress 低压储氢装置器壁允许承受的最大主应力
注:许用应力为低压储氢装置材料的室温屈服强度(或0.2%非比例延伸强度)除以1.95
3.1.4 设计压力designpressure 设定的低压储氢装置所允许承受的最高压力(表压)
3.1.5 额定容量ratedeapaeity 在规定的条件下,低压储氢装置所能提供的最大氢气量
GB/T34544一2017 3.1.6 normalserviceconditions 正常使用条件 低压储氢装置在正常操作、运输、,储存时允许的压力、温度、氢气流量和品质
3.1.7 reliefdeviee 超压泄放装置pressure 在超压或遇到火情时,释放低压储氢装置内部压力以防止其破裂的安全装置
3.1.8 额定充氢压力ratedchargingpressure 在规定的条件下,低压储氢装置的最大充氢压力(表压). 3.1.9 爆破压力burspressure 低压储氢装置在爆破试验过程中达到的最大压力(表压)
3.1.10 破裂rupture 导致低压储氢装置瞬间能量释放的结构失效 3.2符号 下列符号适用于本文件
硬质锅球能量.单位为焦耳O 重力加速度,9.8m/s; 垂直落下高度,单位为米(m) 万h 硬质钢球质量,单位为千克(kg); 爆破压力,单位为兆帕(MPa). 尸 P 设计压力,单位为兆帕(MPa).
试验条件 4.1 -般要求 4.1.1安全试验应使用活化后的低压储氢装置
4.1.2除非另有规定,低压储氢装置安全试验的环境条件为:室温与试验介质温度为20C士5C,试验 介质为氢气或氨气
4.1.3低压储氢装置进行安全试验需要充氢时,氢气最低纯度应达到GB/T3634.1规定的工业氢优等 品要求
4.2试验仪器设备 试验仪器设备应按规定检验合格
需进行法定检验的,应当经法定检验合格,并且在检验有效 期内
4.3防护措施 试验机构应按国家相关标准及规范的规定,制定安全防护措施,并满足以下基本要求: 试验场所的照明、供水,供电、供气系统等满足试验要求: a b 试验现场整洁、安全,有必要的安全警示标志,试验区域应进行有效隔离 试验现场的温度、湿度、振动等环境条件能确保试验正常进行 c
GB/34544一2017 d 试验人员应配备和穿戴试验作业必需的防护用品,并遵守安全作业规程
试验方法 S 5.1气密性试验 5.1.1试验要求 5.1.1.1型式试验时,应采用氨气质谱仪检漏法,采用3个未充氢的低压储氢装置进行气密性试验
5.1.1.2出厂检验时,应采用专用检漏液检漏法或氢气传感器检漏仪检漏法进行气密性试验
5.1.2试验程序 5.1.2.1采用氨气质谱仪检漏法进行气密性试验时,应按以下试验程序进行 室温下将低压储氢装置充装复气至最高温升压力,并将其放置于真空箱; a 将复气质谱仪与真空箱相连后,再对真空箱抽真空,使其真空度低于2Pa b c 在室温下静置30min以上,读取复气质谱仪的真空度及泄漏率数据
5.1.2.2采用专用检漏液检漏法或氢气传感器检漏仪检漏法进行气密性试验时,应按以下试验程序 进行 室温下将低压储氢装置充装氢气至最高温升压力 a b 室温下每隔15min用专用检漏液或氢气传感器检漏仪对低压储氢装置进行检漏,检漏次数不 少于两次 c 观察并记录有无气泡产生,气泡产生位置或氢气传感器检漏仪示数
5.1.3合格指标 采用复气质谱仪检漏法检漏时,泄漏率应不大于7.6X10Pam'/s(温度为20C). 5.1.3.1 采用氢气传感器检漏仪检漏法检漏时,检漏仪无示数
5.1.3.2 5.1.3.3采用专用检漏液检漏法检漏时,无气泡产生
5.2跌落试验 5.2.1试验要求 5.2.1.1对3个按照制造单位规定的方式充氢至额定充氢压力的低压储氢装置进行跌落试验
5.2.1.2低压储氢装置应装配有截止阀,超压泄放装置等部件,但不应有任何其他保护装置
5.2.1.3跌落试验在室温下进行,冲击台面应为混凝土或钢质水平面,试验时不移动,且应有足够大的 面积,以确保低压储氢装置完全落在冲击台面
5.2.1.4升降装置在提升或下降过程中,不得损坏低压储氢装置;释放装置在释放低压储氢装置时,应 确保低压储氢装置为自由跌落
5.2.1.5低压储氢装置的提起高度与预定高度之差应不超过预定高度的士2%
5.2.2试验程序 低压储氢装置提至预定高度后,应按预定状态用释放装置将其固定
