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浅谈35MPa车载储氢系统常见问题

发布日期:2021-08-19        新闻来源:网络

赵晓晓1、钱韬2

1上海舜华新能源系统有限公司车载供氢系统装备事业部2上海舜华新能源系统有限公司车载供氢系统装备事业部

摘要:35MPa车载储氢系统主要用于商用车型,在设计、安装和后续的使用中会出现一些常见问题。常见有安装孔位错位,现场管路连接不上,减压阀出口压力过高,管路接头处泄漏等等。在前期阶段如果充分考虑这些问题,可以有效避免一些不必要的损失。

关键词:设计问题;安装问题;售后问题;商用车 

1概述

近几年,国内氢能源行业的发展一直呈现上升趋势,各大主机厂慢慢将目光投向氢能源行业,所以35MPa车载储氢系统的产量在不断上升。前期,国内储氢系统的零部件主要依赖进口,随着国内技术的不断进步,35MPa储氢系统慢慢趋向于国产化。35MPa储氢系统起步较早,且大多用于商用车型,空间较为宽广,且主机厂未完全按照正向流程进行开发,造成35MPa储氢系统在安装使用过程中经常会碰到一些常见问题。若在前期阶段及时采取有效的措施,可以将问题提前解决或有效遏制。这些常见问题大致可以分为三类:设计问题、安装问题、售后问题。下文将对上述问题进行拆解,并提出一些解决方案或思路供参考。

2 设计问题

设计问题顾名思义就是在储氢系统加工前技术人员的在设计方案上的问题。出现该类问题的原因一般是技术人员在设计过程中未充分考虑系统的安装、使用或将系统放在整车上进行整体规划。国内现行的氢系统相关法规较少,且很多法规是沿用国外标准或CNG/LNG的法规进行制定,缺少氢系统的实际数据作为标准支持。所以,不同的技术人员在设计过程中是按照自行理解进行设计,缺乏统一性,且受限于前期经验积累的差异,不同技术人员的设计能力出现参差不齐。

未从整车整体出发设计储氢系统,在设计过程中将更多参考其他项目的方案,直接挪用或借用其中的部分,最终拼凑成一套系统。虽然,系统设计考虑标准化,会节省整个系统的设计冻结时间,但是系统设计更应该贴合整车的车型,这样设计的氢系统才具有量产的价值。缺乏整机考虑往往会导致:

  • 系统管路布置位置走向曲折,不便安装,在设计管路时,未考虑高压管路和低压管路走向问题,导致高压、低压管路需绕系统一周才穿入整车内部,这样不仅增加了物料的损耗,消耗了工人的工时,同时也导致管路延长泄漏点增多。所以在进行系统布置时,需充分考虑加氢口和电堆口的位置,尽量减少管材消耗和高压管路长度;
  • 系统布置朝向不便于维修和安装,在氢系统中瓶阀、放空阀是使用频次较高的阀件,减压阀、压力传感器是问题出现频次较高的部件,如果将此类部件设计在不便于安装维修的位置,会增加后续维修时的工作量,所以在设计过程中需将此类部件按照使用频次和问题出现频次进行分类,布置在方便操作的位置;
  • 系统安装固定孔位置不便于安装,系统需要固定在整车上,若安装固定孔被气瓶或者其他部件遮挡,会导致安装系统支架时,现场技师无法直接使用垂直用套筒,只能在系统一侧进行安装。此种固定方式不会影响样件系统的安装,但是会导致批量项目的系统安装工时过长,影响生产线运转,而且在后续系统拆解维修时所需工时也将延长。所以在设计安装固定孔时需尽可能避开孔位上方的部件。
  • 系统管路与整车连接口无法连接,这类问题一般体现在接口上无法连接。像与电堆连接的接口,在对接时需充分了解接口的连接形式和公头母头,这需要对氢气用连接接头进行学习并充分考虑。但对加氢面板无法安装,或整体系统孔位偏差等问题需要在氢系统冻结之前由主机厂在整车数模上进行校对。

车载氢系统并不是单一性的部件,它是燃料电池车的一部分,设计时需要将系统充分到整车整体中,所设计的氢系统才更具价值。上述设计问题只是将部分有代表性问题进行总结,在实际的设计过程还会出现其他各式各样的问题,这需要设计人员在项目结题时进行总结,并不断进行反思进行。

3 安装问题

安装问题主要集中在厂内安装和外场服务中,体现了现场技师的业务水平和工作态度。因为国内氢系统的生产还未实现规模和机械化,所以在生产过程中更多是手工操作。现行国内氢系统中管路接头的安装方式多以卡套为主,并穿插使用SAE螺纹接头,NPT接头和墩型球面密封接头。其中SAE螺纹接头和墩型球面密封接头以扭力大小作为安装标准,NPT和卡套接头以圈数作为安装标准。管路弯折多采用手工弯折的形式,并以手工打磨接口位置为主。所以安装问题主要分为以下几类:

