Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9057-2:2011 (ISO 23273-2:2006) về Phương tiện giao thông đường bộ chạy pin nhiên liệu - Điều kiện kỹ thuật an toàn - Phần 2: Bảo vệ tránh các mối nguy hiểm từ Hyđrô cho xe chạy bằng nhiên liệu Hyđrô nén
Fuel cell road vehicles - Safety specifications Part 2: Protection against hydrogen hazards for vehicles fuelled with compressed hydrogen
Lời nói đầu
TCVN 9057-2:2011 hoàn toàn tương đương với ISO 23273-2:2006.
TCVN 9057-2:2011 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 22 Phương tiện giao thông đường bộ biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.
Bộ TCVN 9057 (ISO 23273), Phương tiện giao thông đường bộ chạy pin nhiên liệu – Điều kiện kỹ thuật an toàn gồm các phần sau:
- TCVN 9057-1:2011 (ISO 23273-1:2006), Phần 1: An toàn về chức năng của xe.
- TCVN 9057-2-2011 (ISO 23273-2:2006), Phần 2: Bảo vệ tránh các mối nguy hiểm từ hyđrô cho xe chạy bằng nhiên liệu hyđrô nén.
- TCVN 9057-3:2011 (ISO 23273-3:2006), Phần 3: Bảo vệ người chống điện giật.
PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ CHẠY PIN NHIÊN LIỆU – ĐIỀU KIỆN KỸ THUẬT AN TOÀN - PHẦN 2: BẢO VỆ TRÁNH CÁC MỐI NGUY HIỂM TỪ HYĐRÔ CHO XE CHẠY BẰNG NHIÊN LIỆU HYĐRÔ NÉN
Full cell road vehicles - Safety specifications – Part 2: Protection against hydrogen hazards for vehicles fuelled with compressed hydrogen
Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu thiết yếu đối với các xe chạy pin nhiên liệu (FCV) về bảo vệ người và môi trường bên trong và bên ngoài xe tránh các mối nguy hiểm liên quan đến hyđrô.
Tiêu chuẩn này chỉ áp dụng cho các xe chạy pin nhiên liệu trong đó hyđrô nén được sử dụng như nhiên liệu cho hệ thống pin nhiên liệu.
Tiêu chuẩn này không áp dụng cho chế tạo, bảo dưỡng và sửa chữa xe.
Các yêu cầu trong tiêu chuẩn này tập trung vào cả trạng thái vận hành bình thường (không có lỗi sai sót) và cả các trạng thái có một lỗi sai sót của xe.
Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).
TCVN 9057-1:2011 (ISO 23273-1), Phương tiện giao thông đường bộ chạy pin nhiên liệu - Điều kiện kỹ thuật an toàn - Phần 1: An toàn về chức năng của xe.
ISO 17628, Compressed hydrogen surface vehicle refuelling connection devices (Thiết bị nối trên mặt xe nạp nhiên liệu hyđrô nén).
Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:
3.1
Hệ thống xử lý không khí (air processing system)
Hệ thống xử lý (nghĩa là lọc, đo, ổn định hoá và nén tăng áp) không khí đi vào hệ thống pin nhiên liệu.
3.2
Chất gây ô nhiễm (contaminant)
Các chất trong nhiên liệu thô như sunfua mà ở mức nồng độ quy định hoặc trên mức nồng độ quy định có thể là chất xúc tác gây độc hại.
3.3
Khung dẫn điện (electric chassis)
Kết cấu cơ khí dẫn điện của xe bao gồm tất cả các bộ phận liên kết điện và điện tử mà các chi tiết của chúng được kết nối điện với nhau và điện áp của chúng được lấy làm điện áp chuẩn.
3.4
Van quá lưu lượng (excess flow valve)
Van tự động ngắt hoặc hạn chế lưu lượng khí khi lưu lượng vượt quá một giá trị thiết kế đã chỉnh đặt.