5.2.2.1 5.2.2.2按下列预定状态,释放低压储氢装置: 低压储氢装置带有截止阀和超压泄放装置的端部向下垂直跌落时,其初始位置的最低点高度 不小于1.81 m
GB/T34544一2017 b 低压储氢装置以其轴向与水平面之间的夹角为45"角跌落时,其重心高度不小于1.8m,并使 带有截止阀和超压泄放装置的端部先跌落;若装置初始位置的最低点高度小于0.6m,则调整 跌落角度以确保装置初始位置的最低点和装置重心的高度分别不小于0.6m和1.8m;若装置 两端均装配有截止阀,超压泄放装置等附件,则装置仍以45"角跌落并使其抗撞击能力较弱的 端部先跌落
低压储氢装置以1.8m的高度,水平跌落于钢锥上时,应使其重心与钢锥顶点的连线与冲击台 面垂直(见图1)
钢锥固定于冲击台面上,其尺寸应符合图1的规定
装置在撞击冲击台面 前应先撞击钢锥
R5土0.2mm 说明 低压储氢装置重心 -钢锥; -冲击台面
图1低压储氢装置的水平跌落位置 5.2.2.3对跌落试验后的低压储氢装置进行外观检查,并记录其附件的损坏情况
5.2.2.4按5.1.2.1的规定进行气密性试验
5.2.3合格指标 5.2.3.1低压储氢装置的截止阀和超压泄放装置在跌落试验后能正常启闭
5.2.3.2气密性试验结果满足5.1.3.1的要求
5.3冲击试验 5.3.1试验要求 5.3.1.1应对3个未充气的低压储氢装置或不含内容物的低压储氢装置进行冲击试验
5.3.1.2试验用硬质钢球的布氏硬度应为248HBw士3HBw,其直径应依据截止阀的尺寸确定,以确 保能准确冲击阀体而不受装置其他组件干扰 5.3.1.3硬质钢球的质量与速度应满足表1规定的冲击截止阀所需的能量要求
硬质钢球的能量按 式(1)确定: E =m1gh
GB/34544一2017 表1冲击试验能量要求 低压储氢装置内容积V/1 最小能量/J V0.35 1.02 0.35
GB/34544一2017 竖直和倒立方向进行耐火试验,且应包括一次超压泄放装置正对火源和一次超压泄放装置与火源成 80角的试验
5.6.1.2耐火试验应在通风良好的室内或在宽敞户外进行,并进行必要防护,以确保试验人员的安全
5.6.1.3火源采用能提供均匀热量且在规定的试验条件下可维持燃烧至少20nmin的燃料,并应符合环 保要求
5.6.1.4低压储氢装置应另安装远程泄压装置,以确保当低压储氢装置的超压泄放装置出现故障时仍 可及时泄压
5.6.2试验程序 5.6.2.1试验前,将低压储氢装置按制造单位规定方式充装氢气至额定充氢压力
5.6.2.2将热电偶布置在距离低压储氢装置表面0.05m以内但不与装置表面直接接触的位置
5.6.2.3在测试方向上,将低压储氢装置置于距离燃料至少0.1m或更高的位置以确保装置能被火焰 完全包裹;并对其截止阀、超压泄放装置等附件进行保护,以免其直接受火焰的冲击
5.6.2.4应在详细记录火源、低压储氢装置及测量仪器布置情况后,开始进行耐火试验 5.6.2.5试验过程中,热电偶温度应维持在500C550C 5.6.2.6远程监测和记录低压储氢装置的温度和压力,数据记录时间间隔不大于15s
除温度与压力 外,每次试验时还应记录下列信息 低压储氢装置的制造单位和型号 超压泄放装置的类型与动作压力(或温度); 低压储氢装置的放置方向 超压泄放装置的位置与方向; 低压储氢装置的额定充氢压力和已经历的充放氢循环次数 超压泄放装置的动作时间和试验总耗时; 环境温度; 风力与风向 试验人员; 试验日期 5.6.3合格指标 低压储氢装置进行耐火试验时,超压泄放装置能正常动作,装置无破裂现象,且无弹射物出现
5.7爆破试验 5.7.1试验要求 5.7.1.1对3个低压储氢装置进行爆破试验
试验前清空低压储氢装置内部的储氢合金,保持装置内 部清洁,并拆除与试验无关的附件 试验装置应能自动绘制压力时间曲线和压力进水量曲线
5.7.1.2 5.7.1.3试验装置上的压力表或压力传感器的量程和精度应能满足要求,并经检验合格
5.7.1.4试验温度为室温,试验介质为洁净水
5.7.2试验程序 5.7.2.1 记录低压储氢装置的型号、额定容量、额定充氢压力等信息,测量记录试验介质温度和环境 温度
GB/T34544一2017 5.7.2.2试验布置应满足图3的要求,将低压储氢装置充满洁净水,并排除装置和管路中的空气
