燃料電池電動(dòng)重卡維修安全分析及應(yīng)對(duì)策略

魏佳佳，郭浩浩

燃料電池電動(dòng)重卡維修安全分析及應(yīng)對(duì)策略

魏佳佳，郭浩浩

（陜西重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710200）

論文基于安全第一的理念，針對(duì)燃料電池電動(dòng)重卡維修過(guò)程中存在的三種比較嚴(yán)重的潛在危害進(jìn)行詳細(xì)分析，再?gòu)陌踩雷o(hù)、維修人員、作業(yè)方法、維修環(huán)境和安全管理制度五個(gè)維度展開(kāi)討論，最后結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際提出應(yīng)對(duì)措施與建議，以期對(duì)燃料電池電動(dòng)重卡的安全維修工作提供一定的幫助。

燃料電池電動(dòng)重卡；潛在危害；維修安全；應(yīng)對(duì)策略

2021年10月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》，響應(yīng)國(guó)家政策，各汽車(chē)制造企業(yè)開(kāi)始大力發(fā)展新能源燃料電池。然而由于燃料電池電動(dòng)重卡兼具高壓動(dòng)力電池系統(tǒng)和易燃易爆的供氫系統(tǒng)，在維修過(guò)程中將同時(shí)面臨高壓觸電危險(xiǎn)和氫氣泄漏燃爆危險(xiǎn)，稍有不慎，則可能引發(fā)安全事故，因此，在涉及高壓和供氫系統(tǒng)的故障維修過(guò)程中，如何保證生命和財(cái)產(chǎn)安全，是各主機(jī)廠必須重視的問(wèn)題。

1 燃料電池電動(dòng)重卡維修過(guò)程中的潛在危害

1.1 氫氣泄漏、燃燒和爆炸

燃料電池電動(dòng)重卡的主要?jiǎng)恿υ匆话愣紒?lái)自車(chē)載氫氣和大氣中的氧氣通過(guò)化學(xué)作用直接轉(zhuǎn)化的電能，其中氫氣的燃燒和爆炸極限范圍極寬，分別為4%～75%（體積）和4.0%～75.6%（體積濃度）[1]，與空氣混合極易形成爆炸性混合物；氫氣的密度極低，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下僅為0.09 kg/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于空氣1.29 kg/m3的密度，極易匯聚在封閉或半封閉空間上方。若車(chē)載氫氣發(fā)生泄漏，則極易匯聚在車(chē)輛半封閉空間如駕駛室下方或儲(chǔ)氫瓶框架上方，若遇熱、明火或靜電極易發(fā)生爆炸。

1.2 電擊傷害

目前主流的燃料電池電動(dòng)重卡一般都采用燃料電池與輔助動(dòng)力電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的形式，整車(chē)高壓電器系統(tǒng)電壓高達(dá)直流（Direct Current, DC）600 V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了行業(yè)規(guī)定人體所能承受的安全電壓DC36 V，且一旦觸電，產(chǎn)生的電流極易導(dǎo)致人員呼吸麻痹和心臟停止[2]，因此，在維修車(chē)輛的過(guò)程中若操作不當(dāng)，極易發(fā)生觸電事故，造成人員傷亡。

1.3 高溫和化學(xué)傷害

燃料電池電動(dòng)重卡的冷卻系統(tǒng)所用的冷卻液一般有兩種，分別是防凍液和對(duì)乙二醇的去離子水。在車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中，冷卻液的溫度會(huì)高達(dá) 80℃，操作不慎會(huì)對(duì)人體造成高溫燙傷。兩種冷卻液都兌了乙二醇，若不慎誤食會(huì)導(dǎo)致中毒。

2 燃料電池電動(dòng)重卡維修安全的應(yīng)對(duì)措施與建議

在實(shí)際維修車(chē)輛的過(guò)程中，影響安全事故發(fā)生的因素一般都是綜合性的，如：安全防護(hù)、維修人員、作業(yè)方法、維修環(huán)境和安全管理制度等，本文主要基于這5個(gè)方面展開(kāi)論述并提出應(yīng)對(duì)措施。

