ГОСТ Р 70682-2023 Автомобильные транспортные средства на водородных топливных элементах категорий N1, N2. Протоколы заправки газообразным водородом

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО

ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИ И

ГОСТР

70682-

2023

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА НА ВОДОРОДНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ КАТЕГОРИЙ N1, N2

Протоколы заправки газообразным водородом

Издание официальное

Москва

Российский институт стандартизации 2023

ГОСТ Р 70682—2023

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием «Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт «НАМИ» (ФГУП «НАМИ»)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 056 «Дорожный транспорт»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 сентября 2023 г. № 982-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования— на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

© Оформление. ФГБУ «Институт стандартизации», 2023

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

II

ГОСТ Р 70682—2023

Содержание

1 Область применения..................................................................1

2 Термины и определения...............................................................2

3 Обозначения и сокращения............................................................6

3.1 Обозначения.....................................................................6

3.2 Сокращения......................................................................9

4 Общее описание протокола заправки водородом...........................................9

5 Общие технологические требования для заправки водородом...............................12

6 Основные допущения моделирования...................................................13

7 Протокол заправки на основе таблиц....................................................14

7.1 Общие требования к процессу заправки водородом....................................14

7.2 Емкость СХКВ...................................................................18

7.3 Требования к давлению...........................................................18

7.4 Управление циклом..............................................................20

7.5 Сигнал прерывания от автомобиля..................................................20

7.6 Допуски........................................................................21

7.7 Табличная блок-схема заправки водородом..........................................21

7.8 Заправка водородом без связи.....................................................22

7.9 Заправка со связью..............................................................23

7.10 Ошибка температуры подачи водорода и аварийная процедура.........................25

7.11 Дозаправка водородом...........................................................26

7.12 Справочные таблицы для холодной заправки........................................26

8 Протокол заправки на основе формулы МС..............................................27

8.1 Общие требования к заправке водородом............................................27

8.2 Емкость СХКВ...................................................................29

8.3 Требования к давлению...........................................................29

8.4 Управление циклом..............................................................32

8.5 Сигнал прерывания от транспортного средства.......................................32

8.6 Допуски........................................................................32

8.7 Блок-схема заправки водородом на основе формулы МС................................32

8.8 Заправка водородом без связи.....................................................34

8.9 Заправка со связью..............................................................34

8.10 Холодная заправка..............................................................36

Приложение А (обязательное) Обоснование протокола заправки водородом...................37

Приложение Б (обязательное) Блок-схемы подпрограмм....................................54

Приложение В (обязательное) Критерии приемки для эксплуатационных испытаний.............64

Приложение Г (обязательное) Стандартные таблицы......................................65

Приложение Д (обязательное) Дополнительные таблицы для предварительно охлажденных ТРК(Н70)..............................................................107

Приложение Е (обязательное) Характеристики температуры подачи водорода в ТРК и характеристики регулирования..........................................120

Приложение Ж (обязательное) Примеры интерполяции таблиц.............................121

Приложение И (обязательное) Обоснование и разработка протокола заправки водородом на основе формулы МС..................................................126

Приложение К (обязательное) Блок-схемы на основе формулы МС..........................150

Приложение Л (обязательное) Параметры и коэффициенты, основанные на формулах МС......166

Приложение М (обязательное) Таблицы конечного давления на основе формулы МС...........207

Приложение Н (справочное) Дополнительный метод проверки целостности...................254

Приложение П (обязательное) Дополнительный метод проверки рациональности данных связи ..256

Библиография.......................................................................258

III

ГОСТ Р 70682—2023

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА НА ВОДОРОДНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ КАТЕГОРИЙ N1, N2

Протоколы заправки газообразным водородом

Motor vehicles with hydrogen fuel cells, N1, N2 class. Hydrogen gas fueling protocols

Дата введения — 2024—05—01

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает протокол и технологические ограничения для заправки водородом транспортных средств с общим объемом хранения водорода, равным или превышающим 49,7 л. Эти технологические ограничения (включая температуру подачи водорода, максимальный расход водорода, скорость повышения давления и конечное значение давления) зависят от таких факторов, как температура окружающей среды, температура подачи водорода и начальное давление в системе хранения компримированного водорода транспортного средства.

Настоящий стандарт устанавливает стандартные протоколы заправки водородом либо на основе справочной таблицы, использующей фиксированную скорость изменения давления, либо на основе формулы, использующей динамическую скорость изменения давления, непрерывно рассчитываемую по всему объему заполнения. Оба протокола допускают заправку с помощью связи или без нее. Выполнение протокола на основе таблицы обеспечивает фиксированное целевое давление в конце заполнения, тогда как в процессе выполнения протокола на основе формулы непрерывно рассчитывается целевое давление в конце заполнения. Для заправки водородом с помощью связи настоящий стандарт следует использовать вместе с [1].

Важным фактором эффективности заправки водородом является охлаждающая способность заправочного оборудования станции и температура подачи водорода. Существует три категории температур подачи водорода, обозначаемые буквой «Т»: Т40, ТЗО и Т20, где Т40 —самая низкая температура. В эталонных условиях настоящего стандарта целевое время заправки 3 мин и уровень заряда от 95 % до 100 % (со связью), что может быть достигнуто с заправочной колонкой с категорией Т40.

Однако при более высокой температуре подачи водорода (ТЗО или Т20) и/или при высоких температурах окружающей среды время заправки может быть больше.

В таблице 1 показаны границы применения настоящего стандарта. Настоящий стандарт включает протоколы, которые применимы для двух классов давления (35 МПа и 70 МПа), трех категорий температуры подачи водорода (минус 40 °C, минус 30 °C, минус 20 °C) и размеров системы хранения компримированного водорода (классификация общего объема) от 49,7 до 248,6 л (Н35 означает 35 МПа и Н70 — 70 МПа), а также от 248,6 л и выше (только для Н70).

Приведенные протоколы заправки водородом были разработаны на основе ряда ключевых допущений, описанных в разделе 6 и приложении А. Эти допущения следует учитывать при разработке и внедрении бортовой системы хранения компримированного водорода. В частности, системы хранения водорода со свойствами, которые не соответствуют параметрам, указанным в таблице А.З, должны быть дополнительно оценены для подтверждения совместимости с приведенными протоколами. В приложении Б описаны алгоритмы подпрограмм заправки в виде блок-схем.

Издание официальное

1

ГОСТ Р 70682—2023

Таблица 1 — Границы применения настоящего стандарта

Станции должны быть идентифицированы как соответствующие настоящему стандарту только после демонстрации критериев приемлемости (приложение В) в сочетании с испытательным оборудованием водородной станции. Рекомендуется, чтобы станции проверяли соответствие протокола перед заправкой транспортных средств.

Могут быть использованы другие нестандартные разработанные протоколы заправки водородом, которые отличаются от протоколов, указанных в настоящем стандарте, если поставщик заправочных станций имеет:

а) соглашение с производителем транспортного средства о том, что протокол подходит для конкретного ТС;

б) надежный метод идентификации конкретного транспортного средства используется при проектировании и эксплуатации станции.

2 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями.

2.1 средняя скорость повышения давления: Среднее повышение давления (МПа/мин) от начала заправки до конца заправки.

2.2 система хранения компримированного водорода; СХКВ: Система хранения сжатого водорода, которая состоит из баллонов (сосудов) под давлением, устройств сброса давления, запорных устройств и всех компонентов, фитингов и топливопроводов между баллонами (сосудами) и запорным устройством (устройствами), которые изолируют хранящийся водород от остальной части топливной системы и окружающей среды.

2.3 емкость системы хранения компримированного водорода: Общий объем воды СХКВ в литрах или общая масса водорода, хранящегося в СХКВ при номинальном рабочем давлении (при температуре 15 °C), эквивалентные 100 %-ной заполненности СХКВ.

2.4 категории системы хранения компримированного водорода: Обозначенный диапазон емкостей системы хранения компримированного водорода, заполняемых одинаковым образом согласно протоколу заправки.

2.5 компоненты топливораздаточной колонки: Любой компонент топливораздаточной колонки, участвующий в подаче предварительно охлажденного водорода в систему хранения компримированного водорода.

Примечание — В большинстве случаев это любой компонент после теплообменника до заправочной муфты включительно; например, разрывная муфта, шланг топливораздаточной колонки и заправочная муфта. 2

ГОСТ Р 70682—2023

2.5.1 оборудование для подачи водорода: Оборудование, необходимое для обработки и доставки топлива от станции к системе хранения компримированного водорода с целью заправки автомобиля топливом.

2.5.2 разъем: Быстроразъемное соединение заправочного ниппеля и муфты, позволяющее быстро подсоединять и отсоединять заправочную муфту от ниппеля транспортного средства.

2.5.3 заправочная муфта: Устройство, подсоединенное к топливораздаточной системе, соединяемое с заправочным ниппелем водородного транспортного средства и позволяющее перекачивать топливо.

