Situazione normative omologazioni dei veicoli ad idrogeno
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Seminario internazionale “Dalle stazioni di servizio tradizionali all’infrastruttura dell’idrogeno: confronto internazionale”, 16 Aprile 2004 dalle ore 14:00 alle 18:30 FAST, Milano. Situazione Normative / Omologazioni dei veicoli ad Idrogeno. Ing. Aldo BASSI S.IN.TE.S.I. AB S.r.l. Schema 1.

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Presentation Transcript
Situazione normative omologazioni dei veicoli ad idrogeno

Seminario internazionale

“Dalle stazioni di servizio tradizionali all’infrastruttura dell’idrogeno: confronto internazionale”, 16 Aprile 2004 dalle ore 14:00 alle 18:30 FAST, Milano

SituazioneNormative/OmologazionideiveicoliadIdrogeno

Ing. Aldo BASSI

S.IN.TE.S.I. AB S.r.l.


Schema 1

Schema 2

FILLING

CONNECTOR

FILLING

CONNECTOR

FUEL FEEDING

FUEL FEEDING

LH2

MOT

EL

MOT

EL

INVERTER

FC

STACK

INVERTER

FC

STACK

CGH2

AUXILIARIES

AUXILIARIES

CRYOGENIC TANK LH2

HIGH PRESSURE CYLINDER CGH2

Schema 3

Schema 4

FUEL FEEDING

FILLING

CONNECTOR

FILLING

CONNECTOR

FUEL FEEDING

LH2

TRASM

TRASM

ICE

ICE

CGH2

CRYOGENIC TANK LH2

HIGH PRESSURE CYLINDER CGH2

1. Schemi dei veicoli ad idrogeno


2. Dispositivi di sicurezza obbligatori previsti di un sistema idrogeno per autovettura (fonte D/C)


3. Sistema di alimentazione di H2 liquido del motore BMW.


Air

Supply

Cooling

System

Venting

System

Wheels

Power

Train

Fuel Cell

Stack

H2 Storage

& Feeding

System

Filling

Connector

Exhaust

System

Electronic

Control

Unit

Water

Management

4. Schema di un sistema di trazione a fuel cell per autoveicolo


BATTERIA SERVIZI

42 V

ALTERNATORE STARTER

STOP - START

F

A

TRASMISSIONE MECCANICA

10

RUOTE

11

MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA

CONVENZIONALE

2

G

B

RICARICA ESTERNA

SERBATOIO

COMBUSTIBILE

1

INVERTER

8

GENERATORE ELETTRICO

5

BATTERIA

DI TRAZIONE

7

MOTORE ELETTRICO

9

ALTRI

MOTORI

TERMICI

3

  • Benzina – riformulata

  • Gasolio – riformulato

  • CNG

  • LPG

  • Metanolo

  • Etanolo

  • H2

  • Biocombustibili (biodiesel, DME,.....)

C

CONFIGURAZIONI VEICOLARI

AVeicolo convenzionale ICE (BZ, DS, CNG, LPG, H2,...)

BVeicolo ibrido serie (BZ, DS, CNG, LPG, H2, ....)

A + BVeicolo ibrido parallelo (BZ, DS, CNG, LPG, H2,...)

A + CVeicolo ibrido parallelo

DVeicolo cella comb. indiretta (BZ, CNG LPG, METANOLO, ...)

EVeicolo cella comb. diretta (H2, METANOLO, PROPANO,...)

FVeicolo “Mild hybrid” (ICE – STOP/START - freno rigenerativo – starter/alternatore integrato – impianto elettrico a 42 Volt)

GVeicolo elettrico

REFORMER

4

D

CELLA

A

COMBUSTIBILE

6

E

5. Schema del veicolo ibrido generalizzato – Analisi “TANK TO WHEELS”


6. Characteristics of the fuels: gasoline, L.P.G., methane and hydrogen


EC

European Commission

ISO

International Organization Standardization

CEN

Committee for European Normalisation

MVEG

Motor Vehicle Emissions Group

TC197

Hydrogen technologies

TC193

Natural Gas

TC22

Road Vehicles

TC58

Gas cylinders

Inland Transport Committee

ISO 11439

TC 286

LPG applications

TC 326

Gas Supply for NGVs

TC22/SC21

Electric road vehicles – fuel cells.

