一、标准编制背景及任务来源
近年来，随着化石燃料的不断消耗以及环境污染的不断加剧，氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源，被视为 21 世纪最具发展潜力的清洁能源，愈来愈受到人们的关注。2022 年 3 月，国家发展改革委和国家能源局印发《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》，统筹布局，推动我国氢能产业高质量发展。氢燃料电池汽车是新能源汽车的重要发展趋势。目前，储氢技术有高压气态储氢、低温液态储氢及固体氢化物储氢等，其中高压气态储氢是最为成熟的储氢技术。高压储氢具有设备结构简单、压缩氢气制备能耗少、充装速度快、低温
适应性强等优点，已成为加氢站和氢能汽车广泛采用的储氢方式。高压氢气瓶是氢能汽车的关键部件，安全、可靠是其基本要求。
铝内胆纤维全缠绕高压氢气瓶（以下简称Ⅲ型瓶）和塑料内胆纤维全缠绕高压氢气瓶（以下简称 IV 型瓶）因具有高比强度、高比刚度及优秀的耐疲劳和耐腐蚀性能而被广泛用于车载储氢系统。目前，我国已制定了 III 型瓶国家标准GB/T 35544《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》，并实现了量产，III 型氢气瓶制造技术已达国际同类产品先进水平。但是，由于铝内胆的抗疲劳性能较差，要使 III 型瓶的疲劳寿命达到 UN GTR 13、ISO 19881 等技术法规和标准的要求，需增加内胆和纤维缠绕层的厚度，导致气瓶重量增加，质量储氢密度降低。目前我国 III 型瓶的质量储氢密度仅能达到 3.8%～4.5%；而国际上 IV 型瓶的质量储氢密度可达 6.5%，差距明显。
氢燃料电池车作为一种交通工具，对其本身零部件重量有着极其苛刻的要求。在设计时，尽最大可能地减少每零件的重量。储氢气瓶既要充装足够多的氢气，以满足续驶里程对燃料储量的要求，又要减轻气瓶的重量，以提高汽车的运输效率。此外，塑料内胆具有良好的抗疲劳性能，IV 型瓶的疲劳寿命在 1.1 万次以上。按照每次充氢气行驶 500 公里计算，可行驶里程达 550 万公里，远远大于汽车全寿命周期的总里程，具有足够的安全裕度。
目前，国内已有团体标准《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》，初步为气瓶设计制造单位和相关检验机构提供标准规范的技术指导，如材料、设计制造、性能指标、检测试验等方面的技术要求。而 IV 型瓶对设计和使用的可靠性、安全性要求很高，为完善高压氢气 IV 型瓶制造标准，增强其权威性同时推动全国范围内高压氢气 IV 型瓶的发展，需要制定一部国家标准对氢气 IV 型瓶制造给予规范及指导作用。《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》国家标准的编制对车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶规范化生产与管理具有重要意义，为持续、健康地推动氢能产业化发展提供有力的技术支撑。
项目名称：车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶
计划号：20210875-T-469
制、修订：制订
提出单位：全国气瓶标准化技术委员会
归口单位：全国气瓶标准化技术委员会和全国氢能标准化技术委员会
标准性质：推荐性标准
二、编制原则
充分借鉴国内外同类标准的制定原则和内容，进行引进、吸收和再创新，结合试验数据，规定了车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶的型式和参数、技术要求、试验方法、检验规则、安装、防护、标志、包装、运输和储存等，为规范和指导车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶提供技术支撑。
本标准的制定原则为：①吸纳成熟科技成果原则；②技术指标国际接轨原则；③各方（高等院校、科研院所、企业单位等）参与原则；④符合国情原则。
三、标准主要技术要求
1 范围
本文件规定了车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶（以下简称气瓶）的型式、参数、分类和型号、技术要求和试验方法、检验规则以及安装、防护、标志、包装、运输和储存等要求。
本文件适用于设计和制造公称工作压力 35 MPa 和 70 MPa、公称容积大于等于 20 L 且不大于 450 L、工作温度不低于-40 ℃且不高于 85 ℃、固定在机动车辆上用于盛装氢气燃料的可重复充装气瓶。