2.5.4 заправочный ниппель: Устройство на транспортном средстве, подключенное к системе хранения, служащее для соединения с заправочной муфтой при заправке транспортного средства.

2.5.5 заправочный шланг: Гибкий шланг в сборе, обеспечивающий транспортировку водорода между топливораздаточной колонкой и муфтой.

2.5.6 разрывная муфта: Устройство, позволяющее отделить шланг от топливораздаточной колонки при достаточном механическом воздействии.

Примечание — Как правило, шланг является единственным компонентом между муфтой и разрывной муфтой.

2.6 заправка со связью и без связи

2.6.1 заправка со связью: Заправка с установленным допустимым соединением для передачи данных.

2.6.2 заправка без связи: Заправка без действительного соединения для передачи данных от транспортного средства к заправочной колонке или с получением топливораздаточной колонкой нераспознаваемых или недействительных данных (или пригодных к использованию).

2.7 категории протокола заправки топливом: Протокол заправки станции, определяемый номинальным рабочим давлением транспортного средства и температурой подачи топлива на станцию.

Примечание — Категория обозначается буквой «Н», за которой следует значение номинального рабочего давления в МПа, дефис и буква «Т», за которой следует абсолютное значение категории температуры подачи топлива в градусах Цельсия. Например, Н70-Т40 — это категория станции для протокола заправки водородом с номинальным рабочим давлением 70 МПа и категорией температуры подачи топлива минус 40 °C.

2.8 Время и стадии заправки

На рисунке 1 проиллюстрированы определения терминов времени заправки для основного и общего времени заправки.

2.8.1 общее время заправки: Общее количество времени между тем, когда пользователь инициирует заправку в заправочной колонке, и моментом, когда муфта может быть отсоединена.

3

ГОСТ Р 70682—2023

Примечание — Оно включает в себя время запуска, основной период заправки и время отключения.

2.8.2 период остановки заправки: Отдельные периоды в течение общего времени заправки водородом, когда заправочное давление не повышается.

Примечание — Периоды остановки заправки включают в себя время запуска и остановки, а также любые запланированные перерывы в работе в течение основного времени заправки. Эти периоды не включают в себя остановку или приостановку подачи водорода из-за проблем с безопасностью, недостаточной производительности ит. д.

2.9 импульс соединения: Первая подача водорода со станции в систему хранения компримированного водорода после подключения муфты, при этом в СХКВ подается минимальное количество водорода, необходимое для открытия обратного клапана.

Примечание — Назначение импульса соединения — уравнять давление станции с давлением в систему хранения компримированного водорода в статических условиях, чтобы можно было измерить начальное давление.

2.9.1 завершение заправки топливом: Момент, когда станция прекращает заправку водородом по достижении целевого давления или 100 %-ной заполненности СХКВ.

2.9.2 основное время заправки топливом: Период заправки водородом между ее началом и ее окончанием.

Примечание — Установленная скорость линейного изменения и верхние и нижние допуски по давлению соблюдаются в течение основного времени заправки. Основное время заправки не включает время запуска и остановки, но может включать другие периоды остановки заправки.

2.9.3 время выключения: Период, который начинается по завершению основного периода заправки и заканчивается при отсоединении заправочной муфты.

2.9.4 водородный наземный транспорт; ВНТ: Любое наземное транспортное средство, которое хранит и использует водород в качестве топлива.

Примечание — Примером ВНТ является транспортное средство на водородных топливных элементах.

2.10 Давление

2.10.1 давление системы хранения компримированного водорода транспортного средства: Давление водорода внутри системы хранения компримированного водорода транспортного средства.

Примечани е — Для ТС с несколькими баллонами предполагается, что все баллоны постоянно находятся под одинаковым давлением.

2.10.2 давление станции P_statlon: Давление водорода, подаваемого станцией в транспортное средство, измеренное вблизи места разрыва шланга.

2.10.3 начальное давление Р_о или P_|nitia|: Давление в СХКВ, измеренное станцией сразу после импульса соединения во время запуска и при отсутствии расхода.

2.10.4 пусковое давление P_startup: Давление в СХКВ, измеренное станцией в конце времени запуска при отсутствии расхода.

2.10.5 заданное давление P_target: Давление станции, при котором протокол заправки водородом предписывает прекращение заправки.

2.10.6 номинальное рабочее давление; НРД: Манометрическое давление, которое характеризует штатную работу сосуда высокого давления или всей СХКВ транспортного средства.

Примечание — Для баллонов с компримированным водородом НРД представляет собой давление в сосуде транспортного средства, указанное производителем, при постоянной температуре водорода 15 °C и 100 %-ной заполненности.

2.10.7 максимальное рабочее давление; МРД: Максимальное манометрическое давление компонента или системы, ожидаемое при штатной работе, включая пуски, остановки и переходные процессы.

Примечание — Например МРД = 1,25-НРД.

2.10.8 максимально допустимое рабочее давление; МДРД: Максимальное манометрическое давление рабочей жидкости (газа или жидкости), на которое рассчитана единица технологического оборудования или системы с учетом инициирования управления неисправностями

Примечание — Например МДРД = 1,38-НРД.

4

ГОСТ Р 70682—2023

2.10.9 класс давления: Класс, определяемый номинальным рабочим давлением протокола.

Примечание — Класс обозначают буквой «Н», за которой следует номинальное рабочее давление в МПа. Например, Н70 — это класс давления для протокола заправки водородом с НРД 70 МПа.

2.11 состояние заряда: Отношение действительной плотности водорода в системе хранения компримированного водорода к его плотности при номинальном рабочем давлении и стандартной температуре 15 °C.

Примечание — Состояние заряда SOC выражается в процентах и вычисляется на основе плотности водорода по формуле (1).

Точность уравнения определена до 200 МПа.

soc = —p^iD—юо.

p(N№,15 °C) ^v '

Плотности двух основных классов давления при 100 %-ном уровне заряда СХКВ составляют:

- плотность Н35 при 35 МПа и 15 °C равна 24,0 г/л;

- плотность Н70 при 70 МПа и 15 °C равна 40,2 г/л.

2.12 состояние заряда транспортного средства: Состояние заряда, рассчитанное на основе давления системы хранения компримированного водорода транспортного средства и температуры системы хранения компримированного водорода транспортного средства.

2.13 состояние заряда станции: Состояние заряда, рассчитанное на основе давления станции и температуры системы хранения компримированного водорода транспортного средства заправочной станции.

2.14 обозначение станции: Идентификатор станции, обозначающий класс давления и температурную категорию подачи водорода.

Примечание — Станция с классом давления НРД 70 МПа и температурной категорией подачи водорода Т40 обозначается как Н70-Т40.

2.15 Температура

2.15.1 температура окружающей среды Т_атЬ; Температура воздуха на уровне земли, измеренная на заправочной колонке, не под прямыми солнечными лучами.

2.15.2 средняя температура газа в системе хранения компримированного водорода транспортного средства Т_тс: Средняя температура водорода в системе хранения компримированного водорода транспортного средства.

Примечание — Если транспортное средство оснащено устройством измерения температуры для отправки сигнала о температуре на заправочную колонку во время заправки, то эта температура также принимается за среднюю температуру водорода в транспортном средстве. Из-за точности датчика производитель транспортного средства должен учитывать допуски измерения температуры и включать их в качестве критериев для прерывания и измеренных сигналов температуры.

2.15.3 измеренная температура системы хранения компримированного водорода МТ; Измеренная температура водорода в системе хранения компримированного водорода транспортного средства.

2.15.4 фактическая температура системы хранения компримированного водорода: Температура системы хранения компримированного водорода после воздействия температуры выше или ниже температуры окружающей среды.

Примечание — Фактическая температура системы хранения компримированного водорода может отличаться от температуры окружающей среды. В приложении А на рисунке А.5 показан диапазон возможных фактических положительных и отрицательных отклонений температур СХКВ от температуры окружающей среды.

2.15.5 температура подачи водорода Т^; Температура водорода, подаваемого станцией в транспортное средство, измеренная на уровне разрывной муфты во время заправки.

Примечание — T_fue/ является общим термином для температуры подачи водорода и может быть представлен мгновенной температурой подачи водорода T_fue/__inst или среднемассовым значением температуры подачи водорода (T_fuei__gve или T_fue/__ave__ro//для табличного протокола, МАТ₀, МАТ₃₀ или МАТ_С для протокола формулы МС).

5

ГОСТ Р 70682—2023

2.15.6 моментальная температура подачи топлива T_{fuel jnst}: Мгновенная температура подачи водорода.

2.15.7 общая среднемассовая температура подачи топлива Т_Гие^_уе. Температура подачи водорода, средневзвешенная по массе, выданного станцией в течение основного времени заправки, после того как в общей сложности прошло 30 с массового расхода с начала основного времени заправки.