2.1 安全防護(hù)裝備和絕緣工具的選用

車(chē)輛維修過(guò)程中涉及高壓電纜或高壓部件時(shí)，觸電傷害是安全事故發(fā)生的主要表現(xiàn)形式，選擇正確的個(gè)人安全防護(hù)裝備能在一定程度上有效降低作業(yè)人員觸電傷害程度，建議維修作業(yè)按照表1進(jìn)行選用個(gè)人防護(hù)與絕緣工具。

表1 高壓維修作業(yè)個(gè)人防護(hù)與工具選用表

作業(yè)內(nèi)容絕緣手套絕緣鞋絕緣帽絕緣工具絕緣表 拆裝高壓電器件√ √√ 拆裝高壓電纜 √ √√ 拆裝BMS上的MSD√ √ 拆裝動(dòng)力電池MSD√√√√√ 拆裝正常的動(dòng)力電池包 √√ √ 拆裝受損的動(dòng)力電池包√√√√√ 整車(chē)充放電操作√√ 維修后整車(chē)上高壓電 √√

注：BMS：電池管理系統(tǒng)（Battery Management System）；MSD：手動(dòng)維護(hù)開(kāi)關(guān)（Manual Service Disconnect）。

靜電是導(dǎo)致氫氣和空氣混合物發(fā)生燃爆的一個(gè)因素，在供氫系統(tǒng)維修過(guò)程中，若存在氫氣泄漏隱患或氫氣已經(jīng)泄露但必須維修時(shí)，相關(guān)工作人員應(yīng)穿戴符合GB 12014規(guī)定的阻燃和防靜電服以及GB 21146規(guī)定的防靜電鞋，使用防靜電工具，并觸摸靜電釋放器以消除身體靜電。

2.2 維修人員的要求及建議

車(chē)輛維修人員的主觀不安全行為一定程度上是導(dǎo)致安全事故發(fā)生的主要因素之一，也是主導(dǎo)因素，如：人員配備不規(guī)范、維修人員不具備維修資質(zhì)、安全意識(shí)薄弱、不按規(guī)范要求操作等，因此，對(duì)車(chē)輛維修相關(guān)人員的要求如下：

1）涉及高壓電纜或高壓部件的維修作業(yè)，建議雙人作業(yè)，即配備維修技師和安全監(jiān)護(hù)各1名。維修技師需經(jīng)過(guò)新能源汽車(chē)維修安全操作、維修安全風(fēng)險(xiǎn)因素辨識(shí)等培訓(xùn)，并具備新能源汽車(chē)維修資質(zhì)。安全監(jiān)護(hù)人員除具備維修技師的要求外還必須持有國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局認(rèn)可的《特種作業(yè)操作證（電工）》，且在有效期內(nèi)。

2）涉及供氫系統(tǒng)管路維修作業(yè)，建議雙人作業(yè)，維修技師和特種作業(yè)人員各1名。維修技師應(yīng)無(wú)色盲，經(jīng)過(guò)崗位培訓(xùn)能處理如氫氣泄漏和火災(zāi)等事故發(fā)生時(shí)的人員疏散、意外傷害的預(yù)防和緊急救護(hù)等緊急情況，并考試合格后持證上崗。特種作業(yè)人員除具備維修技師的要求外還應(yīng)經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，持有有效期內(nèi)的特種作業(yè)資格證方可上崗[3]。

3）維修相關(guān)人員應(yīng)具有較強(qiáng)的安全意識(shí)，應(yīng)持續(xù)性開(kāi)展管理和維修人員安全意識(shí)提升工作，如：定期開(kāi)展安全知識(shí)培訓(xùn)、安全規(guī)章制度培訓(xùn)、安全技能培訓(xùn)和安全事故案例警示教育培訓(xùn)等。

2.3 維修安全作業(yè)方法要求

在車(chē)輛的整個(gè)維修周期中，維修作業(yè)比重最大，也是安全事故發(fā)生數(shù)量最多、事故等級(jí)最嚴(yán)重的環(huán)節(jié)，維修過(guò)程中是否按照安全、規(guī)范的作業(yè)方法進(jìn)行，將直接影響安全事故是否發(fā)生。

2.3.1涉及高壓部件和高壓電纜的維修安全作業(yè)

