燃料电池电动汽车整车通用安全性——整车通用安全设计

一、失效预警及失效安全设计

1、故障分级及处理机制

燃料电池电动汽车的功能安全设计要求满足GB/T 24549-2020 的相关内容。推荐参照GB/T34590-2017 相关规定进行电控系统的功能失效分析和安全目标设计。针对车辆的不同故障等级，制定不同的故障处理机制，表2-1 给出了某车型设计中的故障分级及处理机制示例。

表2-1 燃料电池电动汽车故障分级及处理机制

一级故障对燃料电池的影响不大，但是故障时长后可能会引起二级故障，因此仅在仪表盘对驾驶员进行警示，由驾驶员评估风险。

二级故障会造成燃料电池性能下降，此时故障处理可以是降低燃料电池输出功率，并且告知整车控制系统；

三级故障会造成燃料电池严重损坏或违反法律法规，此时的故障处理方案可以是燃料电池系统急停，并且告知整车控制系统评估此时的风险，但是不建议引起车辆运行过程中突然的失动风险。

2、危害的隔离和分离

与传统汽车及纯电动汽车不同的是，燃料电池电动汽车的危害隔离应重点考虑氢的有效隔离，常用的设计方案是将可能产生电弧或火花等火源形式的点与氢系统进行隔离，或将可能产生静电、电弧及火花的地方可靠接地。

1）设计层面，氢系统应考虑：

①应优先选择布置在利于通风释放的部位，若无法满足此条件，则应增加必要的通风设计以避免氢气聚集引发危险。

②氢系统与电气系统，尤其是高压电气系统需保持一定的安全距离（比如对商用车，安全距离重点关注线束接插器距离氢气管接头的距离，一般大于100mm；如果接头有防护，则距离可适当减小），避免电火花的能量引燃氢气。

③车辆有故障或发生碰撞事故时，氢系统可基于温度、压力、流量等信息实现快速断氢。

④避免将氢系统（气瓶及管理阀门等）布置在舱内（乘员舱或行李舱），应尽量布置在非密闭空间。

⑤氢气排空方向尽量向上布置，保证氢气不会在车底空间四处逃逸。

⑥由于氢系统重量较大，在结构设计方面，要确保在高速行驶紧急制动的瞬间，不会因为惯性产生较大位移，进而撞击其他系统部件或后排乘客。

2）使用层面，车辆加氢过程禁止上高压，可仅唤醒必要的控制器（实现加氢功能以及加氢过程的监测功能），减少电气系统与氢系统之间的耦合风险。

二、整车电池兼容（EMC）及电气可靠性设计

燃料电池电动汽车上所有可能影响车辆安全运行的电气组件，在功能上都应该能够承受车辆暴露于其中的电磁环境。车载电源系统、驱动系统和控制系统运行在高电压、大电流以及处在较大的dU/dt或dI/dt 条件下，车辆应可正常运行，不应造成误停车。车辆在满足传统内燃机汽车电磁兼容要求的同时，还应符合车辆不同运行状态下的电磁兼容特殊要求。

1、整车EMC 设计要求

1）整车电气系统EMC 设计

在整车开发过程中，通过电气系统设计评审对整车EMC 风险进行评估，分析目前整车有可能存在的EMC 问题点，尽可能地避免车型设计中的EMC 风险，减少整车后期试验中出现的问题。主要技术路线如下：根据新能源汽车电气系统设计原则，从整车接地、整车电源分配、整车高压线束布置及整车高压部件布置四个方面进行检查，输出评审问题列表。针对评审检查中存在的风险点，在整车上采取相应的优化措施，并通过整车试验验证设计优化效果。

根据整车电器配置和重点零部件检测报告与设计审核结果，初步确定整车的主要骚扰源和敏感设备清单。基于该清单，结合整车三维布局布线设计资料，分析项目整车电器布置合理性，重点关注高压部件电源系统布局布线和低压敏感设备布局布线问题。内容包括：高压系统布局位置与电流回路设计分析；高压系统端口位置的设计分析；低压敏感系统布局及其与高压系统耦合关系设计分析；低压骚扰源布局及其与低压敏感系统耦合关系设计分析。

