氫燃料電池汽車氫氣監(jiān)測要求

-快速響應氫氣傳感器和氦氣傳感器應用

聯合國歐洲經濟委員會全球技術法規(guī)（GTR）第13號（氫氣和燃料電池車輛全球技術法規(guī)）是規(guī)范氫車輛，特別是燃料電池電動車輛（FCEV）安 全要求的定義性文件。第13號全球技術法規(guī)已正式通過，并將作為北美（由美國領導）、日本、韓國和歐盟FCEV安 全 國家監(jiān)管標準的基礎。全球技術法規(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，必須有核實是否符合具體要求的方法。在一個合作項目中，美國國家可再生能源實驗室的傳感器實驗室和荷蘭能源與運輸研究所的聯合研究中心一直在評估和開發(fā)可用于驗證是否符合全球技術法規(guī)中規(guī)定的氫氣釋放要求的分析方法。

全球技術法規(guī)第5.2.1.3.2節(jié)-燃料電池車輛排氣系統。 在車輛排氣系統的排放點，氫氣濃度水平應滿足：
（a） 在正常運行（包括啟動和關閉）期間的任何移動三秒時間間隔內，氫氣濃度平均體積不超過4%Vol.；
（b） 任何時候氫氣含量都不得超過8%。
全球技術法規(guī)第5.2.2.2節(jié)。封閉空間內的濃度限值（碰撞后試驗完整性） 氫氣泄漏不得導致乘客、行李和貨艙內空氣中的氫氣濃度大于3±1.0%（體積百分比）。
NREL和JRC傳感器實驗室正在開展活動，以滿足全球技術法規(guī)中列出的和上文總結的釋放氫檢測要求。該信息已與DOT共享，以向DOT提供驗證是否符合GTR要求的工具，或提供規(guī)范性數據以支持修改當前要求的建議。這項研究的結果如下。

燃料電池電動汽車碰撞試驗中監(jiān)測氫氣傳感器/氦氣傳感器和方法
NREL和JRC傳感器實驗室完成了兩項關于車輛碰撞試驗后全球技術法規(guī)第5.2節(jié)中規(guī)定的燃料系統完整性氫氣監(jiān)測要求的研究。在一項研究中，NREL有機會在實際碰撞試驗中為帶有氫氣傳感器的示范FCEV配備儀表。這是與DOT NHTSA合作進行的。該項目的目標是確定一種可以對氫氣或氦氣作出響應的傳感器或傳感器方法。
FCEV尾管排放驗證氫氣分析儀
第13號全球技術法規(guī)中提出的二種氫氣釋放方案力求確保FCEV的排氣無害。全球技術法規(guī)對正常運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，以驗證排氣不著火。試驗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。平均濃度計算為3秒。
結論：
第13號全球技術法規(guī)有幾個氫氣監(jiān)測要求。NREL和JRC傳感器實驗室的工作表明，商用傳感器技術可用于驗證是否符合全球技術法規(guī)要求。這些發(fā)現可提供給DOT，因此也可提供給全球技術法規(guī)委員會和氫社區(qū)。碰撞試驗后驗證燃料系統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
1、低功耗，約0.1W
2、快速響應，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、溫度和濕度補償
5、可測量氫氣(H2)和相對濕度（RH）
6、0.5~2.5VDC和5V TTL輸出

二、TCD-H2氫氣傳感器技術參數
1、技術原理：MEMS測量
2、被測氣體：氫氣（H2）和相對濕度RH，兩組份或準三組分氣體
3、量程：0~100%Vol. (H2 in N2或AIR)；相對濕度RH：0~100%RH
4、氦氣非線性：±1.0%FS
5、相對濕度測量精度：±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、啟動時間：0.3s，無需加熱恒溫等待
2、響應時間(T90，@1.0L/min.)：約1s
3、數據更新：2 Hz