3.5
Pin nhiên liệu (fuel cell)
Bộ phận điện hoá tạo ra điện năng bằng cách biến đổi nhiên liệu và một chất oxy hoá, không có bất cứ sự tiêu thụ về vật lý hoặc hoá học nào của các điện cực hoặc chất điện phân.
3.6
Bộ pin nhiên liệu (fuel cell stack)
Bộ hai hoặc nhiều pin nhiên liệu được kết nối điện với nhau.
3.7
Hệ thống pin nhiên liệu (fuel cell system)
Hệ thống điển hình chứa các hệ thống con sau: Bộ pin nhiên liệu, hệ thống xử lý không khí, hệ thống xử lý nhiên liệu, điều khiển nhiệt, điều khiển nước và hệ thống điều khiển của chúng.
3.8
Xe chạy pin nhiên liệu (fuel cell vehicle), FCV
Xe nhận công suất đẩy từ một hệ thống điện nguồn pin nhiên liệu lắp trên xe.
CHÚ THÍCH: Thuật ngữ chung của FCV cũng bao gồm các xe có một nguồn công suất đẩy phụ khác.
3.9
Hệ thống xử lý nhiên liệu (fuel processing system)
Hệ thống biến đổi (nếu cần thiết) và /hoặc ổn định hoá nhiên liệu được tích trữ trong bộ tích nhiên liệu lắp trên xe thành nhiên liệu thích hợp cho vận hành trong bộ pin nhiên liệu.
3.10
Hệ thống nhiên liệu (fuel system)
Tổ hợp của bộ tích nhiên liệu lắp trên xe, hệ thống xử lý nhiên liệu và bộ pin nhiên liệu.
3.11
Van ngắt nguồn hyđrô chính (main hydrogen shut-off value)
Van điện thiết kế để tự động cách ly nguồn hyđrô có áp suất cao.
3.12
Áp suất làm việc lớn nhất cho phép (maximum allowable working pressure), MAWP
Áp suất làm việc lớn nhất tại đó một bộ phận hoặc hệ thống có thể được vận hành bình thường không bị hư hỏng, kể cả rò rỉ và biến dạng.
CHÚ THÍCH: Áp suất làm việc lớn nhất cho phép được dùng để xác định sự điều chỉnh của các cơ cấu hạn chế/giảm áp suất được lắp đặt để bảo vệ bộ phận hoặc hệ thống tránh sự quá áp bất ngờ.
3.13
Áp suất làm việc danh nghĩa (nomimal working pressure) Mức áp suất tại đó một bộ phận vận hành một cách đặc trưng.
CHÚ THÍCH: Đối với các bình chứa nhiên liệu, đây là áp suất đặt ở một nhiệt độ không đổi 15oC (288K) đối với một bình chứa đầy nhiên liệu.
3.14
Làm sạch (purge)
Quá trình loại bỏ các thành phần khí không cần thiết từ hệ thống khí hyđrô.
3.15
Cơ cấu giảm áp được kích hoạt bằng nhiệt độ (temperature triggered pressure relief device), PRD
Cơ cấu bít kín lại, không nối lại mạch được kích hoạt bằng nhiệt độ quá mức dùng để thông hơi cho khí nhằm bảo vệ bình chứa nhiên liệu tránh bị phá huỷ khi chịu thử nghiệm về tiêu chí cháy.
4 Các điều kiện về môi trường và vận hành
Các yêu cầu cho trong tiêu chuẩn này phải được đáp ứng thông qua phạm vi các điều kiện về môi trường và vận hành được dùng để thiết kế xe và do nhà sản xuất xe quy định.
5 Yêu cầu về thiết kế và tính năng của hệ thống nhiên liệu
5.1 Qui định chung
Hệ thống nhiên liệu gồm có một đoạn áp suất cao, ở đó áp suất bên trong tương tự như áp suất trong bình chứa nhiên liệu và một đoạn áp suất trung gian để đến đoạn áp suất thấp, ở đó áp suất bên trong thấp hơn áp suất ở đoạn áp suất cao.