2.15.8 скользящая среднемассовая температура подачи топлива T_fuelaveroll: Температура подачи водорода, средневзвешенная по массе, средняя скользящая за 30-секундный период времени, начинающийся после того, как в общей сложности прошло 30 с массового расхода с начала основного времени заправки.

2.15.9 среднемассовая температура подачи топлива МАТ₀: Температура подачи водорода, взвешенная по массе, выданного станцией с начала основного времени заправки.

Примечание — Используется только для протокола формулы МС.

2.15.10 ожидаемая среднемассовая температура подачи топлива MAT_expected: Ожидаемая температура подачи водорода в конце заправки, взвешенная по массе, выданной станцией с начала основного времени заправки (МАТ₀).

Примечание — Используется только для протокола формулы МС, в течение первых 30 с массового расхода с начала основного времени заправки.

2.15.11 среднемассовая температура подачи топлива за тридцать секунд МАТ₃₀: Температура подачи водорода, средневзвешенная по массе, выданной по истечении в общей сложности 30 с массового расхода с начала основного времени заправки.

Примечание — Используется только для протокола формулы МС.

2.15.12 контрольная среднемассовая температура подачи топлива МАТ_С: Математическая комбинация MAT_expected, МАТ₀ и МАТ₃₀, которая используется в качестве управляющего входа для окончательного уравнения, которое определяет скорость изменения давления.

Примечание — Используется только для протокола формулы МС.

2.15.13 категория температуры подачи топлива: Категория, определяемая диапазоном допустимых температур водорода.

Примечание — Категория температуры подачи водорода обозначается буквой «Т», за которой следует температура подачи водородового водорода, представляющая категорию. Температурную категорию подачи водорода для диапазона температур от минус 40 °C до минус 33 °C обозначают Т40.

3 Обозначения и сокращения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения и сокращения:

3.1 Обозначения

3.1.1 Обозначения переменных

APRR_actual — интерполированное значение средней скорости изменения давления (МПа/мин);

APRR_target — целевая средняя скорость изменения давления (МПа/мин);

APRR_sec — заданная скорость изменения давления в начале основного времени заправки (МПа/с);

APRR_final — скорость изменения давления (на основе температуры окружающей среды и Р_о);

^mstartup — масса, выдаваемая во время запуска;

Р_о — начальный уровень давления СХКВ перед заправкой водородом;

^target — целевое давление водорода;

^station — давление водорода, измеренное станцией;

^startup — начальное давление;

^pvehicle ^— Давление СХКВ;

deling — время основной заправки;

t_end — время выключения;

6

ГОСТ Р 70682—2023

3.1.2 Переменные протокола формулы МС

CHSS_{Capacity Category} — индикатор категории емкости СХКВ;

7

ГОСТ Р 70682—2023

8

ГОСТ Р 70682—2023

3.2 Сокращения

ТС —транспортное средство;

КСД —клапан сброса давления;

ТРК — топливораздаточная колонка;

DC — холодная ТРК (обозначение набора условий и допущений при предварительно охлажденной ТРК);

PDA — ассоциация инфракрасных данных.

4 Общее описание протокола заправки водородом

4.1 Протокол заправки водородом разработан для водородных наземных ТС с емкостью СХКВ от 49,7 до 248,6 л (Н35 и Н70) и более 248,6 л (только Н70) и максимальным расходом 60 г/с. Предполагается, что станция будет выполнять заправку из своего хранилища высокого давления в ТС после успешного подключения ТС и завершения первоначальных проверок. Автозаправочная станция контролирует процесс заправки в пределах рабочих границ:

- температура окружающей среды;

- класс давления ТРК и температура подачи водорода;

- размер СХКВ, форма, свойства материала, начальная температура и давление;

- перепад давления и теплопередача между ТРК и ТС.

9

ГОСТ Р 70682—2023

Типичный профиль заправки показан на рисунке 2. Время запуска начинается, когда муфта подсоединяется к заправочному ниппелю ТС, и включает в себя импульс давления соединения. Во время пуска станция измеряет начальное давление в СХКВ и категорию емкости СХКВ, а также может проверять наличие утечек. Основной период заправки начинается, когда водород начинает поступать в ТС. В этот период повышается давление и температура СХКВ. Протокол заправки должен быть разработан таким образом, чтобы температура СХКВ не превышала максимальную рабочую температуру на протяжении всего времени заправки. Завершающим этапом является отключение, начинающееся непосредственно после прекращения подачи водорода и заканчивается, когда муфта может быть отсоединена.

_________________________ Общее время _______________________ заправки

------- - давление на станции;

------ - температура СХКВ

Рисунок 2 — Характерный профиль температуры и давления СХКВ ТС во время заправки

Эксплуатационные задачи

Выполнение протоколов заправки, описанных в настоящем стандарте, обеспечивает максимальную производительность заправки водородом, не выходя при этом за технологические пределы. Целевое состояние заряда при заправке со связью составляет от 95 % до 100 % заполнения при любых условиях.

Время заправки может варьироваться в зависимости от температуры окружающей среды, начального давления в СХКВ, размера СХКВ, целевого уровня заряда и других факторов. Для установления целевых значений времени в настоящем стандарте предусмотрены следующие условия заправки:

- таблицы связи заправки;

- категория TPK Н70—Т40;

- температура окружающей среды 20 °C;

- начальное давление СХКВ 10 МПа;

- целевой уровень заряда 95 %.

10

ГОСТ Р 70682—2023

В этих условиях цель протоколов заправки настоящего стандарта состоит в том, чтобы основное время заправки составляло не более 3 мин.

4.2 Нормальные рабочие границы

Протоколы заправки, описанные в настоящем стандарте, предназначены для обеспечения того, чтобы водород в СХКВ не выходил за нормальные рабочие границы, которые определяются технологическими требованиями, перечисленными в разделе 5. Эти ограничения включают максимальную температуру СХКВ и МРД.

Для Н70 СХКВ эти пределы температуры и давления составляют от минус 40 °C до плюс 85 °C и от 0,5 до 87,5 МПа соответственно. На рисунке 3 показаны границы для заправки Н70. Максимальные температуры водорода СХКВ и МРД являются фиксированными пределами в правой (перегрев) и верхней (избыточное давление) частях графика. Максимальная плотность (100 %-ное заполнение) обеспечивает дополнительную границу.

Температура, °C

Рисунок 3 — Нормальные граничные условия Н70

Чтобы сохранить СХКВ в пределах своих рабочих границ (см. рисунок 3), станция должна регулировать поток водорода в зависимости от полного набора начальных условий. Например, если ТС заправляется водородом в жаркий день, начальная температура СХКВ может быть выше, поэтому станция должна заправляться медленнее, чтобы температура СХКВ не превышала максимальную рабочую температуру СХКВ ТС.

4.3 Стандартный протокол

Стандартный протокол определяют как протокол, который:

- соответствует общему описанию протокола заправки водородом, приведенному в разделе 4;

- соответствует общим требованиям к процессу, изложенным в разделе 5;

- учитывает как допущения станции, так и СХКВ ТС, определенные в разделе 6 и приложении А;

- способен поддерживать СХКВ в пределах допустимых пределов эксплуатации при всех возможных условиях с помощью компьютерного моделирования и стендовых испытаний;

- был протестирован и подтвержден в полевых условиях на реальных водородных станциях.

Протокол на основе таблиц, приведенный в разделе 7 (стандартные таблицы в приложении Г, таблицы для предварительно охлажденной ТРК в приложении Д), и протокол на основе формул МС, приведенный в разделе 8, соответствуют определению стандартного протокола.

11

ГОСТ Р 70682—2023

Рекомендуется, чтобы стандартные протоколы и любые нестандартные протоколы не применялись на одной и той же станции, чтобы свести к минимуму риск перегрева СХКВ при последующей заправке.

5 Общие технологические требования для заправки водородом

5.1 Раздел содержит общие требования к процессу заправки водородом и не содержит требований к ТРК и станции. Каждый протокол заправки может иметь дополнительные требования и ограничения процесса, которые содержатся в разделах 7 и 8. Требования, приведенные в настоящем стандарте, являются минимальными требованиями. Производители могут принять дополнительные меры предосторожности.

Ограничения по части СХКВ

Настоящий стандарт распространяется на заправку ВНТ с емкостью СХКВ от 49,7 до 248,6 л (1,2— 6,0 кг) для Н35 (35 МПа) и от 49,7 до 248,6 Л (от 2 до 10 кг) и более 248,6 л (>10 кг) для Н70 (70 МПа). В таблицах 4 и 8 приведена разбивка по категориям хранения.

5.2 Технологические требования к измерениям и датчикам

5.2.1 Размещение

5.2.1.1 Давление на станции и температура подачи водорода

Датчики, измеряющие давление и температуру подачи водорода, должны располагаться по ходу потока перед и как можно ближе к разрывной муфте. Расстояние между датчиком и разрывной муфтой не должно превышать 1 м.