2）整车电源和接地EMC 设计

（1）接地点位置的选择，一般遵循如下原则：

①接地点位置要远离溅水区域、潮湿区域、高温区域。

②接地点应选择在车架上，接地车身处应该平整，不能在车身小支架上接地，接地点车身件需要刮漆处理。

③接地点不建议选择在活动件（门、发动机罩、行李箱门等）上，如活动件与车身之间的电阻小于2.5mΩ，也可以在活动件上接地。

④不要让电子零部件的连接件或接地螺栓靠近汽车的涉氢系统或部件、管路等。

（2）接地点应根据不同电器类型（敏感部件、骚扰源）进行分配，同一类型的用电器可以共用一个接地点。接地点的分配，一般遵循如下原则：

①敏感部件与骚扰源不得共用同一接地点。

②敏感部件的接地点与骚扰源的接地点之间距离至少大于10cm。

③电机类部件一般就近接地。

（3）接地片安装结构一般遵循如下原则：

①接地片必须使用防旋转接地片。

②接地片与接地线要求规格匹配。

③车上的所有接地点都应该采用焊接螺母（推荐）或者通过金属片上的过孔采用螺栓连接。

④接地螺栓应该有足够的扭矩以保证连接紧固。

⑤自攻螺钉严禁用于任何接地连接件的连接。

⑥零部件的固定点不能同时用于接地，不能将接地片放置在零部件固定点下作为接地连接。

（4）有的部件对接地点有特殊要求，应按部件的要求进行布置接地点，一般遵循的原则如下：

①动力系统ECU、安全气囊等整车重要控制器接地线长度不应长于20cm。

②音视频系统必须单独接地。

③传感器地线与控制器应采用同一接地点，如受实际环境限制，不能采用同一接地点，则应保证两接地点之间电阻小于2.5mΩ。

④发动机与车身之间应使用长宽比小于50 的编织线进行接地。

⑤如果经过试验能确认具有同等的电气性能和耐久性，那么可以使用16AWG（最小）的导线。

（5）车身、发动机应使用专用接地线与蓄电池负极相连；车身接电线线径应选用较大的线型，保证蓄电池负极与发动机、车身之间电阻小于2.5mΩ。对于金属外壳的部件，应将金属外壳使用接地螺栓可靠地固定在车身或车身支架上。支架与车身应为焊接连接，保证接地电阻小于2.5mΩ。

（6）电源和熔丝的选择和分配应遵循以下原则：

①大电流和会产生电磁干扰的用电器最好使用单独的熔丝，避免产生电源共阻抗耦合。

②常见的此类零部件包括：冷却风扇、雨刮电机、车窗升降电机、门锁电机、后除霜等。

③敏感设备的电源和受到电磁干扰的电源不能共用熔丝。

④不同电回路（部件工作电流差5A 以上）不共用一个熔丝，避免共阻抗耦合产生过大的电压降。

在进行熔丝和继电器的分布设计时，要尽量缩短线束的长度，以减小导线的阻抗，降低产生电磁兼容问题的风险。

3）整车线束EMC 设计

（1）高压（此处均指高电压）线束在燃料电池电动汽车上主要起提供高压强电供电的作用，它对于线束的设计及布置尤为重要，主要遵循以下几个方面的原则：

①线束走向设计、线径设计。高压线束设计采用双轨制，由于燃料电池电动汽车的高压已经超出人体安全电压，车身不可作为整车高压搭铁点；因此高压线束系统的设计上，直流高压电回路必须严格执行双轨制。高压线束可分为电机高压线、电池高压线、充电高压线等。

②高压接插器选型。高压接插器主要负责高压高电流连接和传输，并负责高压回路的人机安全。因此高压线束接插器目前多采用耐高压、防水等级高，并且具有环路互锁、屏蔽层连接等功能的接插器。

③屏蔽设计。采用屏蔽高压线，屏蔽网包覆在高压线内部，接插器连接时同时实现屏蔽层的连接。考虑到电磁干扰的因素，整个高压线束系统均由屏蔽层全部包覆。

（2）低压（此处均指低电压）线束除满足传统汽车功能的实现外，还负责强电控制单元模块的功能实现。低压线束设计与布置方案中考虑高压线束对其产生的干扰防护。不同信号源采用不同的低压屏蔽导线，低压线束布置中屏蔽导线选择遵循如下规则：

①高频信号屏蔽线束采用双绞线、屏蔽层采用箔层屏蔽，采用多点接地。

②低频信号屏蔽线束采用双绞线，屏蔽层采用编织层屏蔽，采用单点接地。

4）零部件的EMC 管控

为了提高零部件的EMC 设计水平，减少后期整改工作量，降低零部件EMC 风险，主机厂需要制定零部件设计审核规范和制定零部件EMC 性能管控流程，针对燃料电池电动汽车还需要制定高压零部件EMC 设计审核及风险评估。只有掌握了高压部件EMC 性能的设计方法，才能从源头上控制部件及整车的EMC 性能，因此开展对高压部件典型电路（如开关电源电路、电机驱动电路等）的EMC 设计研究。整车电场及磁场超标的常见原因是源自高压部件的开关电源，包括电机控制器（主开关）、DC/DC变换器、空调压缩机等内部均有开关电源，且对应不同的开关频率。