1）維修前車(chē)輛必須關(guān)閉燃料電池，下高壓電和低壓電，與充電樁斷開(kāi)連接，拆除MSD，并等待至少5 min，以防止有余電。

2）維修前必須按規(guī)定穿戴好個(gè)人安全防護(hù)裝備，并確認(rèn)絕緣鞋和絕緣帽不得有破損、開(kāi)裂現(xiàn)象，絕緣手套不得有針眼、沙孔，以防手通過(guò)汗水、油液等與高壓部件之間形成短路。且嚴(yán)禁佩戴手表、戒指等金屬飾品。

3）維修過(guò)程應(yīng)使用推薦的工具、工裝。否則違規(guī)操作將導(dǎo)致電擊傷亡事故的發(fā)生。

4）燃料電池系統(tǒng)即使在停機(jī)之后，燃料電池電堆內(nèi)部的剩余反應(yīng)物（H2和O2）也仍在反應(yīng)并輸出高壓電，且會(huì)存在一定時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)（至少5 min），燃料電池系統(tǒng)存在觸電的風(fēng)險(xiǎn)，不允許進(jìn)行維修或其他相關(guān)操作。在維修燃料電池系統(tǒng)及其相關(guān)附件之前，燃料電池系統(tǒng)輸出的電壓必須低于直流36 V。因?yàn)榇嬖谝恍┎淮_定的情況，所以，在任何的維修操作之前必須確認(rèn)燃料電池系統(tǒng)輸出的電源電壓是否在安全電壓之下。

5）若動(dòng)力電池受損需要拆除時(shí)，建議按圖1所示流程進(jìn)行。

圖1 受損動(dòng)力電池拆解流程

若在車(chē)輛周?chē)劦接袡C(jī)溶劑、汽油、輕油的味道，或內(nèi)部元件如電極、銅排、導(dǎo)線外露于動(dòng)力蓄電池組箱體外，或尖銳物體刺入動(dòng)力蓄電池組箱體內(nèi)，或動(dòng)力蓄電池組箱翹曲、擠壓變形明顯，或動(dòng)力電池存在漏電情況，則建議按受損嚴(yán)重處理。

步驟1：車(chē)輛斷電，摘除MSD，斷開(kāi)低壓蓄電池連接線，等待至少5 min后測(cè)量受損動(dòng)力電池是否漏電，若不漏電，則按正常動(dòng)力電池進(jìn)行拆除。

步驟2：拆除工作必須在步驟1的基礎(chǔ)上，拆除人員全程穿戴好所有防護(hù)裝備并佩戴防護(hù)面罩，使用絕緣工具，并在現(xiàn)場(chǎng)配置全消防設(shè)施，配備急救人員和設(shè)備。

6）維修工作完成后，必須檢查確認(rèn)所有高壓部件和高壓電纜連接正確、完整后方能裝配MSD。

2.3.2涉及供氫系統(tǒng)的維修安全作業(yè)

供氫系統(tǒng)維修過(guò)程中可能發(fā)生的安全事故主要表現(xiàn)為氫氣泄漏燃燒或與空氣混合后爆炸，因此，在維修過(guò)程中應(yīng)著重關(guān)注氫氣泄漏情況。

1）若車(chē)載氫系統(tǒng)存在故障但不是氫氣泄漏，或氫氣泄漏可通過(guò)主關(guān)斷閥能切斷泄漏點(diǎn)前氣源的，車(chē)輛應(yīng)按規(guī)定駛?cè)刖S修場(chǎng)所進(jìn)行維修。

2）若車(chē)載氫系統(tǒng)存在氫氣泄漏且不能通過(guò)主關(guān)斷閥切斷泄漏點(diǎn)前氣源的，若車(chē)輛當(dāng)前所在位置滿足專(zhuān)用檢修區(qū)要求的，應(yīng)立即臨時(shí)設(shè)置為隔離區(qū)并臨時(shí)配置消防設(shè)施，同時(shí)必須盡快將氫系統(tǒng)內(nèi)的壓力排至不大于0.05 MPa，才能進(jìn)入維修場(chǎng)所。