Hệ thống nhiên liệu phải được trang bị:
- Một hệ thống phòng cháy sử dụng một hoặc nhiều cơ cấu giảm áp (PRD) được kích hoạt bằng nhiệt độ;
- Một van ngắt nguồn hyđrô chính, van này phải được đóng lại khi sự cung cấp năng lượng cho van bị mất cũng như khi hệ thống pin nhiên liệu của xe không hoạt động.
- Hệ thống ngắt hyđrô theo 5.2.4 và một van quá lưu lượng hoặc một hệ thống cung cấp chức năng tương tự.
5.2 Các bộ phận cấu thành
5.2.1 Quy định chung
Các bộ phận cấu thành của hệ thống nhiên liệu phải thoả mãn các yêu cầu sau:
Các bộ phận phải được thiết kế, lắp đặt và bảo dưỡng sao cho chúng có thể vận hành một cách an toàn trong các điều kiện về môi trường và vận hành do nhà sản xuất quy định.
Tất cả các bộ phận được sử dụng trong đoạn áp suất cao phải có áp suất danh định thích hợp dựa trên áp suất làm việc danh nghĩa.
Tất cả các bộ phận được sử dụng trong đoạn áp suất trung gian và đoạn áp suất thấp phải có áp suất danh định thích hợp dựa trên áp suất làm việc lớn nhất cho phép.
Các chi tiết thân dẫn điện của các bộ phận trong các vùng có thể dễ bốc cháy nên được nối đất cho khung dẫn điện để ngăn ngừa sự bốc cháy bất ngờ của hyđrô xả ra.
5.2.2 Bình chứa nhiên liệu
Phải sử dụng bình chứa nhiên liệu của xe theo yêu cầu pháp lý, nếu áp dụng. Mặt khác, nếu không được quy định thì phải theo quy định của nhà sản xuất xe.
Hệ thống bình chứa nhiên liệu phải được trang bị ít nhất là một số cơ cấu giảm áp (PRD) được kích hoạt bằng nhiệt độ đặt ở gần các bình chứa nhiên liệu hyđrô sao cho hyđrô trong bình chứa nhiên liệu có thể được xả ra trước khi phá huỷ (cũng xem 5.3).
5.2.3 Bảo vệ chống quá áp
Bất cứ chi tiết nào được bố trí trong đoạn áp suất trung gian hoặc đoạn áp suất thấp phải có khả năng chịu được hoặc được bảo vệ tránh sự tăng áp suất một cách bất thường do chỉ một hư hỏng của bộ điều chỉnh áp suất ở phía đầu dòng.
CHÚ THÍCH: Đối với hướng dẫn, xem SAE J 2578.
5.2.4 Hệ thống ngắt hyđrô
Hệ thống nhiên liệu và bộ phận điều khiển của nó phải có phương tiện để đóng van ngắt nguồn hyđrô chính và do đó ngăn ngừa sự xả hyđrô không cần thiết hoặc xuất hiện các mối nguy hiểm khác do các hư hỏng tại một điểm như đã nêu trong TCVN 9057-1 (ISO 23273-1).
5.3 Định vị và lắp đặt các bộ phận
Tất cả các bộ phận và đường ống, đường dây nối với nhau phải được lắp ráp cẩn thận hoặc được đỡ trong xe để giảm tới mức tối thiểu các hư hỏng và ngăn ngừa sự rò rỉ và /hoặc sự cố.
Các bộ phận phải được định vị trong xe để giảm khả năng hư hỏng bất ngờ, trừ khi các bộ phận này được bảo vệ thích hợp và không có chi tiết nào của bộ phận nằm ngoài kết cấu bảo vệ.
Các ống nhiên liệu phải được định vị và bảo vệ sao cho không bị hư hỏng do rung lắc của xe trong các điều kiện vận hành bình thường theo quy định của nhà sản xuất xe.