5.2.1.2 Температура окружающей среды

Датчик, используемый для измерения температуры окружающей среды, должен быть защищен от условий окружающей среды, которые могут повлиять на его точность.

5.2.2 Точность

Давление на станции, температура подачи водорода и температура окружающей среды должны измеряться с учетом точности датчиков, чтобы гарантировать, что общие требования к процессу, изложенные в разделе 5, а также требования к процессу, предусмотренные в разделах 7 и 8, не нарушены.

5.2.3 Частота

Давление на станции должно регистрироваться с частотой, обеспечивающей соблюдение общих технологических требований, изложенных в разделе 6, а также возможность проверки параметров производительности станции.

5.2.4 Надежность

Поскольку измерения давления на станции, температуры подачи водорода и температуры окружающей среды являются неотъемлемыми факторами обеспечения безопасности на заправочной станции, производитель ТРК должен предусмотреть средства для обеспечения их надежности (например, дублирование средств измерения).

5.3 Требования к температуре

5.3.1 Температура подачи водорода

Температура мгновенной подачи водорода Т^ _inst всегда должна быть больше или равна минус 40 °C. Станция должна прекратить заправку ТС как можно быстрее, но в течение 5 с, если температура водорода ниже минус 40 °C.

Хотя верхний предел мгновенной температуры подачи водорода не предусмотрен в качестве технологического требования, стандартные протоколы разработаны на основе предположения, что температуры компонентов станции равны температуре окружающей среды (см. А.3.3 приложения А). Температура компонентов станции не должна превышать температуру окружающей среды (это может быть достигнуто, например, с помощью защиты от нагрева от солнечного света).

5.3.2 Температура водорода в СХКВ транспортного средства

Станция не должна заправляться водородом либо должна прекратить заправку ТС как можно быстрее, но в пределах 5 с, если температура водорода в СХКВ превышает 85 °C. 12

ГОСТ Р 70682—2023

5.4 Требования к давлению

5.4.1 Начальное давление

Начальное давление должно использоваться как Р_о при применении протокола, основанного на таблице, и Pi_ni_tj_ai при применении протокола, основанного на формуле МС. Если начальное давление составляет менее 0,5 МПа или превышает номинальное рабочее давление класса давления (35 МПа или 70 МПа), то станция должна завершить процедуру заправки как можно быстрее, но в пределах 5 с.

5.4.2 Рабочее давление

В случае заправки водородом со связью, станция не должна осуществлять заправку или должна прекратить ее как можно быстрее, но в пределах 5 с, если давление СХКВ превышает или равно 125 % НРД.

5.5 Другие требования к процессу

5.5.1 Состояние заряда

При заправке водородом со связью станция должна прекратить заправку как можно скорее, но в течение 5 с, если состояние заряда превышает или равно 100 %. Станция может использовать SOC_vehi_Ci_e или SOC_station на основе актуального метода заправки на ТРК. Для выполнения этого требования может быть использовано уравнение (1) из 3.12 или эквивалентные методы.

5.5.2 Расход

Протоколы заправки должны быть разработаны таким образом, чтобы максимальная скорость потока не превышала 60 г/с. Станция должна прекратить заправку как можно быстрее, но в пределах 5 с, если измеренный максимальный расход водорода превышает 60 г/с.

5.5.3 Время запуска

5.5.3.1 Максимальная масса водорода при запуске

Общая масса водорода, передаваемого ТС во время запуска, должна составлять менее 200 г.

5.5.4 Допуски

Станционные ТРК должны учитывать соответствующие допуски в своей методологии реализации протокола, чтобы обеспечить безопасное и точное выполнение заправки. ТС, которые связываются со станцией, должны учитывать соответствующие допуски для своих сигналов.

6 Основные допущения моделирования

6.1 Табличный протокол заправки был разработан на основе результата моделирования термодинамических процессов заправки и с использованием допущений, учитывающих реальный опыт водородных заправочных станций и производителей ТС. Данный раздел и приложение А (таблицы А.2 и А.З) содержат эти допущения. Если параметры ТС выходят за эти рамки (см. приложение А), то СХКВ следует проверить в соответствии со стандартными протоколами (и нестандартными протоколами, если они применимы), чтобы убедиться, что рабочие границы СХКВ при заправке не нарушаются и нет никаких проблем, в том числе с производительностью.

Исходные условия

При разработке настоящих протоколов расчет общего максимального перепада давления между разрывной муфтой и СХКВ (см. приложение А) проводится при принятых следующих условиях: давление в СХКВ 10 МПа, температура водорода в разрывной муфте минус 15 °C.

6.2 Допущения по части транспортных средств и ТРК

Начальный перепад давления в ТС принимают равным 20 МПа от заправочного ниппеля до СХКВ, а начальный перепад давления в ТРК станции составляет 15 МПа от разрывной муфты до выходного отверстия заправочной муфты (суммарный общий перепад давления 35 МПа) при массовом расходе, в 1,5 раза превышающем средний массовый расход, необходимый для заправки всей емкости за 3 мин (например, для емкости 5 кг: массовый расход равен 5000 г/180 с ■ 1,5 = 41,67 г/с).

13

ГОСТ Р 70682—2023

7 Протокол заправки на основе таблиц

7.1 Общие требования к процессу заправки водородом

Протокол заправки на основе таблиц учитывает температуру подачи водорода на ТРК, температуру окружающей среды, категорию емкости СХКВ и начальное давление СХКВ для выбора соответствующих параметров заправки. Моделирование используют для разработки серии таблиц поиска параметров, которые оптимизируют процесс заправки, обеспечивая при этом постоянное выполнение требований раздела 5 к процессу. Основные допущения моделирования представлены в разделе 6, а подробная информация приведена в приложении А.

Станция выбирает правильную таблицу поиска на основе температуры подачи водорода, категории емкости СХКВ и отсутствия или наличия сигнала связи от ТС (характеристики температуры подачи водорода к ТРК приведены в приложении Е). После выбора соответствующей таблицы станция определяет конкретные параметры заправки, такие как средняя скорость изменения давления и целевое давление, на основе температуры окружающей среды и начального давления СХКВ. Подробные инструкции по использованию таблиц приведены в приложении Ж.

Для ТС без связи станция будет заправляться водородом на основе табличного значения средней скорости изменения давления до тех пор, пока не будет достигнуто заданное в таблице целевое давление. Для ТС со связью будет применяться та же средняя скорость изменения давления. Станция может использовать данные ТС, включая сообщенную температуру СХКВ, для расчета текущего состояния заряда, чтобы осуществить заправку до значения давления, соответствующего от 95 % до 100 % состояния заряда СХКВ. Тем не менее, целевое давление в таблицах заправки связи имеет приоритет над расчетом состояния заряда, чтобы гарантировать, что СХКВ остается в пределах своих рабочих границ.

В таблице 2 приведен пример таблицы заправки, а полный набор стандартных таблиц заправки приведен в приложении Г. Для любой заданной температуры подачи водорода на станцию, температуры окружающей среды и категории емкости СХКВ в таблицах поиска указаны одинаковые значения средней скорости изменения давления как для заправки в рамках категории Н35, так и категории Н70 (для одного и того же объема СХКВ); различаются только конечные целевые давления. Это сделано для устранения перегрева, если ТС с категорией СХКВ Н70 сначала заправляется водородом в ТРК категории Н35, а затем немедленно заправляется водородом Н70.

Табличный протокол заправки также содержит метод «долива» для увеличения конечного состояния заряда СХКВ, если начальное давление ниже 5 МПа.

Существуют дополнительные таблицы «холодных заправок», которые могут сократить время заправки (более высокая средняя скорость изменения давления) и могут быть реализованы на станциях с высокой интенсивностью использования (частые, следующие друг за другом заправки). Их может применять только станция, отвечающая соответствующим критериям для холодных заправок (см. 7.12).

Станции, использующие табличный протокол, должны соответствовать всем требованиям раздела 5.

14

Таблица 2 — Образец табличного протокола заправки для категории емкости СХКВ В/Н70-Т40 со связью

ГОСТ Р 70682—2023

ГОСТ Р 70682—2023

7.1.1 Категории станций

В таблице 3 приведены категории температур подачи водорода по классам давления для табличного протокола заправки. Категория станции определяется классом давления и температуры водорода, под которыми она его может подавать. Например, температурная категория подачи водорода для диапазона от минус 40 °C до минус 33 °C обозначается как Т40. Существует три категории температур подачи водорода, обозначаемые Т40, ТЗО или Т20. Для категории емкости СХКВ D (см. 7.2) категории температуры подачи водорода обозначаются T40D, T30D или T20D и обычно имеют более широкий рабочий диапазон температур подачи водорода.

На станции могут присутствовать одновременно несколько классов давления и температуры подачи водорода для разных ТРК, однако рекомендуется присутствие единой категории для всех ТРК (см. А.3.9). ТРК не может заправлять транспортное средство более низкого класса давления.

