目前我國燃料電池汽車的推廣，主要以大巴車和物流車等大型燃料電池應(yīng)用系統(tǒng)為主。為了確保續(xù)駛里程，目前此類型的大型燃料電池商用車皆配置多瓶組的Ⅲ型瓶，12.5米大巴車甚至配置Ⅲ型8瓶組的車載供氫系統(tǒng)，儲氫量達26kg。若通過現(xiàn)有高壓加氫站儲氫罐預(yù)冷后輸送至35MPa加氫機的加注流程，平均加氫速度約2kg/min，再考慮加注前后的掛槍吹掃等待時間，導致整體加注時間超過20分鐘；此外，考慮到70MPa系統(tǒng)和四型瓶陸續(xù)投放市場的因素，在沒有液氫產(chǎn)業(yè)鏈和冷能利用的預(yù)冷措施下，中國現(xiàn)行高壓加氫模式使得整體加注時間在半個小時以上，甚至會因為預(yù)冷不充分而導致大流量快速加注中斷。另外，我國加氫站設(shè)備系統(tǒng)里的核心設(shè)備諸如加氫槍、加氫軟管、氫氣流量計等依賴進口，加氫站建設(shè)成本高、連續(xù)加注效率低，同時也增加了安全風險。
儲氫換氫型加氫站實施路徑
首先，這一實施路徑不適合物流車和重卡，主要是物流車和重卡的車載氫系統(tǒng)放在在駕駛室后方，供氫系統(tǒng)框架緊固在行走機構(gòu)大梁上，拆卸吊裝困難，且安裝不當會影響到系統(tǒng)的抗沖擊性能；同時目前物流車的設(shè)計，電堆系統(tǒng)與供氫系統(tǒng)是安裝在同一個框架結(jié)構(gòu)中，若單獨更換儲氫系統(tǒng)，需要變更當下整車布置的設(shè)計。
鑒于此，最適合儲氫系統(tǒng)模塊化更換的車型是公交大巴車輛，車載供氫系統(tǒng)在車輛頂部，安全方便，且由于市內(nèi)運行車速慢，對車載氫系統(tǒng)的抗沖擊性能要求不高，安裝簡單沒有特殊要求，適合頻繁更換而不影響性能。根據(jù)不同車型分成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影響到密封性能，因此需要在儲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。減壓后對應(yīng)電堆的氫氣標準供氫接口，與車輛頂部固定螺栓的連接，是模塊化儲氫系統(tǒng)的兩個接口。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)燃料電池車的需求選擇適當?shù)墓湎到y(tǒng)進行拆裝作業(yè)完成整套的換氫加注流程。
技術(shù)安全性分析
儲氫模塊整體更換的方式，存在的技術(shù)問題主要有以下幾個方面：
1）氣密性問題：置換方式假設(shè)選擇更換氣瓶則會影響到高壓管路氣密，作業(yè)復雜，高壓拆裝作業(yè)需要經(jīng)過專業(yè)培訓的人員才能操作，且拆裝會損壞高壓管件接頭，不僅成本提高，而且會影響氣密性，甚至需要重新做氣密性試驗。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)簡單且安全可靠。
2）標準化問題：目前公交車用高壓氫瓶有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)格進行標準化、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)的車型中實施更換氫系統(tǒng)模塊的操作。
3）氫氣品質(zhì)問題：模塊化供氫系統(tǒng)的每次拆裝，低壓供氫管線與電堆進氣管路連接過程中會有少量空氣混入，有導致氫氣純度下降的風險，更換操作需要適當考慮氫氣置換移除雜質(zhì)提升電堆壽命。
以上問題都不是什么大問題。難度在于車輛管理與特種設(shè)備管理。
標準法規(guī)瓶頸