5.4 Sự xả
Kết cấu xe dùng cho xả toàn bộ khí thải của hệ thống nhiên liệu, các chất tẩy rửa, các chất thông hơi và các quá trình xả khác diễn ra trong vận hành bình thường của xe phải ngăn ngừa các tình huống nguy hiểm có liên quan đến hyđrô. Tất cả các chế độ vận hành bình thường bao gồm khởi động, chạy xe, dừng và đỗ xe nên được xem xét trong các yêu cầu này.
Việc xả vào trong tất cả các khoang của xe trong điều kiện vận hành bình thường và trong điều kiện có một lỗi sai sót không được dẫn đến bất cứ tình huống nguy hiểm nào.
Trong các khu vực được sử dụng theo dự định như khoảng không ở ngoài trời, các toà nhà và công trình xây dựng được thông gió bằng cơ khí và các gara trong khu dân cư được thông gió không bằng cơ khí thì các yêu cầu pháp lý phải được đáp ứng. Sự xả bình thường từ xe ra bên ngoài không được gây ra cháy.
CHÚ THÍCH: Hướng dẫn liên quan đến việc đánh giá xe trong các tình trạng theo dự định thông thường như lái xe ngoài trời, cho xe chạy không tải trong các toà nhà thương mại và đỗ xe trong gara ở khu dân cư được đưa ra trong SAE J 2578.
Sự xả từ cơ cấu giảm áp (PRD) phải được thông hơi ra ngoài xe và phải được bảo vệ cũng như tất cả các đường ống liên kết và đầu ra có liên quan sao cho chức năng xả không bị ảnh hưởng do hạn chế về lưu lượng xả.
Sự giải phóng hyđrô từ các ắc quy kéo không được dẫn tới bất kỳ tình huống nguy hiểm nào.
6 Phương pháp thử để xác định khả năng bốc cháy xung quanh xe do xả nhiên liệu
Các thử nghiệm phải được thực hiện theo các tiêu chuẩn quốc gia hoặc tiêu chuẩn quốc tế hoặc yêu cầu pháp lý. Mặt khác, các phương pháp thử phải do nhà sản xuất xe quy định.
7 Cách tiếp cận khác hoặc bổ sung để kiểm tra các yêu cầu an toàn liên quan đến hyđrô
7.1 Quy định chung
Bổ sung cho các yêu cầu trong Điều 5, bảo vệ người và môi trường bên trong và bên ngoài xe tránh các mối nguy hiểm liên quan đến hyđrô có thể đạt được bằng quy trình sau. Cũng có thể áp dụng quy trình này thay cho các yêu cầu trong Điều 5 để đạt được các yêu cầu có tính chất cụ thể hơn cho các điều kiện của một kết cấu xe chạy pin nhiên liệu đã cho.
CHÚ THÍCH: Cách tiếp cận này được áp dụng cho các hệ thống điện tử của xe trong nhiều quy định của ECE (R 13, R 79).
7.2 Các bộ phận và hệ thống liên quan đến hyđrô
Các bộ phận và hệ thống chứa và/hoặc mang và /hoặc xử lý hyđrô phải theo các yêu cầu pháp lý, nếu không được quy định thì phải theo quy định của nhà sản xuất.
7.3 Sự tích hợp của các bộ phận và hệ thống liên quan đến hyđrô trong xe chạy pin nhiên liệu (FCV)
7.3.1 Các điều kiện bình thường (không có lỗi) của xe liên quan đến hyđrô
Nhà sản xuất xe phải xác lập một quá trình sao cho trong các điều kiện bình thường (không có lỗi sai sót) của các bộ phận và hệ thống liên quan đến hyđrô, không thể xảy ra nguy hiểm cho những người ở bên trong hoặc ở trong vùng lân cận của xe chạy pin nhiên liệu (FCV) trong các điều kiện môi trường và vận hành bình thường.