结合现有的产品管控流程和供应商管理体系，制定零部件EMC 开发流程，明确以下内容：

①零部件产品开发各阶段需要进行的EMC 相关工作。

②零部件产品开发各阶段要求供应商提供的资料。

③工程师与供应商各自的EMC 开发职责。

④零部件样品EMC 性能管控方法。

⑤零部件产品EMC 性能一致性管控方法。

⑥零部件开发各阶段EMC 性能管控文件的模板。

针对燃料电池电动汽车的电驱动系统等高压零部件，首先需要调查目标车型重点零部件的功能、性能特性，驱动负载特性，端口特性，结构和封装形式等，分析其EMC 设计手段，结合行业内同类型零部件EMC 设计水平，分析本车型零部件的EMC 技术水平和状态。根据零部件供应商提供的设计资料，审核设计中EMC 相关方案的存在性与合理性，重点关注零部件封装、端口特性、驱动负载特性和结构设计，对有缺陷的设计评估其风险，以确保EMC 设计得尽可能周全，并为后期的设计改动留出空间。对重点关注的零部件，结合零部件功能和性能要求，考察零部件内部晶振/开关电源等重点模块布局、时钟/总线等重点信号布线以及端口防护/滤波等EMC 相关设计方案，从而评估零部件EMC 性能水平。

高压零部件的风险分析内容包括：

①零部件内部高低压模块布局设计的EMC 分析。

②零部件重点信号的布线分析。

③零部件高低压输入/输出线束及端口处理的EMC 分析。

④零部件封装的屏蔽设计分析。

⑤零部件负载特性分析。

⑥零部件接地设计。

根据零部件的工作原理和组成不同，燃料电池电动汽车EMC 管控零部件分类见表2-2。

表2-2 燃料电池电动汽车EMC 管控零部件分类

电气/电子部件EMC 试验和整车EMC 试验不能互相代替，他们之间的确切关系与零部件在整车上的安装位置、线束长度、线束走向、接地以及天线系统都有关。但是，零部件级EMC 试验可以使电气/电子部件在整车装配之前得到评估。低压类部件和高压系统中的低压控制部分依据表2-3 进行试验，高压系统中的高压部分依据表2-4 进行试验。

表2-3 低压（LV）系统EMC 测试项目选择表

注1：“√”表示需要测试。

注2：当电气设备出现以下三种状态的任何一种时，实施磁场抗干扰试验。

1） 电气设备含有磁敏感元件的电子模块（如霍尔效应传感器、磁阻抗传感器、射频放大器等）；

2） 电气设备布置在乘客舱/行李箱且车辆配备无钥匙系统；

3） 电气设备布置靠近外部强磁场源（如交流发电机、电机等）。

注3：由于本身工作时会产生电磁发射的零部件，仍需进行CE01 和RE01 试验。

注4：对所有测试，在过渡频率点按严格的要求执行。表2-4 高压（HV）系统EMC 测试项目选择表

注1：“√”表示需要测试。

注2：对所有测试，在过渡频率点按严格的要求执行。

注3：当直流充电线线缆长度小于30 米时，无需进行直流充电时CE04、CI03、CI04 试验。注4：当车辆只在私人充电桩充电且没有与其他人共用时，无需进行直流充电时CE04、CI03、CI04 试验。2、整车电气可靠性设计要求

燃料电池电动汽车整车电气安全可分为高压电气安全、车载储能系统安全以及绝缘检测，具体要求如下：

（1）高压电气安全一般要求

根据GB/T 18384-2020《电动汽车安全要求》规定，依据电路的最大工作电压U，将电气元件或电路划分等级，如表2-5 所示。

表2-5 电路的电压级别

①：此处为均方根值

在接近B 级电压源的附近应有标识，B 级电压电缆线皮应统一由橙色和/或橙色套管构成。

汽车不应含有暴露的导线、接线端、连接单元或者任何直接暴露给人员的B 级电压部件。动力系统的带电部件应通过绝缘或使用盖、防护栏、金属网板等来防止直接接触。这些防护装置应牢固可靠，并耐机械冲击。在不使用工具或无意识的情况下，它们不能被打开、分离或移开。

B 级电压动力电路系统应满足：

①所有的电气设计、安装应避免绝缘失效。

②应通过绝缘的方法来防止间接接触，并且使车载的外露可导电部件电连接在一起，达到电位均衡。如果防护是绝缘提供，那么电系统的带电部件应有足够的电气间隙和爬电距离且有绝缘层隔离。