Таблица 3 — Категории температуры подачи водорода по классам давления

7.1.2 Температура подачи водорода

7.1.2.1 В этом разделе приведены требования к температуре подачи водорода для табличного протокола заправки. Общие требования к температуре указаны в 5.3.

Требования к охлаждению линии подачи водорода

Мгновенная температура подачи водорода T_fuei _inst должна соответствовать диапазону температур подачи водорода, указанному в таблице 3 для его назначенной категории, по истечении в общей сложности 30 с массового расхода с начала основного времени заправки водородом. Если в течение последних 10 с этого 30-секундного периода имеет место преднамеренный период остановки заправки, в общей сложности допускается 40-секундный массовый расход. Если станция не может выполнить это требование, она должна выполнить одно из следующих действий:

- выполнить процедуру понижения температуры подачи водорода, указанную в 7.10 (если применимо);

- пауза (отсутствие потока) минимум на 60 с перед возобновлением заполнения, при этом основное время заправки водородом t_fuei_ing установлено на ноль, a P_startup установлено на последнюю величину давления станции до возобновления заполнения;

- прекратить заправку как можно скорее, но в пределах 5 с.

Примечания

1 Изготовитель ТРК должен внедрить метод отслеживания скорости изменения мгновенной температуры подачи водорода T_{fuel /nsP} чтобы убедиться, что она снижается с ожидаемой скоростью. Таким образом, раздаточная колонка сможет обнаружить неисправность раньше, чем при ожидании истечения полных 30 с массового расхода.

2 В зависимости от конструкции ТРК и системы охлаждения могут возникнуть условия, при которых невозможно обеспечить достижение температуры подачи водорода верхней границы периода предварительного охлаждения в течение 30 с. Усугубляющими факторами являются высокие температуры окружающей среды и небольшие объемы СХКВ.

7.1.2.2 Допуски по температуре подачи водорода

Для любой категории подачи водорода по истечении в общей сложности 30 с массового расхода с начала основного времени заправки водородом (за исключением случаев, когда в течение последних 10 с этого 30-секундного периода происходит преднамеренный период остановки заправки, тогда в общей сложности 40 с массового расхода) температура подачи водорода должна поддерживаться в соответствующем диапазоне температур, указанном в таблице 3, при соблюдении требований 7.1.2.2а), 7.1.2.26) или 7.1.2.2b). Если станция не может удерживать температуру подачи водорода в пределах этих диапазонов температур подачи водорода, то она должна выполнить резервную процедуру, описанную в 7.10 (если применимо), или прекратить заправку как можно скорее, но в течение 5 с.

16

ГОСТ Р 70682—2023

Станция может использовать любой из трех методов измерения температуры, перечисленных в 7.1,2.2а) — 8.1.2.2b), для контроля температуры подачи водорода в течение всей заправки.

а) Мгновенная температура подачи водорода

По истечении 30 с массового расхода с начала основного времени заправки водородом (за исключением случаев с периодом преднамеренной остановки заправки в течение последних 10 с этого 30-се-кундного периода, когда время общего массового расхода составляет 40 с), мгновенная температура подачи водорода T_fuei _inst должна находиться в пределах диапазона соответствующей температурной категории, указанной в таблице 3, за исключением 10 с после преднамеренного периода остановки заправки.

б) Суммарная среднемассовая температура подачи водорода

^е/-аие^опР^{еделяют}’ ^как общее среднее по массе Т^^ i_nst, начиная с момента, когда в общей сложности прошло 30 с массового расхода с начала основного времени заправки, и вычисляют по формуле

22 [(^m0) ^{— m}('-1)) ®’5(Tfuel-instO) ⁺ ^fue/_msf(/-1))J

Tfuel-ave(i)⁼ ~ J • (2)

К^)-^/-!)) 30

При / > 30, где i — одиночный расчетный цикл длительностью 1 с.

По истечении в общей сложности 30 с массового расхода с начала основного времени заправки водородом (за исключением случаев, когда в течение последних 10 с этого 30-секундного периода происходит период преднамеренной остановки заправки, тогда общий массовый расход составляет 40 с), Tfuel-ave Д^олжна оставаться в пределах диапазона, указанного в таблице 3, в любое время, когда массовый расход превышает 0,6 г/с в течение более 10 с. Дополнительным требованием является то, чтобы (Tfuei inst~ T_fuei._ave') < 10 °C в любое время, когда массовый расход превышает 0,6 г/с в течение более 10 с.^то значение массового расхода составляет 1 % от максимального массового расхода, описанного в 5.5.2 (т. е. 0,01 60 г/с = 0,6 г/с).

в) Среднее скользящее температуры подачи водорода по массе 7_ft;e/._ai/e._ro//определяют, как 30-се-кундное среднее скользящее массовое значение Т^ _inst, начинающееся после того, как в общей сложности прошло 30 с массового расхода с начала основного времени заправки и вычисляют по формуле

22|_(^m(0 ^{— m}('-1)) ^’^{Tfuel_inst(i) ⁺Ъие1 _inst(i-^)^

-г _ 30_____________________________________________________

¹ fuel-ave-roll(i) ^_ /

K^o-^-d)

30

При 30 < / < 60, а также:

/

22 (^m(')^-m('-1)) Т\5(ТУие1 _inst(i) ⁺Tfuei_inst(i-T))

т ₌ i-ЗО^L

’ fuel-ave-roll(i) / •

2>(/)-^m(/-1)) 30

При / > 60, где i — один цикл расчета продолжительностью 1 с.

По истечении в общей сложности 30 с массового расхода с начала основного времени заправки водородом (за исключением случаев, когда в течение последних 10 с этого 30-секундного периода происходит период преднамеренной остановки заправки, тогда общий массовый расход составляет 40 с), T_foe/._ave^._o//должно оставаться в пределах диапазона, указанного в таблице 3, в любое время, когда массовый расход превышает 0,6 г/с в течение более 10 с. Дополнительным требованием является то, чтобы (T_fuei i_nst - T_fuei._ave._roii) < 10 °C в любое время, когда массовый расход превышает 0,6 г/с в течение более 10 с.

7.1.3 Минимальное время запуска

Время запуска, t_startup, должно удовлетворять следующему требованию:

aV ^mstartup . ^а^ ^mstartup

startup - IAPRR\ ^startuP ~ IAPRR\ ’

17

ГОСТ Р 70682—2023

х _> ^а^ ^mstartup startup - _{APRRsec) '

где APRR_sec — заданная скорость нарастания давления в начале основного времени заправки, МПа/с;

V — объем СХКВ (если объем СХКВ не определен, следует использовать наименьший объем СХКВ, т. е. 49,7 л), л;

^mstartup — масса, выдаваемая за период запуска;

а = 1,717;

b = -0,9773;

с = 0,9828.

7.2 Емкость СХКВ

В таблице 4 указаны допустимые категории емкости СХКВ для табличного протокола заправки.

Таблица 4 — Категории емкости СХКВ

Станция может реализовать все категории емкости СХКВ (от Н35 А до С, Н70 от А до D), или же может выбрать реализацию отдельных категорий емкости СХКВ (например, А, В и С, но не D).

Если станция способна определить емкость СХКВ с помощью метода с точностью ±15 %, то результат этого определения может использоваться для выбора подходящей таблицы при заправке водородом.

Если станция не может реализовать эту степень точности, или если категория емкости СХКВ не определена (например, если измеренная емкость СХКВ составляет 4,01 кг, а точность составляет ±15 %, то категория емкости СХКВ является неопределенной), то станция должна использовать более консервативные значения. Подробное объяснение этого подхода вместе с примерами приведено в Ж.2 приложения Ж.

7.3 Требования к давлению

7.3.1 Начальное давление

Начальное давление должно использоваться как Р_о при применении табличного протокола. Если начальное давление меньше 0,5 МПа или больше номинального рабочего давления класса давления (35 МПа или 70 МПа), то станция должна прекратить заправку как можно скорее, но в течение 5 с.

Примечание — Сообщаемое давление от ТС менее 0,5 МПа до импульса подключения является приемлемым при условии, что начальное давление, измеренное после импульса подключения, превышает 0,5 МПа.

7.3.2 Допуски по давлению для APRR

В течение основного периода заправки станция поддерживает давление, ориентируясь на среднее значение скорости нарастания давления (APRR_tgrget) на основе справочных таблиц заправки или, в случае категории емкости СХКВ D, меньшее значение из таблицы заправки.