目前的車載儲氫瓶組系統(tǒng)，不僅生產(chǎn)廠家與所安裝車型的公告保持一致，且每一套系統(tǒng)的瓶組與所固定的商用車輛一一對應(yīng)，不得任意更換。同時，供氫系統(tǒng)所用氫瓶作為特種設(shè)備，在役期間需要進行定期檢驗，且使用壽命隨車報廢。若加氫方式改為更換儲氫瓶或整系統(tǒng)組，則會面臨以下問題:
1)上牌與公告問題。目前新能源車輛上牌與上公告流程是車輛與氫瓶對應(yīng)，每個氫瓶的序列號與車輛車牌連同建檔，非必要不得更換；若采取更換整體供氫系統(tǒng)方式進行加氫，則面臨著更換后的氫瓶與車輛不再一一對應(yīng)，打破了現(xiàn)有管理方式。因此未來首先需要統(tǒng)一氫瓶與供氫系統(tǒng)規(guī)格，及其余不同車類搭載氫瓶數(shù)量等措施，需要改變整車廠公告與車輛上牌的模式；
2)安全檢驗報告與安裝資質(zhì)問題。目前具有安裝資質(zhì)的主機廠在整車出廠前會出具車輛與氫瓶的安全報告，并請第三方強制性檢驗。采取置換模塊化的供氫系統(tǒng)進行加氫，則加氫站同時還需面臨安裝單位資質(zhì)的許可，以確保安全性，且進行安裝作業(yè)的人員也需取得監(jiān)管部門認可批準的資格；所更換的供氫系統(tǒng)模塊，也需要經(jīng)過第三方強制性檢驗認證。
3)在用壓力容器的定期檢驗問題。目前燃料電池車輛的供氫系統(tǒng)，其中在用的氫瓶是隨車輛每三年進行在役檢驗，檢查各項安全指標；若采取置換方式，供氫系統(tǒng)的氫瓶如何進行在役檢驗?這對當下的特種設(shè)備管理是個巨大的挑戰(zhàn)。可以考慮的方式，是把當下的三年一次的檢驗，改為按充裝次數(shù)達到一定的數(shù)值來進行定期檢驗，如2000/4000/6000/8000次時進行檢驗；同時在供氫系統(tǒng)的氫控制器上增加可計量充裝次數(shù)的監(jiān)測，并能夠進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)上傳處理等。
4)氫瓶加注問題。目前進行氫氣加注前需出示氫瓶使用合格證（在役檢驗合格）給加氫站人員，才可對氫瓶進行充裝。未來供氫系統(tǒng)與車輛分離，不同序列號的供氫系統(tǒng)混雜，充裝站能否給氫瓶加注，需要先來判定供氫系統(tǒng)是否檢驗合格。可考慮通過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，或可來解決氫瓶合格辨識以及管理氫瓶壽命的問題。
結(jié)論與建議
供氫系統(tǒng)模塊化更換的加氫模式，對車輛公告管理、特種設(shè)備安全使用管理都是新的挑戰(zhàn)。不僅對整車廠、主機廠、氫瓶制造廠以及加氫站運營端的設(shè)計規(guī)格、安全測試與產(chǎn)品標準化有了新的要求，同時對壓力容器注冊使用登記、特種設(shè)備在役檢驗、安裝資質(zhì)、充裝資質(zhì)管理等等，面臨的都是全新的考驗。涉及到的上級主管部門是工信部和國家市場監(jiān)管總局，而具體下級執(zhí)行單位包括全國各地的質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局、安全管理局、特種設(shè)備檢驗研究院等，實施難度比較大。厘清未來氫瓶與供氫系統(tǒng)安全管理與檢驗流程并落實到相關(guān)責任單位，才能確保儲氫換氫站未來的可靠性與安全性?？梢韵葟膫€別單位試點示范，但能否推廣實施還是任重道遠。
魏蔚，女，副教授，高級工程師。張家港氫云新能源研究院有限公司院長，中國技術(shù)監(jiān)督情報協(xié)會危化品儲工委委員，全國氫能標準化技術(shù)委員會觀察員，中國氫能供應(yīng)與利用百人會理事，中國“氫能與燃料電池汽車技術(shù)路線圖2.0”工作組組員。