5.7.2.3升压过程应缓慢平稳,并符合以下要求 a 以小于0.35MPa/s的速度缓慢升压至低压储氢装置的1.5倍设计压力并保持30s,观察低压 储氢装置各部位是否发生变形 b 继续以小于0.35MPa/s的速度缓慢升压直至低压储氢装置爆破
5.7.2.4试验完毕后,测量爆破口及其形状尺寸
说明: -水槽" 控制柜 -压力表 排气孔或泄压阀 爆破坑或爆破筒 低压储氢装置; 加压泵 计量装置 图3低压储氢装置爆破试验布置图 5.7.3 合格指标 低压储氢装置在1.5倍设计压力下保压30、后,不发生可见变形
5.7.3.1 5.7.3.2低压储氢装置的爆破压力满足式(2)的要求 P2.4Pa 5.7.3.3低压储氢装置爆破后保持为整体,无碎片产生
5.7.3.4低压储氢装置为韧性破裂,破口无明显材料缺陷,并符合以下要求， 破口沿纵向开裂; a 破口无分支; b 破口环向延伸不超过90?(见图4); c 破口未延伸至厚度为筒体壁厚的1.5倍处; d 低压储氢装置的容器为凸形底时,破口不应延伸至容器的底部中心处
e
GB/34544一2017 说明 -第一象限半径长度; 第二象限半径长度; 第一象限裂纹长度; 第二象限裂纹长度
图4爆破裂纹的延伸 5.8连接件插拔循环试验 5.8.1试验要求 对3个装配有连接件的低压储氢装置进行连接件插拔循环试验
5.8.2试验程序 5.8.2.1将未充氢的低压储氢装置牢固安装于试验台上
5.8.2.2连接低压储氢装置的连接件与试验台的活动装置,以0.7m/s0.9m/s的插拔速率、每分钟 7.5个行程的频率进行连接件插拔循环试验
试验行程数n由低压储氢装置的使用寿命(年)×365或 设计规定的充放氢气次数确定
注;1次插人或1次拔出为1个行程
5.8.2.3按5.1.2.1的规定进行气密性试验 5.8.3合格指标 气密性试验结果符合5.1.3.1的要求
5.9长时存放试验 5.9.1试验要求 5.9.1.1对3个按制造单位规定方式充装氢气至额定充氢压力的低压储氢装置进行长时存放试验
5.9.1.2试验箱可将箱内环境温度稳定在50C土2C范围内,并设有氢气传感器及安全排放装置,以 防因低压储氢装置氢气泄漏致使试验箱内的氢气浓度达到氢气爆炸极限
5.9.2试验程序 5.9.2.1测量并记录低压储氢装置的初始质量m后,将低压储氢装置放置于试验箱内
维持试验箱 内环境温度在50C士2C范围内,使低压储氢装置在试验箱内静置672h. 静置672h后,从试验箱内移出低压储氢装置,并在5mmm内测量记录低压储氢装置的最终质 5.9.2.2 量m
GB/T34544一2017 5.9.2.3计算并记录低压储氧装置的氧气质量损失速率(mi一m2)/672
5.9.2.4按5.1.2.1的规定进行气密性试验
5.9.3合格指标 5.9.3.1氢气质量损失速率低于0.0032g/h; 5.9.3.2气密性试验结果满足5.1.3.1的要求
5.10氢气循环试验 5.10.1试验要求 5.10.1.1对于已规定运输与使用朝向的低压储气装置,至少需要5个低压储气装置在此朝向上进行氧 气循环试验
对于未规定运输与使用朝向的低压储氢装置,至少在水平和垂直方向上各使用3个低压 储氢装置进行氢气循环试验
5.10.1.2采用应变片测量低压储氢装置充放氢气循环时的最大应变
应变片的数量和位置应根据低 压储氢装置应力分析报告确定
无应力分析报告时,应先对两个以上低压储氢装置进行详细的应变测 量,再根据测试结果确定应变片的数量和位置
5.10.1.3低压储氢装置应变测量至少包括;圆简部分的环向应变和应力集中部位的三向应变 5.10.1.4充氢温度为20士5,放氢温度不高于65C 5.10.1.5采取保护措施,防止应变片在测试过程中失效 5.10.1.6振动试验仪器设备的性能要求和振动信号符合GB/T13310的规定
5.10.1.7振动试验前,检查低压储氢装置外观是否完好 5.10.1.8低压储氢装置模拟实际使用时的安装状态直接或借助于夹具紧固于振动台面上,装置的所有 连接件按正常使用方式紧固 防止产生附加振动
以 5.10.1.9用于测量和控制的传感器刚性牢固安装于低压储氢装置与台面(或夹具)的固定点上,或尽可 能靠近固定点的位置
5.10.1.10采取必要的防护措施,以确保在试验过程中出现低压储氢装置破裂或氢气泄漏时,试验人员 和设备的安全