这种绝缘层只能通过破坏才能够移开。绝缘材料应满足相应标准要求，并应有足够的耐电压能力，防止发生绝缘击穿或电弧现象。

燃料电池系统部件的导体外壳应同电平台连接，以确保在氢气泄漏时，不会因静电而引燃氢气。

（2）车载储能系统安全

对于包括车载储能系统的燃料电池电动汽车，为了防止爆炸、起火或有毒物质的危害，当车载储能系统在正常的环境和操作条件下可能排出有害气体或其他有害物质时，应满足以下要求。

①在正常的环境和操作条件下，应有适当的措施，使驾驶舱、乘员舱以及各载货空间的有害气体或其他有害物质不会达到潜在的危险浓度。

②有害气体和其他有害物质允许的最大聚集量应符合国家相关标准的要求。

③应采取适当的措施应对单点失效。

应采取适宜的措施防止任何由单点失效情况造成可能危害人员的危险产生，比如，基于电流、电压或温度的监控器。如果车载储能系统自身没有防短路功能，则应有一个车载储能系统过电流断开装置能在车辆制造厂商规定的条件下断开车载储能系统电路，以防止对人员、车辆和环境造成危害。

（3）绝缘安全

燃料电池电动汽车的每个电路和电平台及其他电路之间应保持绝缘，绝缘电阻的要求应符合GB/T18384-2020 中的规定。

测量车载储能系统绝缘电阻时，应带有外壳里的所有辅助部件，例如监测或者温度调节装置，如果有冷却液，也应包括在内。对于没有嵌入在一个完整电路里的车载储能系统，如果在整个寿命期内没有交流电路，或者交流电路有附加防护，其绝缘电阻除以它的最大工作电压，应不小于100Ω/V；如果包括交流电路且没有附加防护，则此值应不小于500Ω/V。如果车载储能系统集成在一个完整的电路里，可能需要一个更高的阻值。

燃料电池系统测量绝缘电阻时，冷却系统中的冷却泵应处于运转状态，燃料电池系统处于热机状态，并按照GB/T 24549-2020 规定的方法测量燃料电池堆正极和负极分别对地的绝缘电阻，绝缘电阻值需满足GB/T 24549-2020 的规定。

三、碰撞安全设计

由于氢电安全问题的存在，燃料电池电动汽车的碰撞安全设计与传统汽车及纯电动汽车不同。以燃料电池乘用车为例，由于燃料电池电动汽车前舱结构的变化对乘员的生存空间和车身的吸能特性产生影响，所以应重新设计和考虑车内乘员的保护效果。由于车辆底部和后部可能会布置电池和储氢瓶，如图2-1 所示，因此针对侧碰、侧柱碰、后碰工况应有相对应的保护设计。

图2-1 燃料电池乘用车的结构布置图示例

1、碰撞安全设计的一般要求

碰撞传感器检测到整车发生碰撞超过一定强度时，应能够自动切断电源和氢气供应，以确保碰撞后车载供氢系统、电气系统及燃料电池系统的完整性等。具体要求如下：

（1）车载供氢系统完整性

①高压储氢瓶的固定装置不应出现断裂、脱落或导致高压储氢系统安全功能失效的移位或变形。

②高压管路系统不应破损、断裂，瓶口阀不应损坏失效。

③在发生碰撞后的60min 之内，车载供氢系统的平均氢气泄漏率不得超过118 NLPM（Normal Liter Per Minute）；封闭空间内的氢气体积浓度不应超过4%。

（2）电气系统完整性

根据GB 11551-2014《汽车正面碰撞的乘员保护》（对于M1 类汽车和最大设计总质量不大于2500kg的N1 类汽车）和GB 20071-2006《汽车侧面碰撞的乘员保护》（对于M1 类汽车）适用范围的规定。

对带有B 级电压电路的燃料电池电动汽车进行碰撞试验后，高压安全应符合GB/T 31498-2015《电动汽车碰撞后安全要求》中4.2~4.4 节相关要求，包括：电压要求、电能要求、物理防护要求和绝缘电阻要求，具体要求如下：

1）按照GB/T 31498-2015 中A.1 规定的测试方法，高压母线的电压Ub、U1、U2 应不大于30V 交流或60V 直流。

2）高压母线上的总电能ET 应小于0.2J。ET 可通过以下两种方式之一得到：一种是在碰撞测试之后，确定高压母线的电压Ub、U1、U2，电压测量应在碰撞之后的5s-60s 之间进行，取最小电压值，进而得到总电能ET。另一种是通过高压母线的电压U、和制造商规定的X-电容器的电容来计算总能量ET。储存在Y-电容器里的能量（TEy1，TEy2）也应少于0.2J，应通过高压母线和电平台的电压U1 和U2以及制造商所规定的Y-电容器的电容（Cy1，Cy2）来计算该值。