氢燃料电池城市轨道交通、氢能船舶、氢能飞行器、氢能发电装置等供氢用气瓶可参照本文件。
2 规范性引用文件
列出了本标准的规范性引用文件。
3 术语、定义和符号
收录了本标准中涉及的 15 条术语和定义（包括塑料内胆、无缝塑料内胆、焊接塑料内胆、全缠绕、全缠绕气瓶、公称工作压力、许用压力等）以及 17 个符号（包括焊缝卷边中心高度、气瓶设计循环次数、镍当量、气瓶公称工作压力、气瓶最小设计爆破压力等）。
4 型式、参数、分类与型号
规定了气瓶的结构型式、公称工作压力及公称容积等气瓶参数、气瓶分类和型号标记等内容。目前我国客车、货车、挂车等商用车主要采用 35 MPa 氢气瓶，乘用车普遍采用 70 MPa 氢气瓶，根据压力不同将气瓶分为 A、B 两类，其中 A类气瓶公称工作压力为 35 MPa，B 类气瓶公称工作压力为 70 MPa。根据氢燃料电池汽车的车体结构，有的氢燃料电池轿车，氢气瓶装在汽车底盘上，拆装非常困难。即便拆装了也有可能破坏氢气瓶密封性能，且难以达到纯净度要求。因此，本标准将该类车辆的气瓶划分为 A1 类和 B1 类气瓶，并对其设计制造要求比其他类气瓶更高。本文件从技术要求（瓶口设计、气瓶设计、附件设计制造）、型式试验、检验规则、防护、日常保养检查等方面考虑了 A1 和 B1 类气瓶全寿命期内的安全使用要求。为避免汽车厂逃避气瓶定期检验把本可以设计成气瓶可拆卸检查的车体设计成不可拆，本文件限制 A1 类和 B1 类气瓶的适用车型，而 A2类和 B2 类气瓶不限制车型。A1 类和 B1 类气瓶仅适用于至少有四个车轮、车长不超过 8 m 且座位数不超过 19 座的载客车辆，但不推荐用于运动型多功能乘用车（SUV）和越野车。
5 技术要求和试验方法
主要包括气瓶的设计循环次数、设计使用年限、试验参数允差、温度范围、氢气品质、工作环境、日常保养检查等一般要求，及材料、设计、制造、内胆、气瓶等要求：
为保证气瓶长期使用的安全性，本标准规定气瓶的设计循环次数为 11000 次，设计使用年限为 15 年，与 ISO 19881 保持一致。对 A1 类和 B1 类气瓶的瓶口设计、气瓶设计、附件设计制造提出更高要求。对气瓶提出使用寿命内应进行日常保养检查的要求，检查项目至少包括外观检查、氢泄漏检测和安装状况检查。此外，考虑氢气快充温升对气瓶材料性能的影响以及环境温度的变化，规定气瓶的工作温度为-40℃～85℃，与 ISO 19881 保持一致。对充装气瓶的压缩氢气提出要求，其应符合 GB/T 37244 燃料电池汽车用氢气品质的要求。
塑料内胆材料选择与氢气具有良好相容性的聚乙烯或改性聚乙烯、聚酰胺或改性聚酰胺，以上材料均有充分的实践经验。塑料内胆材料与氢气相容性评定方法（见附录 C）应采用试验评定法、对比经验评定法或简化试验评定法。
标准中还规定了塑料内胆的熔融峰温、维卡软化温度、熔体质量或体积流动速率（原材料为粒状塑料）、表观密度、粉体流动性和粒度分布（原材料为粉状塑料）等性能，提出了具体的试验方法和合格指标。瓶阀座材料选择具有优良抗氢脆性能的 6061 铝合金或奥氏体不锈钢 S31603，对其化学成分和力学性能提出具体要求。O 形圈密封件材料选择硅橡胶、氟硅橡胶、三元乙丙橡胶或氢化丁腈橡胶等与氢气具有良好相容性的聚合物材料，为满足 O 形密封圈 15 年使用寿命的要求，标准从材料试验和 O 形密封圈试验两个方面对 O 形密封圈密封件性能
进行检验。此外，标准中不对碳纤维的力学性能作具体规定，满足气瓶设计文件的规定即可。玻璃纤维只允许用于气瓶外保护层，采用 S 玻璃纤维或 E 玻璃纤维。本标准规定树脂玻璃化转变温度为 105℃，并给出了树脂环氧值和环氧当量测定的执行标准。
本标准不提供设计公式，但要求设计时进行建立气瓶有限元分析模型，计算碳纤维缠绕层与瓶阀座在以下压力下的应力和应变：公称工作压力、水压试验压力和最小设计爆破压力。气瓶有限元分析模型应能表征气瓶的几何特征、材料特性和边界条件，以使气瓶能顺利通过本标准规定的试验要求。在气瓶设计中，将A1 类和 B1 类气瓶纤维应力比提高为 2.30，A2 类气瓶为 2.25，与 ISO 19881 保持一致。考虑 UN GTR 13 第二阶段将 70 MPa 气瓶的纤维应力比降至 2.00，本标准将 B2 类气瓶的纤维应力比由 2.25 降低为 2.00，与之保持一致。同时 A1 和 B1类气瓶最小设计爆破压力应不低于 2.30 倍的公称工作压力，A2 类气瓶最小设计爆破压力应不低于 2.25 倍的公称工作压力，B2 类气瓶最小设计爆破压力应不低于 2.00 倍的公称工作压力。标准规定气瓶内胆可采用无缝塑料内胆和焊接塑料内胆两种，采用焊接塑料内胆时不得采用纵向焊接接头，且环向焊接接头不得多于两道。气瓶设计时还应考虑瓶阀座的静强度、疲劳强度和密封性能，并对瓶口螺纹型式、尺寸、切应力安全系数等做出规定。
