摘 要 通过分析35 MPa/70 MPa加氢机工作模式和比较加注性能的优劣，结合氢燃料电池车用户体验和车载储氢瓶的限制条件，提出了35 MPa/70 MPa加氢机加注性能的综合评价指标，定义了加氢机加注性能指数。继而分别开展了35 MPa、70 MPa加氢机对乘用车和物流车的加注试验，并用此指标衡量了两加氢机的加注性能，比较了35 MPa、70 MPa加氢机的加注性能。该指标直观可靠，简单易算，且能反映加氢机的综合加注性能。成果可应用于35 MPa/70 MPa 加氢机的实际工作性能评价，为35 MPa/70 MPa加氢机长周期安全可靠运行提供评价依据。

关键词 氢能源；加氢机；加注性能；评价指标    近年来，全球化石能源结构的调整与转型趋势日益显著，新能源技术的开发与应用引起了广泛关注。氢能可高效地转化为其他形式的能量，且氢气来源丰富，燃烧产物只有水，被认为是最具发展潜力的清洁能源。当前氢能主要的利用方式之一是交通领域，作为氢燃料电车汽车的充装场所，加氢站的建设和运营在氢燃料电池汽车发展的过程中具有至关重要的地位。作为加氢站中的一个重要组成部分，加氢机的加注性能直接关系到客户体验和加氢站的建设运营成本，更是评判加氢站实用性和商业可行性的重要指标。氢燃料电池汽车储氢瓶压力等级一般为35 MPa或70 MPa，而氢气具有负的焦耳汤姆森系数（节流时会产生升温现象），因此，充装高压氢气时会产生十分显著的温升。目前，车载高压储氢瓶均采用金属或塑料内胆、碳纤维树脂复合材料层缠绕的结构，其树脂在85 ℃以上会出现性能的劣化。与此同时，温度的升高使得气瓶需要在更高的压力下才能达到额定的储氢密度和储气量，增加了对加氢站设备的要求。为此规定充装过程中气瓶内的温度不得超过85 ℃，这就对加氢机加注算法提出更高的要求。Zhao等的研究表明，环境温度和最高温度呈线性增加关系，初始温度增加1 °C，最高温度增加0.3 ℃。Cheng等也发现环境温度会对氢气最终温度产生影响。较高的环境温度会导致放热困难，降低环境温度可以有效地降低储氢瓶最终加注气体温度。Lee等建立了针对35 MPa氢气加注的实验方案。在35 MPa@374 L、III型储氢瓶上进行了一系列实验，研究了加注过程中的热行为。利用CFD模型研究了车载储氢瓶加注时初始压力的影响。实验结果表明，随着初始压力的增大，气体最终温度近似线性下降。同时，Zhao等量化了两者之间的关系：初始压力增加1 MPa，最高温升降低2.2 ℃。Zheng等和Liu的实验结果也证实了随着初始气体压力的增加，气体最高温度几乎呈线性下降。Merida等建立了由63对热电偶和预冷系统组成的针对35 MPa氢气加注的实验方案。在35 MPa、III型储氢瓶上进行了一系列实验，研究了初始氢气质量和加注速率加注性能的影响。实验结果表明，随气体质量与初始质量比的不断增加，加注过程的温升速率由快变慢，而增大质量流率则会导致升温速率指数增长。Cristina等研究表明在氢气预冷工况下，氢气入口温度降低25 ℃，储罐气体最高平均温度可降低16.5 ℃，气源温度降低可使加注氢气质量由1.01 kg增加到1.05 kg，加满度从87.2%增加到90.4%。目前国内外并未有相关研究机构开展综合评判35 MPa/70 MPa加氢机加注性能的相关研究，且并未见报道能够表征加氢机加注性能的指标或者参数，这是一个空白点。本文针对35 MPa/70 MPa加氢机的加注性能，结合客户体验综合评价加氢机加注性能。

表1   加氢机加注初始状态参数

表2   车载储氢瓶加注终态参数

表3   车载储氢瓶加注初态参数

引用本文： 赵月晶,何广利,缪平，等.35 MPa/70 MPa加氢机加注性能综合评价研究[J].储能科学与技术,2020,9(3):702-706.

ZHAO Yuejing,HE Guangli,MIAO Ping,et al. tudy on comprehensive evaluation of 35 MPa/70 MPa hydrogen dispenser refueling performance[J].Energy Storage Science and Technology,2020,9(3):702-706.

第一作者：赵月晶（1986—），男，博士研究生，研究方向为加氢机性能评价，E-mail：[email protected]。