WG11

LPG Road Vehicles Containers

WP.29

GRPE

ISO/CD 20826

TC22/SC25

Road vehicles using

LPG, CNG, H2

Working Party on Pollution and Energy

WG6

LPG Vehicles

  • R67.01 : LPG System

    & Components

  • R110 : Compressed

    Natural Gas System

    & Components

  • R279 : Retrofit

    applications

  • Rxx : Liquid H2

    System & Components

  • Ryy : Compressed H2

    System & Components

WG1

Refuelling connector

WG2

Design principles and installation of vehicle fuel system.

WG3

Fuel system components.

WG1

NGV Filling Stations

WG2

NGV Fuel Systems

WG3

Operational Conditions

ISO/CD 14469

ISO/FDIS 15501

ISO 15500

Parts 1 to 20.

UN / ECE

United Nations

Economic Commission for Europe

7. European and International Gaseous Fuel Vehicles Standards Development


ISO

International Organization Standardization

UN / ECE

United Nations EconomicCommissionfor Europe

TC197

Hydrogen

technologies

TC193

Natural Gas

TC22

Road Vehicles

TC58

Gas cylinders

Inland

Transport Committee

ISO 11439

WP.29

TC22/SC21

Electric road vehicles – fuel cells.

WG11

LPG Road Vehicles Containers

GRPE

ISO/CD 20826

Working Party on Pollution and Energy

TC22/SC25

Road vehicles using

LPG, CNG, H2

  • Rxx : Liquid H2 System

    & Components

  • Ryy : Compressed H2

    System & Components

  • Rzz: Fuel Cells

WG1

Refuelling connector

WG2

Design principles and installation of vehicle fuel system.

WG3

Fuel system components.

ISO/CD 14469

ISO/FDIS 15501

ISO 15500

Parts 1 to 20.

WG2

Container multimodal

WG4

Fuelling facilities

WG7

Safety

WG8

Electrolizer

WG1

Criogenic vessels

WG5

Gaseous connector

WG6

Gaseous containers

8. European and International Gaseous Fuel Vehicles Standards Development


9. Specific Regulations for hydrogen propelled vehicles type approved

ECE-ONU R xxx (GRPE/2003/14-7/03/03) Proposal: Specific components for motor vehicles using liquid hydrogen.

Vehicles with regard to the installation of specific component

ECE-ONU R yyy (GRPE/Informal doc) Proposal: Specific components for motor vehicles using compressed

gaseous hydrogen.

Vehicles with regard to the installation of specific component

ECE-ONU R zzz (Draft regulation) Specific components of fuel cell for vehicles propulsion system

Vehicles with regard to the installation of fuel cell …

ECE-ONU R 83 (draft amendment ) Proposal: for introducing H2 as propulsion fuel (exhaust emission

measurements & certification tests)

ECE-ONU R 85 (draft amendment) Proposal: for introducing H2 as propulsion fuel (power output

measurements & certification tests)

ECE-ONU R 101 (draft amendment) Proposal: for introducing H2 as propulsion fuel (fuel consumption

and CO2 emission measurements & certification tests)

ECE-ONU R 100 (approved 12/02/97) Approval of battery electric vehicles with regard to specific

requirements for construction and functional safety

Nota: In the Regulation R 83, R 85, R 101 specific amendments are also proposed for introducing hybrid

propulsion system certification test.