3）为了防止直接接触高压带电部位，碰撞后车辆应有IPXXB 级别的保护。另外，为了防止间接接触的触电伤害，用大于0.2A 的电流进行测量，所有外露的可导电部件与电平台之间的电阻应低于0.1Ω。当电连接采用焊接方式时，应符合此要求。

4）动力系统由单独的直流和交流母线组成时，如果交流高压母线和直流高压母线是互相传导绝缘的，那么高压母线与电平台之间的绝缘电阻对于直流母线来说，最小值应为100Ω/V；同时对于交流母线来说，最小值应为500Ω/V。

5）动力系统由连接的直流和交流母线组成时，如果交流高压母线和直流高压母线是互相传导连接的，高压母线与电平台之间绝缘电阻的最小值应为500Ω/V。如果在碰撞之后，所有交流高压母线的保护级别达到IPXXB；或交流电压等于或小于30V，则高压母线与电平台之间绝缘电阻的最小值应为100Ω/V 工作电压。

（3）燃料电池系统完整性

燃料电池系统的外壳应无机械损伤，燃料电池堆模块及氢气相关部件不应发生损坏或者出现氢气泄漏。

2、碰撞防护设计

（1）侧面碰撞防护设计要求

侧面防护结构可参考GB 20071-2006《汽车侧面碰撞的乘员保护》等标准进行碰撞试验，车辆在碰撞试验后应符合GB/T 31498-2015 中4.2~4.4 节的要求。

图2-2 燃料电池乘用车侧撞设计案例

以燃料电池乘用车为例，其在设计中，B 柱应采用加强结构设计，保证变形形态合理，最大塑性应变应不会导致断裂风险，如图2-2 所示。

（2）侧翻防护设计要求

车身防护结构若按GB 17578-2013《客车上部结构强度要求及试验方法》进行上部结构强度验证试验，则应在其可充电储能系统电荷量（SOC）30%～50%且处于上电状态下进行试验，试验后应符合GB/T 31498-2015 中4.2~4.4 节的要求。侧翻防护总体要求包括以下几点：

1）车辆的上部结构应具有足够的强度，以确保在整车侧翻试验过程中和侧翻后生存空间没有受到侵入。

2）测试时，生存空间之外的车辆其他部件（如立柱、拉手、行李架、灭火器等，不包括生存空间内的结构部件）在测试过程中不得侵入生存空间，也不应发生结构件完全断开的现象。

3）生存空间内的部件（如座椅、垂直把手、隔间、小厨房和卫生间等）不应有导致乘员伤害的可能，并且不应突出至变形结构的轮廓外。变形结构的轮廓线应在每个相邻的窗和/或门立柱间按顺序进行确定。两个变形的立柱之间的轮廓线，理论上应是一个连续的平面，由立柱内部各轮廓点连接的直线确定，这些点在侧翻试验前距地板平面处于同一高度。

（3）后碰撞防护设计要求

后高压舱B 级电压部件的布置位置和防护结构应考虑被追尾后，符合GB/T 31498-2015 中4.2~4.4节的要求，对燃料电池乘用车，后碰撞测试方法可参考GB/T 20072-2006《乘用车后碰撞燃料系统安全要求》。

仍以燃料电池乘用车为例，如果其储氢瓶布置于后排座位后侧，应在车身上考虑设计横梁和纵梁的加强结构，确保后面碰撞时，整车储氢系统及其管路的塑性变形在失效应变值之内（如图2-3）。

图2-3 燃料电池乘用车后碰撞设计案例

（4）底部碰撞防护设计要求

底部碰撞防护设计要考虑两方面，一是离地间隙；二是防护结构。防护设计应能满足发生底部碰撞后符合GB/T 31498-2015 中4.2~4.4 节的要求。

（5）前碰撞防护设计要求

前高压舱B 级电压部件的布置位置和防护结构应考虑正面碰撞工况，符合GB/T 31498-2015 中4.2~4.4 节的要求，对燃料电池乘用车，正面碰撞测试方法可参考GB 11551-2014《汽车正面碰撞的乘员保护》。

以燃料电池乘用车为例，散热器前端框架结构应考虑加强设计，可通过提高板料厚度，改变开口尺寸大小以及选合适位置设计加强支架，当车辆发生正面碰撞时，前端框架应吸收能量的同时保护燃料电池系统（如图2-4）。