3）燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在非運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，供氫管路中仍留存有高壓氫氣。拆裝管路或接頭前，需確保氫氣壓力已降低至安全范圍。即使燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)從整車(chē)中拆下發(fā)動(dòng)機(jī)的供氫管路也可能留存氫氣，所以在拆卸燃料電池之前需要先釋放壓力至安全范圍。

4）嚴(yán)禁敲擊或碰撞瓶體、管路及各種閥體、附件，維修過(guò)程若涉及供氫系統(tǒng)的管路接頭、閥門(mén)和壓力表的拆裝和維修等作業(yè)時(shí)，維修人員應(yīng)先斷開(kāi)低壓供電回路，關(guān)閉主關(guān)斷閥與氣瓶閥門(mén)，待氫氣排空后方可拆卸故障部位，禁止隨意敲擊、扭曲、挪動(dòng)全車(chē)氫氣管路。車(chē)輛在維修好后，必須經(jīng)氫氣泄漏檢測(cè)儀檢測(cè)合格后才能再次投入使用。

5）嚴(yán)禁私自拆卸或緊固氫氣氣瓶、管路、閥類(lèi)螺栓。供氫系統(tǒng)管接頭、氫氣管路和閥等損壞只許更換，不允許維修。

6）若車(chē)載供氫系統(tǒng)進(jìn)行大修后，則必須再次做耐壓、吹掃和氣密試驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)符合要求后，車(chē)輛才能再次投入使用[4]。

2.3.3氫氣泄漏應(yīng)急處理措施

1）車(chē)載氫氣發(fā)生泄漏但未著火時(shí)，應(yīng)立即疏散周邊人員，操作車(chē)輛下電并關(guān)閉主關(guān)斷閥或氣瓶相關(guān)閥門(mén)。若泄漏發(fā)生在室內(nèi)時(shí)，宜開(kāi)啟通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)置換，以降低室內(nèi)氫氣濃度，防止氫氣積聚形成爆炸性混合物。切斷事故現(xiàn)場(chǎng)電源（防爆電器除外），停止所有無(wú)關(guān)作業(yè)，消除一切可能引發(fā)火災(zāi)和爆炸的火種。

2）車(chē)載氫氣發(fā)生泄漏并著火時(shí)，應(yīng)及時(shí)切斷泄露氣源，若不能則需要使用消防水霧以強(qiáng)制降低著火車(chē)輛溫度，同時(shí)采取如消防水霧噴射其他引燃物質(zhì)等措施，防止火災(zāi)范圍擴(kuò)大，并立即通知消防部門(mén)，迅速組織救援[4]。

3）其他安全注意事項(xiàng)：應(yīng)在泄露車(chē)輛至少 10 m范圍內(nèi)設(shè)定危險(xiǎn)區(qū)、管控區(qū)和疏散區(qū)，實(shí)施必要的出入管制。進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)前應(yīng)使用水槍噴濕地面，穿戴專(zhuān)用服裝，使用防爆搶險(xiǎn)工具，以防止摩擦、撞擊產(chǎn)生火花，作業(yè)時(shí)設(shè)備應(yīng)確保接地。出現(xiàn)人員受傷立即采取自救或互救措施將受傷人員撤離現(xiàn)場(chǎng)。

2.3.4其他特殊安全作業(yè)

1）添加、更換冷卻液需要待車(chē)輛下高壓電約10 min以后再進(jìn)行，以防高溫冷卻液噴濺對(duì)人體造成高溫燙傷。

2）更換冷卻液時(shí)需要做好必要的面部防護(hù)，以防誤食冷卻液中毒。若不慎誤食，需立即就醫(yī)。

2.4 維修環(huán)境要求

燃料電池電動(dòng)重卡不僅有高達(dá)DC600 V的高壓電器系統(tǒng)，車(chē)載供氫系統(tǒng)的氫氣屬于易燃易爆氣體，車(chē)輛維修過(guò)程中可能同時(shí)面對(duì)觸電事故和氫氣泄漏燃爆事故，安全風(fēng)險(xiǎn)非常大，因此，車(chē)輛在維修時(shí)需要停放在專(zhuān)門(mén)劃分的燃料電池電動(dòng)重卡維修區(qū)域。維修區(qū)域一般建議設(shè)置在室外通風(fēng)、遠(yuǎn)離火源和熱源的地方為最佳，若維修區(qū)域設(shè)置在室內(nèi)，則需配置防爆通風(fēng)設(shè)施和氫氣泄漏檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)并在車(chē)輛進(jìn)入前開(kāi)啟[5]。