Приложенное давление должно находиться в пределах верхнего и нижнего допуска исходя из истекшего времени основного периода заправки t_fuei_ing. Полученные диапазоны допусков графически представлены на рисунке 4. В течение основного времени заправки, за исключением первых 15 с, стан-18

ГОСТ Р 70682—2023

ция должна поддерживать давление в пределах верхнего и нижнего допусков. Если давление на станции превышает верхний допуск по давлению на 5 МПа или менее, оно должно вернуться в пределы допуска в течение 5 с после начального отклонения или прекратить подачу водорода в течение 5 с после начального отклонения. Если величина отклонения превышает 5 МПа, то станция должна прекратить заправку водородом в течение 5 с после первоначального отклонения. Если давление на станции падает ниже нижнего допуска по давлению, то оно должно вернуться в допустимые пределы в течение в общей сложности 15 с после начального отклонения, не считая запланированного времени без заправки, в противном случае станция должна прекратить заправку в течение 15 с с момента падения давления.

Верхний допуск по давлению

Категории емкости СХКВ А, В, С, D:

^station ~ ^startup ⁺ ^^^^target^ ^fueling^ ⁺ ^Рupper

Ще ДР_иррег=7,0 МПа.

Нижний допуск по давлению

Категории емкости СХКВ А, В, С:

^station ~ ^startup + Max [((APRR_(arg_e() ^fueling) ^Рlower)' ^’ где &P_lower= 2,5 МПа.

Категория емкости СХКВ D:

^station ~ ^startup + Мах [((1 МПа/мин) (,^_иец_Пд) ^P/owe^' ^1’

где AP_/ower= 2,5 МПа.

Периоды преднамеренной остановки заправки (например, остановка для переключения между хранилищами или проверки на утечку) не включаются в оставшееся время основного периода заправки (т. е. заправка не происходит в течение периода остановки заправки). Давление на станции должно оставаться выше допустимого нижнего предела давления только во время течения водорода в СХКВ, что исключает периоды остановки заправки.

На рисунке 5 показана фактическая заправка водородом, прерванная периодом преднамеренной остановки заправки, для категорий емкости СХКВ А, В и С. Заправка водородом без периодов остановки заправки показана на рисунке 4. На рисунке 6 показаны допуски по давлению при заправке водородом для категории емкости СХКВ D, где нижний допуск по давлению основан на значении APRR, равном 1 МПа/мин.

Рисунок 4 — Допуски по давлению во время заправки для категорий емкости СХКВ А, В, С

19

ГОСТ Р 70682—2023

Рисунок 5 — Допуски по давлению во время заправки с периодами остановки для категорий емкости СХКВ А, В, С

7.4 Управление циклом

ТРК не должна циклически регулировать поток водорода, многократно запуская и останавливая заправку. Станция не должна снижать расход водорода ниже 1 % от максимального расхода более десяти раз в течение основного периода заправки. Это требование включает периоды остановки заправки (проверки утечек, переключение банков и т. д.) в течение основного периода заправки.

7.5 Сигнал прерывания от автомобиля

Если заправочная колонка поддерживает заправку со связью, станция должна продолжать контролировать интерфейс связи, вне зависимости от того, какой тип заправки осуществляется (со связью или без нее), и должна прекратить заправку как можно скорее, но в течение 5 с, после обнаружения 20

ГОСТ Р 70682—2023

сигнала «прекращение» от ТС. ТС может использовать сигнал прерывания для остановки заправки по любой причине. Это позволяет ТС контролировать процесс заправки и дополнять работу станции еще одним уровнем контроля.

7.6 Допуски

Станция должна учитывать свои допуски при применении этого протокола заправки. Допуски должны применяться для обеспечения того, чтобы скорость линейного изменения давления и конечное давление оставались в установленных границах или пределах.

7.7 Табличная блок-схема заправки водородом

На рисунке 7 показана общая блок-схема заправки со связью и без связи, основанная на таблице заправки водородом. Более подробные блок-схемы с описанием подпрограмм содержатся в приложении Б.

Рисунок 7 — Общий алгоритм заправки со связью и без связи

21

ГОСТ Р 70682—2023

В начале заправки станция должна контролировать интерфейс связи на наличие сигналов от ТС. Если сигнал отсутствует или полученные сигналы не соответствуют физическим и функциональным требованиям, как определено в [1], то станция должна применить процедуру заправки без связи, как описано в 7.8. Если сигнал присутствует и соответствует физическим и функциональным требованиям, то станция должна применить процедуру заправки со связью, как описано в 7.9.

Примечание — Процедура запуска заправочной колонки, приведенная на рисунке 7, может начаться до проверки физических и функциональных требований, приведенных в [1], на основе методологии заправки заправочной колонки.

7.7.1 Определение таблицы заправки и параметров заправки

В конце периода запуска заправки станция имеет всю информацию (номинальная температура подачи водорода в ТРК, наличие связи, определенная категория емкости СХКВ и т. д.), необходимую для выбора соответствующей таблицы заправки и расчета соответствующих параметров заправки на основе табличных значений. На рисунке Б.6 приложения Б представлен пример входных данных и их анализа, используемых станцией при выборе таблицы.

После того как станция определит соответствующую таблицу заправки, значения измеренной температуры окружающей среды Т_атЬ и начального давления СХКВ Р_о будут использоваться для определения результирующего APRR и целевого давления P_target-

Для получения актуальных параметров заправки из табличных значений должна использоваться линейная интерполяция. Это будет одномерная интерполяция для APRR_actuai (на основе температуры окружающей среды) и двумерная интерполяция для целевого давления или предела давления (на основе температуры окружающей среды и начального давления СХКВ). Если одно из значений интерполяции находится в зоне таблицы «период остановки заправки», то ТРК не должна заправлять ТС. Приложение Ж содержит руководство по интерполяции.

Для категорий емкости СХКВ А, В и С, в течение основного периода заправки, станция подает давление, ориентируясь на среднее значение скорости линейного изменения давления APRR_targeP равное фактическому значению APRR_actuai. Для категории емкости СХКВ D в течение основного периода заправки станция устанавливает давление, ориентируясь на среднее значение скорости увеличения давления APRR_targeP рассчитанное как меньшее из двух значений:

a) APRR_actuai на основе соответствующей справочной таблицы заправки водородом;

б) APRR_calcui_ated, вычисленный на основе формулы (5) для категории емкости СХКВ D:

APMcalculated^.5.^^^ (5)

^VCHSS

APRRfarget ” MINIMUM (APRR_cai_cui_ated’ APPPactual}’

где V_{statjon D} — объем, установленный станцией в диапазоне от 137 до 174 л;

Vchss — объем заправляемого СХКВ, л;

APRR_actuai — значение APRR из применимой справочной таблицы для емкости СХКВ категории D.

7.8 Заправка водородом без связи

Все станции, использующие протокол заправки на основе таблиц, должны иметь возможность заправляться в соответствии с протоколом заправки без связи.

Протокол заправки без связи на основе таблиц предполагает, что никакие данные не передаются от ТС к станции. Для конкретной категории емкости СХКВ и температуры окружающей среды APRR аналогична таковой при заправке со связью. Основное отличие заключается в том, что окончание заправки определяется только целевым давлением.

7.8.1 Процедура заправки водородом

Выбор параметров заправки без связи основан на общем описании, рассмотренном в 7.7. Блок-схема процесса заправки водородом без связи представлена на рисунках Б.1 и Б.2 приложения Б. На рисунках Б.4 и Б.7 приложения Б представлены дополнительные детали работы в рамках подпрограммы отсутствия связи в процессе заправки.

7.8.2 Окончание заправки

Все заправки без связи должны заканчиваться, когда давление на станции сравняется с выбранным целевым давлением таблицы для заправки без связи P_targeP Станция должна применять подхо-22

ГОСТ Р 70682—2023

дящие методики для измерения или расчета потери давления между станцией и ТС, и корректировать давление станции на это значение. Если используется этот подход, станция должна принять соответствующие меры для обеспечения того, чтобы при любых условиях P_vehj_C/_e не превышало целевое дав-^{ление P}targef

7.9 Заправка со связью

Протокол заправки на основе таблицы для заправки со связью должен использовать сигнал IrDA, как определено в [1], для передачи информации от ТС на станцию. Для стандартной процедуры заправки водородом со связью и для данного объема СХКВ и температуры окружающей среды APRR аналогична процедуре заправки без связи. Основное отличие состоит в том, что станция использует сигналы ТС (см. [1]) для определения окончания заправки водородом, обеспечивая более высокий уровень заряда СХКВ, чем при отсутствии связи. В случае заправки со связью целевое давление является верхним пределом.

Если применимо, при использовании связи следует учитывать 2.6.1.

7.9.1 Процедура заправки водородом

Выбор параметров при заправке со связью должен быть основан на общих положениях, рассмотренных в 7.7.

В приложении Б схема процесса заправки со связью представлена на рисунках Б.1, Б.З и Б.4 приложения Б. На рисунках Б.4 и Б.7 приложения Б представлены дополнительные детали работы подпрограммы заправки со связью.

На рисунке Б.7 приложения Б показана опциональная резервная процедура, которая может применяться при заправке средств связи в тех случаях, когда станция не может поддерживать температуру подачи водорода.