图2-4 燃料电池乘用车前碰撞设计案例

一般地，燃料电池氢气子系统各组件布置于燃料电池系统与车身前挡板总成之间，设计时应考虑供应回氢总成、电磁阀和管路等组件与车身前挡板总成间隙不小于35mm，当车辆发生正面碰撞时，满足氢气子系统各组件有足够的安全逃逸空间，案例如图2-5 所示。

图2-5 燃料电池乘用车前舱布置案例

图2-6 燃料电池电动汽车氢气管路应力仿真示例

氢气子系统管路应考虑软管与硬管结合的设计方式，且管路设计转弯位置和转弯角度时，应充分考虑碰撞受力的方向和大小，尽量避免出现氢气管路弯折或折断从而导致氢气泄漏的情况发生。如图2-6 所示，设计电堆供氢管路和回氢管路转弯位置和角度后，应进行正面碰撞仿真分析，所承受应力在管路材料允许范围内，并保证该段管路不会发生氢气泄漏的风险。

如果燃料电池发动机X 轴前端设计有高压接插器和高压线束等，应考虑进行保护罩、防护支架等设计，避免碰撞时前端框架结构将高压部件切断引起高压失火的危险情况发生。如图2-7 所示，升压DC/DC 变换器与驱动电机、空压机和水泵连接的高压接插器设计在X 轴前端，应设计防撞保护罩，在整车发生正面碰撞时，能够避免前端框架横梁剪切高压接插器，最大塑性应变控制在保证无断裂失效风险范围之内。

图2-7 燃料电池乘用车高压防护罩及防护支架设计示例

四、整车氢气排放和泄漏安全设计

1、整车氢气排放要求

按照GB/T 37154-2018《燃料电池电动汽车整车氢气排放测试方法》中“怠速热机状态氢气排放”章节规定的试验方法进行测试，在进行正常操作（包括启动和停机）时，任意连续3s 内的平均氢气体积浓度不超过4%，且瞬时氢气体积浓度不超过8%。

整车氢气排放的一般要求包括：

1）不应排到乘客舱和行李舱。

2）不应排向车轮所在空间。

3）不应排向露出的电器端子、电器开关件及其他点火源。

4）不应排向其他氢气容器。

5）不应排向车辆正前方。

2、整车氢气排放设计

1）排气系统管路连接的硬管材质应采用具备氢脆抑制性能的材料，宜采用316L 不锈钢；软管的工作温度范围-50 ℃～150 ℃；所有金属管件焊缝处应作打磨、防锈、钝化处理；焊接后做密封性检查，无泄漏，无渗漏。

2）尾排系统管路中应设置气液分离装置，同时建议将分离出来的氢气通过专用通道在车辆高位处排出（7m 以下车辆可以除外）。为避免尾排管氢气聚集，同时减少尾气排放阻力，宜设计冷凝水排水管路，排水口设置在管路中最低点。排气管排气口均应从车身后侧伸出车外，管口朝向车辆后方。

3）在温度驱动安全泄压装置（Thermally-Activated Pressure Relief Device，TPRD）和安全泄压装置（Pressure Relief Device，PRD）释放管路的出口处应采取必要的保护措施（例如：加盖管帽），防止在使用过程中被异物堵塞，影响气体释放。与PRD 相连的管路、通道和出口的制造材料应使用熔点高于538℃(1000°F)的金属材料。

4）氢气子系统应考虑设计泄压安全阀，如果发生氢气压力超过安全限值的情况，则泄压安全阀紧急排氢完成泄压，避免因压力过高损坏燃料电池堆和发生氢泄漏；氢系统压力异常升高时，氢系统能够通过压力泄放装置及时泄压；车辆进行维修维护时，能够通过手动泄压阀将氢管路中的氢气进行泄放。

3、整车氢气泄漏要求

（1）车内要求

储氢系统泄漏或渗透的氢气，不应直接排到乘客舱、行李舱/货箱，或者车辆中任何有潜在火源风险的封闭空间或半封闭空间。封闭空间或半封闭空间是指车辆内有可能暴露于压缩氢气储存系统的空间和可能积聚氢气（从而产生危险）的环境空间、区域（若有），如乘客舱、行李舱、货舱或前舱盖下面的空间。

（2）车外要求

对于M1 类车辆，在密闭空间内进行氢泄漏试验，应满足任意时刻测得的氢气体积浓度不超过1%。

车辆应尽可能保证在碰撞后氢系统的完整性。在发生碰撞后的60min 内，氢系统的平均氢气泄漏率不得超过118NL/min；碰撞后的氢气泄漏不得使乘客舱、行李舱或是货箱内的氢气体积浓度超过4%。

4、整车氢气泄漏报警装置要求

1）在安装氢系统的封闭或半封闭空间上方的适当位置，至少安装一个氢气泄漏探测传感器。它能实时检测氢气的泄漏情况，并将信号传递给氢气泄漏报警装置。车内安装的氢气泄漏探测传感器精度应高于1.0%。