内胆和气瓶制造应分批管理，要求塑料内胆成型、纤维缠绕和气瓶固化等环节采用自动化设备和连续的协同工艺完成，不允许设置人为干预工艺条件的操作岗位。标准还规定了塑料内胆的成型工艺和工艺参数控制要求，焊接工艺评定检验和试验项目包括对焊接接头的外观检查、拉伸试验和解剖检查。在气瓶制造方面，标准规定了碳纤维缠绕和气瓶固化等要求。规定了内胆试验和气瓶试验。
参考 ISO 19881 和 GB/T 35544《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》，标准给出了内胆壁厚和制造公差、内外观检查的试验方法及气瓶缠绕层层间剪切试验、内外观检查、水压试验、气密性试验、水压爆破试验、常温压力循环试验等试验方法。
标准增加了Ⅳ型瓶扭矩试验和渗透试验项目，与 ISO 19881 保持一致。
由于 ISO 19881 和 GB/T 35544 中规定的火烧试验方法存在可重复性差的问题，UN GTR 13 第二阶段工作组也围绕该问题开展了多次专题研讨会。起草组参加了 UN GTR 13 第二阶段工作组会议讨论，并结合我国火烧试验情况，给出了一种气瓶火烧试验方法（见附录 I），该方法跟进 UN GTR 13 第二阶段，技术指标与国际接轨，提高了火烧试验的可重新性。
6 检验规则
标准规定了内胆和气瓶试验判定依据、逐只检验项目、批量检验的抽样规则和检验项目、型式试验项目和要求以及设计变更需进行的试验项目。考虑我国车用高压氢气瓶存在产品规格多，一个设计原型上存在多个设计变更的问题，综合ISO 11515、ISO 19881 中有关要求，允许已完成纤维制造单位、等效纤维材料、新树脂材料、等效树脂材料、塑料内胆材料、玻璃纤维保护层、瓶阀座几何尺寸变化（含瓶口螺纹形式或尺寸变化）设计变更的设计原型，在该基础上再进行其他设计变更时，不必再进行该设计变更所要求的型式试验项目。考虑 TSG 23《气
瓶安全技术规程》，标准提高了用于型式试验的内胆数量，规定“用于型式试验的气瓶基数为 30 只，内胆基数为 5 只”。型式试验中，由于车辆使用要求不同，气瓶的充装次数、充装时间、充装温升等都不同，35MPa A 类气瓶采用平行试验方法，而 UN GTR 13 对于 70MPa 储氢系统要求采用顺序试验方法，基于此本标准A 类气瓶采用平行试验，B 类气瓶采用顺序试验。
7 安装和防护
标准对气瓶安装防护提出具体要求，包括设置固定支架、紧固带等措施防止松动，气瓶与固定措施之间要求柔性接触避免气瓶磨损，气瓶制造单位应评估气瓶承受冲击载荷的能力等。气瓶安装空间设计时应避免氢气聚集，氢气可自由扩散到车辆外部空间。考虑到 A2 类和 B2 类气瓶要拆下进行定期检验，车辆制造单位或车载氢系统集成单位在进行车载氢系统结构设计时，应保证日常维护保养时能够通过适当的方法清楚地观察到气瓶外表面（除与固定支架、紧固带等接触的表面），在定期检验时能够方便地拆卸气瓶及瓶阀。考虑到 A1 类和 B1 类气瓶
不进行定期检验，标准对其防护提出更高要求，车辆结构设计时宜采用强度足够的护板、铠甲等方式进行防护，避免气瓶、瓶口组合阀及其连接件受到来自路面等方向飞溅物（如石块等）的撞击。同时要求车辆制造单位或车载氢系统集成单位将气瓶连接到充氢系统时，加氢口及加氢枪宜具备通讯和安全联动功能，应保证气瓶在充装过程中瓶内氢气压力和温度不超过气瓶压力和温度的适用范围。
8 标志、包装、运输和储存
规定了气瓶的标志、包装、运输和储存要求。根据国家市场监督管理总局办公厅 26 号文件，气瓶设置追溯信息标志时，在瓶体上沿环向间隔 120°用透明纤维缠绕覆盖 3 只二维码标签，以形成可追溯的永久性电子识读标志。二维码标签内容至少应包含产品合格证、产品使用说明书、批量检验质量证明书和监督检验证书。
9 产品合格证和批量检验质量证明书
规定了气瓶的产品合格证和批量检验质量证明书要求。
10 附录
标准包含了 10 个附录，其中 8 个为规范性附录（包括试验参数允差、气瓶日常保养检查、气瓶塑料内胆与氢气相容性评定方法、气瓶用 O 形密封圈性能评定方法、气瓶塑料内胆焊接工艺评定方法、层间剪切试验方法、气瓶气密性氦泄漏检测方法、气瓶火烧试验方法），2 个为资料性附录（气瓶塑料内胆焊接接头可视化超声相控阵检测与质量分级方法、车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶批量检验质量证明书）。