5.10.2试验程序 5.10.2.1按制造单位规定方式.将低压储氢装置充氢气至不超过其额定容量的5%,进行振动试验
5.10.2.2振动试验采用正弦波,扫描方式为对数扫频
振动频率在15min内从7Hz增加到200Hz 再降低至7Hz,为一个循环
每个低压储氢装置应在3h内重复此循环12次
振动试验的对数扫频 为:从7Hz开始保持1gn的最大加速度,直至频率达到18Hz;然后保持振幅为0.8mm并增加频率直 至最大加速度达到8gn(频率约为50H2);保持8gn的峰值加速度直至频率增加到200Hz
5.10.2.3完成振动试验后,安装应变测试装置,连接管路,并对连接接头按5.1.2.2的规定进行气密性 检查
5.10.2.4按制造单位规定的方式,将低压储氢装置充氢至不低于其额定容量的95%,再放氢至不高于 其额定容量的5%
氧气循环过程中应确保低压储氢装置的温度始终在其正常操作温度范围内
5.10.2.5按低压储氢装置设计规定的充放氢气次数,连续进行氢气循环
在氢气循环过程中,若实测 应变超过低压储氢装置许用应力下的应变,或装置出现塑性变形,则中止试验 注许用应力下的应变根据低压储氢装置应力分析报告或者实测结果确定
实测时,施加内压直至应力达到许用 应力,此时容器壁的最大主应变为许用应力下的应变 5.10.2.6氢气循环试验完成后,再按5.1.2.1的规定进行气密性试验
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GB/34544一2017 5.10.3合格指标 5.10.3.1实测最大应变不超过许用设计应力下应变的50%,或者最大应变无增长趋势
最大应变无 增长趋势的判定应符合附录A的规定
5.10.3.2气密性试验结果满足5.1.3.1的要求
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GB/T34544一2017 附 录 A 规范性附录) 实测最大应变增长趋势判定方法 对实测应少超过许用应力下应变50%的点,取最后连续50个氢气循环的最大实测应变,按 式(A.1计算斜率系数a.
一Nz 习y,工 .A.l -N口 式中 -斜率系数 连续氢气循环数,N=50; N 第i次氢气循环的实测应变; y 第i次氢气循环次数 . 平均循环次数，了 -二 平均实测应变，了= 若所有实测应变超过许用应力下应变50%的点,其斜率系数a<0,则实测最大应变无增长趋势
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小型燃料电池车用低压储氢装置安全试验方法GB/T34544-2017
随着环保意识的提高和经济的发展，小型燃料电池车已成为新能源车辆中的一种主流选择。而其中使用的低压储氢装置则是实现其长距离行驶的核心。然而，由于储氢技术的特殊性质，以及氢气的易燃易爆等特点，储氢装置的安全性试验变得十分必要。
为此，国家制定了小型燃料电池车用低压储氢装置安全试验方法标准——GB/T34544-2017，旨在对储氢装置进行科学、规范的安全测试。
下面我们来逐一介绍试验的目的、范围、要求和步骤：
- 试验目的
- 试验范围
- 试验要求
- 试验步骤
评估小型燃料电池车用低压储氢装置在正常使用条件下的安全性能，为制定相关技术规范提供依据。
GB/T34544-2017标准适用于小型燃料电池车用低压储氢装置的安全试验。其中，储氢装置的设计压力不大于10MPa，氢气贮存密度不大于5.6wt%。
试验应在专业人员指导下进行，实验环境需具备一定的保护措施。试验时应符合国家相关的安全法规和标准，并注意对试验结果进行及时记录和分析。
GB/T34544-2017标准规定的试验步骤主要包括：静态水压试验、外力作用下的耐久性试验、充放氢循环试验、高温高湿循环试验、低温循环试验、碰撞试验、点火试验和热冲击试验。其中，静态水压试验、外力作用下的耐久性试验和充放氢循环试验为必要的试验项目，其它项目的选取需要根据实际情况进行。
综上所述，小型燃料电池车用低压储氢装置安全试验方法标准GB/T34544-2017对于促进新能源汽车技术发展和保障人民生命财产安全具有重要意义，同时也为该领域的法规制定和实际应用提供了科学的依据。