2）在驾驶员容易识别的部位安装氢气泄漏报警提醒装置。当检测系统检测到氢气泄漏时，应在1.0%～3.0%区间中的某个值时设置某警报级别；且在2.0%～4.0%中的某个值处设置另一警报级别报警。一般处理机制是，在车辆运行过程中或启动过程中，当车内封闭空间或半封闭空间内出现氢气体积浓度达到1.0%～3.0%内某个值的泄漏情况时，警报应保持亮起；当达到2.0%～4.0%内某个值泄漏报警发生后，应切断氢气供应；当泄漏浓度下降到低于报警值时，只有在下次燃料电池系统启动时才能复位报警状态，取消报警。

3）当氢气泄漏探测传感器发生短路、断路等故障发生时，应能对驾驶员发出故障警告信号。

五、整车故障防护设计

参考中国台湾地区的相关标准，燃料电池车辆动力系统的开启至少执行两项有意识且有区别的动作，且在车辆进入可行驶状态后，应当以持续或短暂的方式提醒驾驶者。车辆动力系统的关闭只用一个动作完成，且自动或手动关闭动力系统后，只能通过上述的启动动作进行重新启动。ISO 6469-2：2018

规定，可由主开关控制动力系统的启动和停止，且如果通过主开关功能停用了燃料电池电动汽车，那么燃料电池系统应可保持激活状态，以执行系统所需的某些功能。另外ISO 6469-2：2018 还规定了车辆的充电、行驶、倒车、停车、RESS 低SOC 状态等过程的驾乘安全要求。不同状态的具体要求如下：

1）充电及加氢过程：当车辆电源电路物理连接至电源插座或车辆接插器时，或车辆加氢口连接加氢枪时，应禁止其自身动力系统引起的车辆移动。如果车辆设计成使得物理连接的插头明显阻碍了用于驱动的车辆控制器的操作，则认为满足了该要求。

2）行驶过程：在行驶时，如果电驱动系统配备有自动降低车辆驱动力的装置，那么在驱动力明显降低时，应提示驾驶者。

3）倒车过程：如果通过反转电动机的旋转方向实现车辆的向后行驶，则为防止在车辆行驶时无意识地切换为反向或在正向和反向之间切换，要求在切换行驶方向时，使驾驶员采用两种单独的操作或只要求驾驶员进行一种操作，但设置安全装置使车辆静止或缓慢行驶时切换行驶方向。

4）停车过程：停车时，车辆动力系统未关闭时应提示驾驶者；当动力系统关闭后，车辆不会意外移动。

5）RESS 低SOC 状态：如果RESS 的低SOC 对车辆行驶性能有影响，则应向驾驶员指示RESS的低能量含量（例如，视觉或听觉信号）。在车辆制造商指定的低电量状态的第一个指示处，车辆应满足以下要求：

①车辆应能够使用其自身的驱动系统将其驶出交通区域。

②当辅助电气系统没有独立的能量存储装置时，照明系统仍应具有最小的能量储备。

6）车辆运转意外状态：当燃料电池系统、氢系统或高压电系统出现意外故障时，整车应按照故障等级和故障类型做出相应处理，如发送关机指令、限制输出功率等。

7）失效状态：燃料电池电动汽车氢系统及组件应考虑到失效安全设计，当失效时，电力驱动及燃料系统应关闭及停止能源供给。

六、整车涉水安全、起火驾乘人员安全设计

1、涉水安全设计

为了保证车辆在涉水、清洗、雨水浸泡等环境条件下的电气安全，需要对车辆进行模拟涉水试验、模拟清洗试验和模拟浸水试验，并在试验后进行绝缘电阻检测以考核车辆是否存在高压漏电风险。

乘用车的涉水要求应符合GB/T 18384-2020 的相应要求，其中涉水深度不应低于100mm。

商用车的涉水及浸水要求应符合GB 38032-2020《电动客车安全要求》的相应要求，其中涉水深度不应低于300mm，浸水深度不应低于500mm，并且安装在客舱地板以下且距地面500 mm 以下的B 级电压电气设备和与B 级电压部件相连的接插器（充电口除外）或安装在车顶且无防护装置的B 级电压

电气设备（受电装置除外），其防护等级应不低于IP67。

所有高压部件在装配完好的情况下，行李舱内外及乘员舱外无防护装置或距离500mm 以下的高压部件防水等级应至少达到IPX7，其他情况防水等级应至少达到IPX5，乘员舱内的高压部件应至少达到IPX4 等级要求。