維修區(qū)域需要懸掛維修安全作業(yè)規(guī)范、觸電事故應(yīng)急預(yù)案、氫氣泄漏事故應(yīng)急預(yù)案，并配備消防器材（干粉滅火器）。車(chē)輛維修期間，應(yīng)在車(chē)體顯著位置懸掛警告標(biāo)識(shí)，如：高壓危險(xiǎn)、小心觸電，壓縮氫氣、危險(xiǎn)，正在維修、禁止操作等，同時(shí)建議將維修區(qū)域設(shè)置為隔離區(qū)。

2.5 安全管理制度

在汽車(chē)維修領(lǐng)域，與燃油、燃?xì)夂图冸妱?dòng)車(chē)輛的維修相比，燃料電池電動(dòng)重卡的維修屬于高危型作業(yè)。有必要且必須建立健全各項(xiàng)安全管理制度，包括檢查制度、維修安全管理制度、安全操作規(guī)章、安全培訓(xùn)管理和應(yīng)急預(yù)案等。通過(guò)各項(xiàng)安全管理制度，進(jìn)行系統(tǒng)安全的管理維修和監(jiān)護(hù)作業(yè)以及安全培訓(xùn)等，營(yíng)造主動(dòng)安全文化氛圍，強(qiáng)化作業(yè)人員安全意識(shí)和主動(dòng)安全行為，及時(shí)消除安全隱患，減少安全事故[6]。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著儲(chǔ)氫技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，燃料電池電動(dòng)重卡必將迎來(lái)良好的市場(chǎng)前景，而故障維修則是廣大用戶（包括使用和維修人員）必然要面對(duì)的現(xiàn)實(shí)，廣大燃料電池電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和維修等從業(yè)人員應(yīng)持續(xù)探索以安全為前提和根本的維修作業(yè)規(guī)范，對(duì)安全維修相關(guān)的人員、方法、環(huán)境、防護(hù)和管理制度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、體系化，以實(shí)現(xiàn)維修作業(yè)零事故。

[1] 戴建新,張永輝.氫能源汽車(chē)加氫站設(shè)計(jì)中的安全分析[J].中國(guó)設(shè)備工程,2020(14):238-240.

[2] 鄭傳琴,王正衛(wèi).純電動(dòng)車(chē)輛高壓部分維修安全問(wèn)題剖析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2019(19):157-158.

[3] 全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).氫系統(tǒng)安全的基本要求:GB/T 29729—2013[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2012.

[4] 全國(guó)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).示范運(yùn)行氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)規(guī)范:GB/T 24548—2009[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

[5] 全國(guó)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)示范運(yùn)行配套設(shè)施規(guī)范:GB/T 29124—2012[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2012.

[6] 夏文.化工機(jī)械設(shè)備維護(hù)維修與安全管理分析[J].價(jià)值工程,2020,39(36):157-158.

Maintenance Safety Analysis and Countermeasures of Fuel Cell Electric Heavy Truck

WEI Jiajia, GUO Haohao

( Shaanxi Heavy Duty Automobile Company Limited, Xi'an 710200, China )

In this paper, based on the concept of safety first, in view of the fuel cell electric heavy maintenance exist in the process of three kinds of serious potential hazards for detailed analysis, and out of safety protection, maintenance personnel, method of operation and maintenance of the environment and safety management system discussed in five dimensions, finally combining the reality of enterprise production put forward the countermeasures and suggestions, and in order to provide some help for the safety maintenance of fuel cell electric heavy truck.

Fuel cell electric heavy truck;Potential hazard;Maintenance safety;Coping strategy

U472.42

A

1671-7988(2023)11-28-04

魏佳佳（1986－），男，工程師，研究方向?yàn)楣に嚰夹g(shù)，E-mail:weijiajia@sxqc.com。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.011.005