7.3.2 Các điều kiện có lỗi liên quan đến hyđrô của xe
Phải thực hiện sự phân tích mối nguy hiểm liên quan đến hyđrô khi xem xét một cách chủ yếu giao diện giữa các bộ phận và hệ thống như đã được xác lập trong quá trình lắp ráp vào xe. Sự phân tích này có thể sử dụng phương pháp FMEA (dạng hư hỏng và phân tích ảnh hưởng), FTA (phân tích lỗi dạng cây) hoặc phương pháp thích hợp khác, và phải xác định các hư hỏng tiềm tàng trong phần cứng và phần mềm hoặc các điều kiện có thể tạo ra mối nguy hiểm cho những người ở bên trong hoặc xung quanh vùng lân cận của xe.
Dựa trên sự phân tích này, phải mô tả các biện pháp phòng ngừa cho phần cứng và phần mềm hoặc các hư hỏng giới hạn hoặc các điều kiện cho các mức không nguy hiểm cho người, nghĩa là đảm bảo sao cho các yêu cầu cơ bản về an toàn và các chuẩn mực về an toàn được biểu thị trong tiêu chuẩn này được đáp ứng (khái niệm về an toàn).
7.4 Kiểm tra quan niệm về an toàn
Nhà sản xuất xe phải định rõ và thực hiện sự kết hợp thích hợp của các nhà phân tích và thử nghiệm cần thiết được yêu cầu đủ để chứng minh rằng quan niệm đã lựa chọn về bảo vệ tránh các mối nguy hiểm tiềm tàng là tương đương với các biện pháp được cho trong tiêu chuẩn này.
8.1 Quy định chung
Phải ngăn ngừa không cho xe di chuyển bằng hệ thống đẩy riêng của nó khi xe đang được nạp nhiên liệu.
CHÚ THÍCH:
- Đối với hướng dẫn thiết kế các hệ thống nhiên liệu, xem SAE J 2578.
- Phải đảm bảo an toàn cho người trong quá trình nạp nhiên liệu tại một trạm nạp hyđrô bằng các biện pháp thích hợp về an toàn liên quan đến thiết kế và vận hành của trạm, bao gồm cả giao diện giữa bơm/vòi phun và xe/bình chứa (cũng em 8.2).
8.2 Lỗ nạp nhiên liệu
Xem ISO 17268 về vòi phun và các yêu cầu về bình chứa. Vòi phun và bình chứa phải có nắp để ngăn ngừa sự xâm nhập của bụi, chất lỏng, các chất gây ô nhiễm v.v...
Vị trí nạp nhiên liệu trên xe phải được thiết kế sao cho ngăn ngừa được sự tích tụ của các khí dễ cháy và sự xâm nhập của các vật chất lạ. Vị trí nạp nhiên liệu phải được đặt ở nơi thích hợp để đảm bảo sự vận hành an toàn. Mặt bên của xe là vị trí ưu tiên cho nạp nhiên liệu.
Nên có các biện pháp tránh sự phóng tĩnh điện của xe tại bình chứa nhiên liệu.
Bình chứa nhiên liệu phải có khả năng chịu được tải trọng nhỏ nhất theo mọi hướng là 670 N mà không bị ảnh hưởng tới sự kín khí (ví dụ, trong trường hợp ống mềm nạp nhiên liệu khởi động).
THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] SAE J 2578, Recommended practice for feneral fuel cell vehicle safety (Quy trình kỹ thuật được khuyến nghị đối với an toàn chung của xe chạy pin nhiên liệu).
[2] United nations ECE R13, Uniform provisions concerning the approval of vehicles of categories M, N and O with regard to haking (Liên hiệp quốc ECE R13, điều khoản thống nhất về phê duyệt các xe loại M, N và O đối với phanh).
[3] United Nation ECE R79, Uniform Provisions concerning the approval of vehicles with regard to steering equipment (Liên hiệp quốc - ECE R79, điều khoản thống nhất về phê duyệt xe đối với thiết bị lái).
Ý kiến bạn đọc