7.9.2 Установление связи

Раздаточная колонка должна получать сообщения от ТС в течение всего процесса заправки. Во избежание сбоев связи, когда оператор подключает заправочный пистолет, заправочная колонка не должна считать связь полностью установленной до тех пор, пока заправочный пистолет не будет установлен на место и не начнется процедура запуска заправки. Как только связь установлена, заправочная колонка должна продолжить заправку, используя протокол заправки со связью, до тех пор, пока продолжают поступать корректные сигналы.

7.9.3 Потеря связи

Если сигнал данных от ТС потерян или не соответствует физическим и функциональным требованиям, определенных в [1], то ТРК должна прекратить заправку как можно скорее, но в течение 5 с, или продолжить заправку ТС, используя протокол заправки без связи, описанный в 7.8, при условии, что станция определяет целесообразность продолжения заправки водородом после потери командного сигнала подачи водорода.

Если станция решает продолжить заправку согласно протоколу заправки без связи, после потери связи, то станция должна определить новое целевое давление на основе нового определения первоначального давления.

7.9.4 Определение массивов данных связи

Массивы данных, которые должны быть отправлены из автомобиля на станцию:

- ID: идентификатор протокола;

- VN: номер версии;

- TV: объем баллонов;

- RT: тип заправочного ниппеля;

- FC: заправочная команда;

- МР: измеренное давление;

- МТ: измеренная температура;

- OD: дополнительные данные.

7.9.4.1 Идентификатор протокола

ТС должно передать идентификатор протокола ID. Заправочная колонка не должна заправлять ТС, если идентификатор протокола ТС не соответствует идентификатору протокола, основанного на таблице протокола заправки водородом, используемого заправочной колонкой.

23

ГОСТ Р 70682—2023

7.9.4.2 Номер версии программного обеспечения для передачи данных

Для протокола заправки на основе таблиц ниже приведены номера версий связи.

VN = 01.00 или VN = 01.10 являются допустимым протоколом связи, как определено в [1].

Определения полей данных приведено в 7.9.4.

Раздаточная колонка не должна заправлять ТС, если номер версии ТС не соответствует VN = = 01.00 или VN = 01.10.

Применимые станции VN = 01.00 должны иметь возможность принимать и использовать передачу данных VN = 01.00.

Применимые станции VN = 01.10 должны иметь возможность принимать и использовать обмен данными как VN = 01.00, так и VN = 01.10.

7.9.4.3 Объем водородного баллона

Диапазон: от 0000,0 до 5000,0.

ТС должно передавать в раздаточную колонку накопительный объем СХКВ ТС в литрах (объем воды при номинальном рабочем давлении).

7.Э.4.4 Тип розетки

|RT = Н35| или |RT = Н70|

ТС должно передать класс давления СХКВ ТС, который также должен соответствовать НРД СХКВ. ТРК не должна выдавать водород, если RT меньше класса давления ТРК.

7.Э.4.5 Команда заправки

ТС должно использовать следующие команды заправки

|FC = Dyna|

Когда ТС передает |FC = Dyna| и без дополнительной команды данных, заправочная колонка должна выдавать водород на основе табличного коммуникационного протокола заправки, определенного в 7.9.

|FC = Stat|

|FC = Stat| не должны использоваться. Если эта команда получена станцией, то станция должна считать, что связь не соответствует физическим и функциональным требованиям.

|FC = Haiti

|FC = Halt| является необязательным для ТС. Если станция не реализует |FC = Haiti, то станция должна ответить на эту команду прекращением процесса заправки.

Если станция использует эту команду заправки |FC = Haiti, то она должна приостановить заправку. Станция должна перезапустить процесс заправки, если команда заправки |FC = Dyna| принимается не менее 2 с. Станция завершает процесс заправки, если команда заправки |FC = Haiti принимается более 60 с.

|FC = Abort|

Когда ТС передает |FC = Abort|, ТРК должна прекратить процесс заправки как можно скорее, но в течение 5 с.

7.9.4.6 Измеренное давление

Диапазон: от 000,0 до 100,0

ТС должно передавать измеренное давление водорода в СХКВ в МПа. Если заправочная колонка контролирует измеренное давление, она должна прекратить заправку как можно скорее, но в течение 5 с, если измеренное давление превышает МРД, как определено в 2.10.7.

7.9.4.7 Измеренная температура

Диапазон: от 16,0 до 425,0

ТС должно передавать измеренную СХКВ температуру водорода в градусах Кельвина. Измеренная температура должна быть репрезентативной для средней температуры водорода СХКВ. Если ТРК отслеживает измеренную температуру, она должна прекратить заправку как можно скорее, но в течение 5 с, если измеренная температура превышает максимальную температуру водорода СХКВ работающего ТС, как определено в 5.3.2.

7.9.4.8 Дополнительные данные

Для протокола заправки на основе таблиц команда дополнительных данных игнорируется.

7.9.5 Предел плотности переполнения при заправке со связью

Таблицы для протокола заправки со связью включают конечное давление, которое используется для обеспечения того, чтобы плотность СХКВ никогда не превышала 120 % от максимального уровня заряда. Эти меры предосторожности со стороны станции аналогичны протоколу заправки без связи (см. рисунок А.8 приложения А).

24

ГОСТ Р 70682—2023

7.9.6 Окончание заправки

Станция может использовать данные о ТС, включая переданную температуру СХКВ, для расчета состояния заряда и должна заканчивать заправку водородом при давлении, соответствующем состоянию заряда от 95 % до 100 %. Однако целевые значения давления в таблицах заправки со связью имеют приоритет над расчетом состояния заряда, чтобы гарантировать, что СХКВ остается в пределах своих рабочих границ.

7.10 Ошибка температуры подачи водорода и аварийная процедура

Только в случаях заправки со связью, если станция не может поддерживать требования к своей категории температуры подачи водорода, как описано в 8.1.2, тогда она должна либо прекратить заправку (как можно скорее, но в течение 5 с), либо вернуться к более высокотемпературной категории подачи водорода. Если выбран резервный вариант, то станция должна выбрать соответствующую таблицу заправки и рассчитать новое целевое давление, используя ту же температуру окружающей среды и начальное давление СХКВ, которые были измерены при запуске заправки. Станция должна вычислить новую резервную скорость нарастания давления (FPRRtarget)’ используя уравнение (6):

FPRR

target ^_

(Pfinal target ^l)

1

APRRfj_nai

(6)

' (Pfinal target ~ Ро } ~ ^station fallback

где APRR_f/ng/ соответствует APRR из резервной справочной таблицы (на основе температуры окружающей среды и Р_о);

FPRR_target — резервная целевая скорость изменения давления;

Pfinal target — целевое давление при заправке в более теплой категории температуры подачи водорода;

Р₁ — давление в точке возврата;

Р_о — начальное давление СХКВ, измеренное во время запуска подачи водорода; ^station fallback — основное время заправки в резервной точке.

Если резервная целевая скорость изменения давления FPRR_target меньше, чем скорость изменения давления при доливе (см. 7.11), то FPRR_target может быть установлена равной скорости нарастания давления при доливе, когда она доступна.

Описанный выше возврат в более теплую температурную категорию не допускается в случае заправки без связи. Если связь потеряна во время этого возврата, станция должна прекратить заполнение в течение 5 с. Станции не должны использовать резервную процедуру для перехода на более низкую температуру подачи водорода (и более быструю APRR), включая возврат к исходной APRR, если станция возвращается к начальной категории температуры подачи водорода. Процедура возврата может быть использована только один раз во время заправки, и станция должна прекратить заправку (как можно скорее, но в течение 5 с), если температура подачи водорода превышает верхний предел температуры подачи водорода. Если температура подачи водорода на станции вернулась к начальной категории температуры подачи водорода после возврата, то заполнение может продолжаться при условии, что профиль заполнения использует целевое давление и APRR, связанные с более высокой (резервной) температурной категорией.

На рисунке 8 показан пример заправки с переходом, когда станция начинает заправку водородом при температуре подачи водорода Т40, а затем возвращается к температуре подачи водорода ТЗО, когда температура подачи водорода превышает минус 33 °C. На рисунке Б.7 приложения Б показан пример схемы резервной заправки станции водородом.

25

ГОСТ Р 70682—2023

Рисунок 8 — Пример заправки с переходом — от Т40 до ТЗО

7.11 Дозаправка водородом

ТРК должны использовать процедуру дозаправки (долива) для увеличения итогового состояния заряда в случае, когда начальное давление составляет менее 5 МПа. Блок-схемы приведены в приложении Б, а таблицы заправки находятся в части таблиц заправки со связью для Н70 в приложениях Г и Д. После достижения целевого давления станция должна заправлять транспортное средство при более медленной целевой APRR_tgrget, пока не будет достигнуто целевое состояние заряда, т. е. получен сигнал прерывания или достигнуто целевое давление. Для условий, когда в таблице заправки нет четких указаний (например, в таблице емкости Н70 Т40 СХКВ категории В, 5 °C Т_дтЬ и 1 МПа Р_о), заправочная колонка должна использовать значения для следующих наиболее теплых описанных условий (используя тот же пример таблицы Н70 Т40 СХКВ категории В, используют 10 °C Т_дтЬ и 1 МПа Р_о) (см. приложение Ж, примеры В и Г). Процедуру пополнения следует использовать только для класса давления Н70 и протокола заправки.