  • 卡套接头未安装到位,也就是卡套在安装过程中,螺母未拧到位或者卡套未形成密封。出现该类问题的原因一般为安装技师未按照规定操作方式进行操作,如未按要求拧紧圈数,过拧或少拧,或者是管路在预安装过程中,管路未插入到位,未与卡套充分连接,这都会导致接口位置存在泄漏;
  • NPT接口位置在气密操作时泄漏。该类问题一直过于常见,从接头本身讲,NPT接头属于螺纹和螺纹连接处形成的硬密封,所以对材料的硬度要求较高。如果连接处的两种材料差别过大,会导致螺纹咬死。短期气密无问题,但是长期使用会发生泄漏,维修时会导致接头和连接阀件损坏。排除材料本身的影响,NPT接头常见安装问题有生料带缠绕方向错误,生料带缠绕螺牙位置错误,生料单缠绕圈数错误,以上问题均为工人技师操作问题,在实际生产过程中需按照规范进行操作;
  • 管路内存在杂质,影响密封并可能损伤阀件。该类问题的出现一般为安装过程中,切割后的管路未充分打磨,造成仍存在金属屑,在实际使用中,随气体流通进入阀件损伤密封位置和阀件内部。若安装环境不清洁,空气中或操作工具上携带杂质,在安装时未对管路进行吹扫,也可进入系统内部,对其他部件进行损伤;
  • 管路安装后存在应力。35MPa高压管路的安装多采用厚壁管,整体管路较硬不便弯折。如果管路安装过程中切割过长或过短,通过拉长或挤压的形式与接头处连接,不仅可能会损伤密封面,还会导致管路长期存在应力。使用过程中,管路内部不同压力气体频繁流动,造成管路损伤或泄漏;

氢系统的安装过程较为繁琐,气瓶安装需要借助机械力量,其他管路接头位置多采用不同接头密封方案并行的型式。这使得工人技师需对不同位置的安装方案充分熟练,可灵活变通,同时需按照规范的流程进行操作,减少不必要的安装问题。

4 售后问题

售后问题一般集中在安装后使用过程中,多由客户发现反馈至公司。售后问题多包含一些泄漏问题或者阀件异常问题,若不及时处理,可能会造成整车无法正常运行,进而影响客户的体验度。

  • 瓶阀与气瓶接口位置泄漏。对于小的泄漏,系统自带的氢气泄漏传感器无法探测,只能通过系统排查时发现。但是对于大的泄漏,控制器接收到氢气泄漏传感器发出的信号会向整车报警,以便及时排查问题。出现该类问题的原因一般为瓶阀密封圈失效,密封圈本身为橡胶材料,与氢气不断的接触挤压,会大大缩减密封圈的材料,造成密封圈老化,接口位置泄漏。同时也存在气瓶密封位置加工过于粗糙,在瓶阀安装过程已对密封圈造成损坏或者长期使用过程中,密封圈往复运动造成损坏;
  • 压力传感器传输信号异常。主要表现为整车在正常工作过程中,压力信号发生突变,忽高忽低。出现该类问题需要排查三个方面:压力传感器本身、系统线束、整车供电。以上三种情况都可能造成控制器接收信号异常;
  • 减压阀出口压力过高,卸荷阀起跳。减压阀在正常工作或整车停机过程中都有正常压力范围,若出现出口压力过高造成下游卸荷阀起跳的情况,多需对减压阀本身进行分析,内部可能存在某些杂质,对减压阀内部结构造成损坏;
  • 减压阀呼吸口泄漏。一般情况下,该泄漏值初始值较低,随着长期往复使用,泄漏量会不断增加。出现该种情况一般需要排查管路内部的清洁度,可能是管路或者气体本身杂质进入减压阀内部,造成减压阀内部的密封件损坏,气体进入呼吸口造成泄漏;
  • 温度传感器传输信号异常。温度传感器传输信号异常的表现与排查方向基本与压力信号一致,但是在现行已有的使用案例中,温度传感器传输信号异常还与瓶阀内部进水有关;

系统的售后问题和表现多种多样,但是最终均已泄漏、信号异常等方式体现。出现售后问题,需要根据问题发生的具体工况、具体表现等方面对问题进行详细的分析,以便在后续的设计选型中避免类似的问题。

5 总结

35MPa车载氢系统的技术已慢慢成熟,各种设计安装售后等问题均较为常见。上文内容只是根据前期项目经验对一些35MPa车载氢系统常见问题和可能原因进行总结,仅供后续设计生产售后人员进行参考。在实际的项目过程中,发现问题、解决问题、总结问题才能将后续项目中可能遇到的问题提前解决。35MPa车载氢系统和零件渐渐趋于国产化,在这个过程中发现许多问题,需要及时解决和深入分析。

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