10. Standard ISO concerning vehicles propelled by hydrogen

ISO/TR 15916 Basic considerations for the safety of hydrogen systems (TC 197)

ISO/DIS 13985.3 Liquid hydrogen land vehicle fuel tanks (TC 197)

ISO/PWD xxxx.1 Fuel Cell powered road vehicles (TC 22)

Safety specification – Vehicle functional safety

ISO/PWD xxxx.2 Fuel Cell system integration (TC 22)

ISO/PWD xxxx.3 Protection against H2 hazards (TC 22)

ISO/PWD xxxx.4 Fuel Cell powered road vehicle (TC 22)

Safety specification – Electrical hazards

ISO/PWD 17268 Filling connector (TC 197)

ISO/DIS 13984 : 1999 Liquid H2 Land vehicle fuelling system interface (TC197)

ISO/CD 15869 Gaseous H2 e H2 blends land vehicle fuel tank (TC 58)


11. Orientamenti tecnologici per lo sviluppo di sistemi di accumulo di H2 compresso

a bordo dei veicoli

  • Tecnologia per incrementare la pressione di esercizio fino a 350/700 bar per maggiore autonomia;

  • Progettazione affidabilistica dei sistemi e dei componenti con particolare attenzione all'analisi dei rischi in esercizio;

  • Prove di durata e di omologazione adeguate alle modalità di esercizio e nell’ottica del “FIT FOR PURPOSE”;

  • Implementazione di sistemi di autodiagnosi e rilevazione guasti a bordo (OBD - On Board Diagnostic) (fault recovery, fail safe,.........);

  • Procedure specifiche di revisione, collaudo e ricertificazione dei sistemi e dei veicoli in esercizio.


12. Specifiche principali di una bombola di H2 compresso

  • Combustibile H2 (> 99,8 % per la FC)

  • Pressione di lavoro 350 bar a 15 °C

  • Massima pressione di riempimento 438 bar a 85 °C

  • Pressione di scoppio  823 bar (coeff. 2,35)

  • Temperature - 40 °C + 85 °C

  • Vita utile > 15 anni a 15000 cicli

  • Tempo di riempimento < 3 minuti per 5 Kg di H2

  • Perdita massima ammissibile < 1 Ncm3/l/h


13. Dispositivi di sicurezza del sistema di accumulo di H2 compresso

a bordo dei veicoli

  • Elettrovalvola di stop (normalmente chiusa) posta all'uscita della bombola, che ha lo scopo di impedire l'uscita del gas in caso di urto, di rottura della tubazione, di utenza, (motore o fuel cell) guasta, o spenta, ecc…

  • Valvola fusibile tarata a 110  120 °C che ha lo scopo di evacuare il gas in caso di incendio per evitare lo scoppio della bombola;

  • Diaframma tarato ad una pressione di sicurezza in caso di sovrappressione anomala;

  • Sensori di pressione e di temperatura per il controllo dei parametri di funzionamento in esercizio.

  • Sensori di H2 per il controllo delle fughe

  • Sistemi elettronici di protezione ai guasti.


14. Prove previste per l’omologazione di una bombola di H2 compresso

  • Cicli di pressione (Leak Before Break) (la bombola deve perdere prima di rompersi)

  • Prova di scoppio idrostatica a freddo

  • Bonfire test su braciere per verificare il funzionamento delle valvole di protezione

  • Prova all'impatto di un proiettile (la bombola può perdere ma non scoppiare)

  • Prova di tolleranza ai tagli (solo per bombole in composito)

  • Prove ambientali (corrosione, compatibilità ai diversi fluidi, …)

  • Prove di vibrazioni

  • Prove di caduta

  • Cicli di temperatura estreme

  • Prova di tenuta

  • Prova di riempimento


15. Prove previste per l’omologazione e il controllo di un veicolo

alimentato ad idrogeno compresso

  • Rilevamento perdite di idrogeno in alcune zone del veicolo

  • Bonfire sull'intero veicolo

  • Prova dei sistemi di evacuazione dell'H2 dalla bombola e dei componenti installati

  • Misure delle temperature e delle pressioni lungo il sistema di alimentazione dell'idrogeno

  • Prova di crash con verifica del funzionamento delle elettrovalvole di stop

  • Misura delle resistenza elettrica dei pneumatici per evitare cariche statiche e scintille

  • Misura e controllo delle operazioni di riempimento (connettore)


16. Problemi relativi all’autonomiatermica di un serbatoio criogenico

per idrogeno liquido

Boil Off System:Sistema che incondizioni di funzionamento normale apre una valvola che poi si richiude per mantenere a – 253 °C il restante idrogeno, prima che entri in funzione la PRV Pressure Relief Device, ovvero la valvola di sicurezza tarata ad una specifica sovrappressione ammissibile.

