4.3.1　加氢系统

加氢系统中的关键部件为加氢口。SAE J2600：2015规范将加氢口的公称工作压力划分为5个等级，分别为11MPa、25MPa、35MPa、50MPa和70MPa，并规定了加氢口的结构形式、技术要求及测试方法。我国现行标准GB/T 26779—2011《燃料电池电动汽车加氢口》仅给出了工作压力为35MPa及以下加氢口的形式、要求、试验和检测方法，标委会正依据SAE J2600对该标准进行修订，有望将现有标准的压力等级提升至70MPa。

目前，国内外燃料电池汽车多采用高压气态储氢方式，储氢压力主要有35MPa和70MPa两个等级。在高压H₂加注过程中，由于压缩和H₂的J-T效应的双重作用，车载氢瓶内H₂容易快速升温，存在安全隐患。为实现高压H₂安全快速加注，提高加注效率，降低H₂加注成本，综合采用了分级优化加注策略、H₂预冷技术、温升控制加注设计相结合的设计方案[6]，降低进入氢瓶的H₂温度，确保H₂升温后的温度在设计要求内。根据分级加注原理，合理设计分级策略，并通过工艺流程优化及控制原理，实现对加注速率、温度及安全的合理控制。

4.3.1.1　分级优化加注策略

加氢站储氢系统通常由一定数量的储氢罐组成，如果一起同时为车辆供气加注，会造成H₂的利用率相对较低，因此采用分级优化加注可以提高H₂利用率，降低加氢站功耗。分级取气即将加氢站的储氢罐分成三组，分别成为低级瓶组、中级瓶组和高级瓶组。通过程序设计，在加注时加氢机将按从低到高的顺序依次从储氢罐中取气。在35MPa加氢机研究过程中，采用三路进气管路的设计方式，将加氢站的储氢罐分成三组，分别称为低级瓶组、中级瓶组和高级瓶组。通过程序设计，在加注时加氢机将按低级→中级→高级的顺序依次从储氢罐中取气。在70MPa加氢机的研究中沿用35MPa加氢机三路进气管路的设计方式，将加氢站的储氢罐分成三组，分别称为低级瓶组、中级瓶组和高级瓶组。SAE J2601轻型气态氢汽车的燃料协议，设计了以气瓶内平均压力速率（APRR）为切换点的气源阶梯切换判断程序，从而可按照低级→中级→高级的顺序依次从储氢罐中取气，从而提高储氢罐中H₂的利用率，达到减少加氢站储氢量、缩小加氢站面积的目的。

4.3.1.2　温升控制策略

由于高压H₂快速加注过程中J-T效应产生的热量叠加压缩热，使得不加控制的H₂加注过程的温升超过氢气瓶使用温度上限，带来安全隐患，因此需要采取额外措施来确保加注过程安全。加氢机的温升控制策略中，选用如H₂预冷及合理的加注控制策略。

H₂预冷技术：在70MPa加注中，H₂气源为常温，快速加注使温度快速增加并且气瓶温度远大于85℃，如果采用自然降温方式，则需要较长的加注时间，这样就无法满足快速加注的需求，因此采用H₂预冷方式，在H₂加注之前启动制冷，使H₂气源的温度保持在-40℃左右后进行H₂加注，这样就大大缩短了加注时间，H₂使一辆轿车加注至70MPa的时间缩短至几分钟。

温升控制加注技术：即使采取了对气源预冷的处理，并不能完全保证在大流量的工况下气瓶内的温度始终维持在安全限值以内，所以在追寻温度控制和加注速度最优化的加注中，仍需通过加注控制流量或气瓶内的压力上升速率的加注方式对气瓶温度加以控制。

基于上述考虑，为控制H₂的温升、提高加注效率和安全性，可以在加注前对H₂进行预冷降温处理并控制H₂加注的流量或压力上升速率，从而保证H₂在加注过程中的温度不超过气瓶规定的使用温度。

4.3.1.3　机-车通信策略

在70MPa氢燃料汽车的加注策略中，为了实现给轿车最快地加注最大量H₂，则需要获取车载压缩氢储氢系统的精确氢荷状态（SOC）。压缩氢存储系统在额定工作压力（15℃时）存储的氢的总质量相当于车载压缩氢气存储系统100%充满状态，同时，为了保证加氢过程的安全及在燃料电池汽车的加注过程中其瓶内温度不超过安全温度，在汽车氢燃料加注过程中时刻检测车载压缩氢气存储系统内的各压力、温度等重要参数显得尤为必要。

氢管理系统不仅需要对储氢系统进行氢安全检测及车载供氢控制，同时需要与加氢机通信，发送车载压缩氢气存储系统的压力、容量、温度及授权指令等数据，加氢机-燃料电池车之间的数据通信模块和通信协议的设计基于红外数据传输机理进行。

机-车通信系统包括车载供氢系统控制模块、红外数据发送模块、加氢枪、红外数据接收模块等。红外数据发送及接收模块均自带安全隔离、自身安全自检等功能。SAE J2799轻型气态氢汽车的燃料协议中详细规定了氢燃料汽车红外通信的软硬件规范。