2、防火安全设计

（1）火情预警

可充电储能系统应具备火灾检测自动报警功能，应在驾驶区给驾驶员提供声或光报警信号，且报警后5min 内电池箱外都不能起火爆炸。

发生起火时，车载氢系统应能从储氢瓶处自动切断氢气供应。

燃料电池电动汽车应能检测燃料电池发动机和车载供氢系统的工作状态并在发现异常情况时报警，且报警后自动关闭储氢瓶处的供氢阀门。

（2）防火隔离

在可充电储能系统和车载氢系统与客舱之间应使用阻燃隔热材料隔离，阻燃隔热材料的燃烧性能应符合GB 8624-2012《建筑材料及制品燃料性能分级》中规定的A 级要求，并且按GB/T 10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》进行试验，在300℃时导热系数应小于等于0.04W/(m·K)。

（3）阻燃设计

乘用车的材料阻燃特性应符合GB/T 18384-2020 的要求，客车的材料阻燃特性应符合GB 38032 中材料阻燃的相关要求。燃料电池系统的非金属零部件（燃料电池堆模块外壳之类的除外）的材质应满足水平燃烧HB 级和垂直燃烧V-0 级的要求。

（4）灭火装置

对于燃料电池城市公交一类的车辆，可充电储能装置舱体内应配置具有高温预警及自动灭火功能的电池箱专用自动灭火装置。

（5）应急出口

车辆应有起火应急出口，且应符合GB 7258-2017《机动车运行安全技术条件》的相应要求。

七、安全标识

1、安全标识的总体要求

燃料电池电动汽车安全标志的颜色、色度、使用方式及图形符号应分别按照GB 2893-2008《安全色》、GB 2894-2016《安全标志及其使用导则》和GB/T 5465.2-2008《电气设备用图形符号第2 部分：图形符号》的规定。指令标志、警告标志、安全提示标志、消防设施标志的安全色至少占安全标志总面积的50%。安全标志应与附加标志组合使用，也可采用多重标志，要求见GB 30678-2014。安全色定义见表2-6。

表2-6 安全色含义

2、整车安全标识

燃料电池电动汽车常见整车安全标识见表2-7。

表2-7 燃料电池电动汽车常见整车安全标识

3、高压警告标识

对于B 级电压部件，如RESS 和燃料电池堆等，需具有高压警告标识，如图2-8 所示。符号的底色为黄色，边框和箭头为黑色。

当移开遮栏或外壳可以露出B 级电压带电部分时，遮栏和外壳上也应有同样的符号清晰可见。当评估是否需要此符号时，应当考虑遮栏/外壳可进入和可移开的情况；标记附近建议有明显可见的安全操作注意项目的提醒，如“电机控制器开盖要等xx 分钟后，测量母线电压值为安全电压后方可操作”。

图2-8 高压警示标识

4、B 级电压电线标记

燃料电池电动汽车B 级电压电路中电缆和线束的外皮应用橙色加以区别，外壳里面或遮栏后面的建议也用橙色加以区别。B 级电压接插器可通过与之连接的线束来区分。电线电缆标记应按照GB/T6995.1-2008《电线电缆识别标志方法第1 部分：一般规定》五个部分标准的规定进行标识，B 级电压电线标记应按照GB/T 6995.3-2008《电线电缆识别标志方法第3 部分：电线电缆识别标志》标准的规定进行标识。

5、燃料类型标识

燃料电池车辆易见位置张贴表示氢燃料类型的图形标识， 压缩氢气的标识代号为CHG（Compressed Hydrogen Gas）、液态氢的标识代号为LH2，图形标识见下图2-9，标识尺寸及字体按GB/T17676-1999 的规定。标志应清晰、醒目、防水、防腐，标志应贴在车辆醒目位置。对于燃料电池汽车燃料和汽车类型的具体标识，可以参考SAE J2579：2018 Standard for Fuel Systems in Fuel Cell and Other Hydrogen Vehicles、SAE J2578：2014 Recommended Practice for General Fuel Cell Vehicle Safet 和SAE-J2990-1：2016 Gaseous Hydrogen and Fuel Cell Vehicle First and Second Responder Recommended Practice，这三个SAE 标准对各类标识进行了详细规定。我国的GB/T 24549-2020《燃料电池电动汽车安全要求》、GB/T 26779-2011《燃料电池电动汽车加氢口》和氢燃料电池汽车安全指南（2019 版）也有部分规定。

图2-9 燃料类型标识6、加氢口图形标识

燃料电池电动汽车加氢舱门位置应张贴加氢口标识，标识清晰易理解，便于加氢站操作人员确定加氢口位置，如图2-10。

图2-10 加氢口标识