Boil Off Management System: Sistema che rende possibile il Boil-Off in normali condizioni di esercizio senza provocare danni o guasti al sistema.


17. Prove di qualificazione del serbatoio criogenico

per idrogeno liquido

  • Prova alla pressione del serbatoio interno: 1,3 (MAWP + 0,1)

  • Compatibilità chimica all'H2

  • Prove di corrosione di tutti gli elementi del serbatoio

  • Resistenza all'invecchiamento all'ozono

  • Prova allo scoppio: 3,25 (MAWP + 0,1) con aumento di volume minimo

  • del 8% alla rottura

  • Prove di perdite esterne per tutti i componenti

  • Prove di perdite interne per tutti i componenti

  • Prove di temperature per i PRD "Pressure Relief Device":

  • - 253 °C + 85 °C prima dello scambiatore di calore

  • - 40 °C + 85 °C dopo lo scambiatore di calore

  • Prova di autonomia termica al fuoco: deve resistere a 590 °C per almeno 5 minuti poi deve scattare il PRD e il serbatoio non deve scoppiare.


18. Componenti di sicurezza del sistema criogenico per idrogeno liquido

soggetti ad omologazione e a controllo periodico

  • PRD Pressure Relief Device

  • SRD Safety Relief Device

  • Automatic valve or Shut off valve (elettrovalvola di stop) all'uscita del serbatoio

  • Connettore di rifornimento

  • Valvole di non ritorno

  • Regolatore di pressione

  • Tubi flessibili

  • Scambiatore di calore

  • Sensori di temperatura, pressione e flusso per il montaggio in continua


19. Procedura provvisoria di certificazione (ITALIA)

per un veicolo alimentato ad idrogeno

- Analisi della documentazione tecnica: - Sistema di alimentazione H2

(connettore, bombole ecc).

- Sistema elettrico di sicurezza

- Sistema di controllo elettronico

- Analisi di rischio (FTA , Hazard ,...)

- Ispezione visuale del veicolo

- Prove funzionali sui componenti critici (valvole di sicurezza ecc…)

- Prove di tenuta dell’impianto H2

- Stesura del Report finale

- Emissione di un certificato nulla-osta alla circolazione su strada del veicolo.


20. GRPE Informal Group on H2/FC Vehicles – Situazione Lavori

Maggio 2003: - Presentazione al GRPE di Ginevra dei due Regolamenti ECE-ONU:

- Rxxx Componenti ed impianti di bordo per H2 liquido

- Ryyy Componenti ed impianti di bordo per H2 gassoso compresso

Giugno 2004: - Analisi al GRPE di Ginevra delle possibili opzioni:

1° - Approvazione come transitori dei due Regolamenti ECE-ONU

per il 2005 e successiva stesura dei corrispondenti Regolamenti GTR (accordo 1998) con emissione prevista per il 2008

2° - Sospensione dei i due Regolamenti ECE-ONU (accordo 1958) ed iniziare da subito la stesura dei corrispondenti Regolamenti GTR con emissione prevista per il 2007.

- Analisi degli emendamenti ai Regolamenti R 83, R 85, R 101 per

l’inserimento di dispositivi per sistemi H2

Attività successive: Stesura del Regolamento R zzz (Specific components of fuel cell for vehicles propulsion system and Vehicles with regard to the installation of fuel cell …)

Stesura emendamenti ai Regolamenti R 94 e R 95 relativi alla

sicurezza passiva ( crash test, …)


ad