氫燃料電池汽車氫氣監(jiān)測要求

-快速響應(yīng)氫氣傳感器和氦氣傳感器應(yīng)用

聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)全球技術(shù)法規(guī)（GTR）第13號(hào)（氫氣和燃料電池車輛全球技術(shù)法規(guī)）是規(guī)范氫車輛，特別是燃料電池電動(dòng)車輛（FCEV）安 全要求的定義性文件。第13號(hào)全球技術(shù)法規(guī)已正式通過，并將作為北美（由美國領(lǐng)導(dǎo)）、日本、韓國和歐盟FCEV安 全 國家監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。全球技術(shù)法規(guī)定義了這些車輛的安 全要求，包括在使用和碰撞后條件下車輛外殼中允許的氫氣含量以及在某些正常運(yùn)行模式下車輛排氣中允許的氫排放水平的規(guī)范。然而，為了納入國家法規(guī)，即具有法律約束力，必須有核實(shí)是否符合具體要求的方法。在一個(gè)合作項(xiàng)目中，美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的傳感器實(shí)驗(yàn)室和荷蘭能源與運(yùn)輸研究所的聯(lián)合研究中心一直在評(píng)估和開發(fā)可用于驗(yàn)證是否符合全球技術(shù)法規(guī)中規(guī)定的氫氣釋放要求的分析方法。

全球技術(shù)法規(guī)第5.2.1.3.2節(jié)-燃料電池車輛排氣系統(tǒng)。 在車輛排氣系統(tǒng)的排放點(diǎn)，氫氣濃度水平應(yīng)滿足：
（a） 在正常運(yùn)行（包括啟動(dòng)和關(guān)閉）期間的任何移動(dòng)三秒時(shí)間間隔內(nèi)，氫氣濃度平均體積不超過4%Vol.；
（b） 任何時(shí)候氫氣含量都不得超過8%。
全球技術(shù)法規(guī)第5.2.2.2節(jié)。封閉空間內(nèi)的濃度限值（碰撞后試驗(yàn)完整性） 氫氣泄漏不得導(dǎo)致乘客、行李和貨艙內(nèi)空氣中的氫氣濃度大于3±1.0%（體積百分比）。
NREL和JRC傳感器實(shí)驗(yàn)室正在開展活動(dòng)，以滿足全球技術(shù)法規(guī)中列出的和上文總結(jié)的釋放氫檢測要求。該信息已與DOT共享，以向DOT提供驗(yàn)證是否符合GTR要求的工具，或提供規(guī)范性數(shù)據(jù)以支持修改當(dāng)前要求的建議。這項(xiàng)研究的結(jié)果如下。

燃料電池電動(dòng)汽車碰撞試驗(yàn)中監(jiān)測氫氣傳感器/氦氣傳感器和方法
NREL和JRC傳感器實(shí)驗(yàn)室完成了兩項(xiàng)關(guān)于車輛碰撞試驗(yàn)后全球技術(shù)法規(guī)第5.2節(jié)中規(guī)定的燃料系統(tǒng)完整性氫氣監(jiān)測要求的研究。在一項(xiàng)研究中，NREL有機(jī)會(huì)在實(shí)際碰撞試驗(yàn)中為帶有氫氣傳感器的示范FCEV配備儀表。這是與DOT NHTSA合作進(jìn)行的。該項(xiàng)目的目標(biāo)是確定一種可以對(duì)氫氣或氦氣作出響應(yīng)的傳感器或傳感器方法。
FCEV尾管排放驗(yàn)證氫氣分析儀
第13號(hào)全球技術(shù)法規(guī)中提出的二種氫氣釋放方案力求確保FCEV的排氣無害。全球技術(shù)法規(guī)對(duì)正常運(yùn)行中允許的氫氣釋放施加了限制。開發(fā)了基于性能的試驗(yàn)，以驗(yàn)證排氣不著火。試驗(yàn)要求廢氣的平均氫氣濃度保持在通常接受的4vol%可燃下限以下。平均濃度計(jì)算為3秒。
結(jié)論：
第13號(hào)全球技術(shù)法規(guī)有幾個(gè)氫氣監(jiān)測要求。NREL和JRC傳感器實(shí)驗(yàn)室的工作表明，商用傳感器技術(shù)可用于驗(yàn)證是否符合全球技術(shù)法規(guī)要求。這些發(fā)現(xiàn)可提供給DOT，因此也可提供給全球技術(shù)法規(guī)委員會(huì)和氫社區(qū)。碰撞試驗(yàn)后驗(yàn)證燃料系統(tǒng)完整性的方法已得到證明，而FCEV廢氣分析儀的開發(fā)目前正在開發(fā)中。

一、TCD-H2氫氣傳感器特點(diǎn)
1、低功耗，約0.1W
2、快速響應(yīng)，約1秒(T90，@1.0L/min.)
2、無需加熱恒溫等待，即插即用。
3、外形尺寸小
4、溫度和濕度補(bǔ)償
5、可測量氫氣(H2)和相對(duì)濕度（RH）
6、0.5~2.5VDC和5V TTL輸出

二、TCD-H2氫氣傳感器技術(shù)參數(shù)
1、技術(shù)原理：MEMS測量
2、被測氣體：氫氣（H2）和相對(duì)濕度RH，兩組份或準(zhǔn)三組分氣體
3、量程：0~100%Vol. (H2 in N2或AIR)；相對(duì)濕度RH：0~100%RH
4、氦氣非線性：±1.0%FS
5、相對(duì)濕度測量精度：±3.0%RH
6、供電：5VDC
7、輸出： 0.5~2.5VDC和5V TTL電平
8、功耗：約200 mW
9、工作溫度范圍：-40~+85℃
10、氣路連接：接內(nèi)徑4mm，外徑6mm的軟管
11、耐壓：1.5 bar絕壓
12、重量：100g
三、工作速度
1、啟動(dòng)時(shí)間：0.3s，無需加熱恒溫等待
2、響應(yīng)時(shí)間(T90，@1.0L/min.)：約1s
3、數(shù)據(jù)更新：2 Hz