7.12 Справочные таблицы для холодной заправки

Для заправки со связью в случае категорий емкости СХКВ А, В и С станции могут дополнительно использовать процедуру холодной заправки, которая позволяет увеличить APRR, когда все компоненты заправочной колонки имеют достаточно низкую температуру. Процедура холодной заправки может использовать более высокую APRR, потому что, если компоненты раздаточной колонки начинают заправку водородом при более низкой температуре, в СХКВ выделяется меньше тепла.

Процедура холодной заправки должна использоваться только для класса давления Н70 и температурных категорий подачи водорода ТЗО и Т40. Процедура холодной заправки должна использоваться только тогда, когда температура компонентов ТРК и T_fuei в начале заправки ниже 0 °C или минус 10 °C. Холодная заправка должна осуществляться только при наличии связи с ТС. Станция должна использовать туже процедуру для выбора соответствующего APRR и целевого давления, что и для стандартных заправок со связью. ТРК должны выбрать соответствующую таблицу холодной заправки с помощью таблицы 5. Таблицы холодных заправок перечислены в приложении Д.

Таблица 5 — Обзор справочных таблиц холодных ТРК (DC)

26

ГОСТ Р 70682—2023

Производители и операторы станций должны знать, что точное измерение температуры на стороне станции имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы температура СХКВ не превышала максимальную рабочую температуру. Кроме того, условия окружающей среды, такие как солнечный свет, могут повлиять на точность измерения температуры станции.

Измерение(я) температуры компонентов ТРК должно(ы) учитывать влияние температуры компонентов ТРК на охлаждение водорода. Измерение(я) компонента ТРК должно(ы) быть в месте(ах), где водород, как ожидается, будет самым теплым, что, как правило, будет ближайшим к ТС и ниже по потоку от места измерения Т^. Место измерения должно учитывать массу компонента, его свойства теплопередачи и факторы окружающей среды. Примером может служить измерение температуры муфты или измерение температуры водорода в потоке муфты. Измерение температуры компонентов ТРК должно использоваться в соответствии с рисунком Б.6 приложения Б.

Таблицы процедур холодной заправки были созданы с использованием того же подхода к моделированию, что и стандартные таблицы заправки водородом. Полный набор таблиц включен в приложение Д.

8 Протокол заправки на основе формулы МС

8.1 Общие требования к заправке водородом

Протокол заправки на основе формулы МС использует температуру и давление подачи водорода на станции, температуру окружающей среды, категорию емкости СХКВ и начальное давление СХКВ для расчета соответствующих параметров заправки в режиме реального времени в течение всего процесса заправки. Для получения параметров и коэффициентов, используемых протоколом на основе формулы МС, использовались методы моделирования, чтобы оптимизировать характеристики заправки, обеспечивая при этом постоянное выполнение технологических требований раздела 5. Ключевые допущения моделирования представлены в разделе 6, а подробная информация приведена в приложении И.

Станция подбирает соответствующие параметры и коэффициенты, исходя из класса давления, температурной категории подачи водорода, начального давления СХКВ, категории емкости СХКВ и температуры окружающего воздуха. Они используются для расчета скорости нарастания давления (APRR) и целевого давления, которые периодически обновляются на протяжении заполнения. Существует два варианта контроля конечного давления (т. е. определения целевых давлений): метод МС или таблицы конечного давления. Можно использовать любой вариант. Приложение И содержит подробное объяснение и обоснование каждого варианта.

В случае заправки без связи станция должна остановить заправку, когда будет достигнуто расчетное целевое давление для заправки без связи. Для ТС со связью станция остановит заправку при давлении, соответствующем состоянии заряда СХКВ от 95 % до 100 %. Станция может использовать данные о ТС, включая переданную температуру СХКВ, для расчета целевого давления заправки со связью, соответствующего целевому уровню заряда СХКВ. Однако в протоколе заправки на основе формулы МС также рассчитывается предельное давление, которое имеет приоритет над целевым давлением заправки со связью, чтобы гарантировать, что СХКВ остается в пределах своих рабочих границ. В [1] определены сообщения о заправке, используемые для связи. В 8.9 определено использование сигналов связи для протокола на основе формулы МС.

Как и в протоколе на основе таблицы, для любой заданной температуры подачи водорода на станцию, температуры окружающей среды и категории емкости СХКВ, протокол на основе формулы МС использует один и тот же APRR для заправки Н35 и Н70; различаются только конечные целевые давления. Это сделано для устранения перегрева, если ТС Н70 сначала заправляется на заправочной колонке Н35, а затем сразу же заправляется Н70.

Существуют дополнительные коэффициенты для холодной заправки, которые могут сократить время заправки во время двухзарядных заправок (применимо только к классу давления Н70). Они должны применяться только станцией, отвечающей критериям холодной заправки (см. 8.10).

Блок-схемы и логика управления, основанные на формуле МС, приведены в приложении К. Подпрограммы, содержащие используемые уравнения и коэффициенты, приведены в приложении Л. Таблицы конечного давления приведены в приложении М.

Станции, использующие протокол на основе формулы МС, должны соответствовать требованиям раздела 5.

27

ГОСТ Р 70682—2023

8.1.1 Категории станций

В таблице 7 приведены категории температуры подачи водорода по классам давления для протокола на основе формулы МС. Категория станции определяется классом давления водорода, которое она доставляет, и температурой подачи водорода. Например, температурная категория подачи водорода для диапазона от минус 40 °C до минус 33 °C обозначается как Т40. Существует три категории температур подачи водорода, обозначаемые Т40, ТЗО или Т20. Хотя станция может предлагать несколько комбинаций класса давления и категории температуры подачи водорода с несколькими ТРК, рекомендуется, чтобы станции использовали общие категории температуры подачи водорода для всех ТРК (см. А.4 приложения А). ТРК не может заправлять ТС более низкого класса давления.

МАТ₃₀ представляет собой среднемассовое значение Т^, рассчитанное после того, как в общей сложности прошло 30 с массового расхода. МАТ₃₀ более подробно определен в И.2.4 приложения И. Обозначение станции для протокола, основанного на формуле МС, основано на способности станции достичь значения МАТ₃₀, меньшего или равного верхней граничной температуре категории температуры подачи водорода к концу основного времени заправки.

В дополнение к использованию в качестве категории станции, категория температуры подачи водорода также используется для определения целевых показателей конечного давления, когда таблицы конечного давления используются в качестве опции контроля конечного давления. В этом случае с целью определения правильного целевого давления для использования категория температуры подачи водорода основана на МАТ_С вместо МАТ₃₀, где МАТ_С представляет собой среднее значение массы T_fuei, используемое в качестве управляющего входного сигнала (см. И.2.4 приложения И). Могут быть сценарии заправки, при которых МАТ₃₀ соответствует предполагаемой категории температуры подачи водорода для обозначения станции, а МАТ_С — нет. Это произойдет, когда начальный уровень заряда в СХКВ высок, потому что МАТ_С включает в свои расчеты теплый водород из периода охлаждения, а МАТ₃₀ — ^нет-

Таблица 7 — Категории температуры подачи водорода по классам давления

Значения T_amb и T40_w приведены в таблице 8.

Таблица 8

8.1.2 Температура подачи водорода

В этом разделе определяются требования к температуре подачи водорода для протокола заправки на основе формулы МС. Они являются дополнительными к общим требованиям к температуре, перечисленным в 6.3.

8.1.2.1 Допустимое отклонение температуры подачи водорода

Для любой категории подачи водорода Т^ _inst всегда должно быть не менее минус 40 °C, а по истечении в общей сложности 30 с массового расхода с начала основного времени заправки МАТ₃₀р,опж-но быть не более минус 17,5 °C в любое время, когда массовый расход превышает 0,6 г/с в течение более 10 с. Если в течение последних 10 с этого 30-секундного периода происходит преднамеренная остановка заправки, допускается в общей сложности 40 с массового расхода (т. е. МАТ₃₀ должен быть не более минус 17,5 °C после того, как в общей сложности 40 с массового расхода прекратятся). Если станция не может выполнить эти требования, то она должна выполнить одно из следующих действий:

- пауза (отсутствие потока) минимум на 60 с, прежде чем возобновить заправку с обнуленными значениями основного времени заправки t и параметров п, j и /, и P_startup, установленным в значение последнего измеренного давления станции до возобновления заполнения;

- либо прекратить заправку как можно скорее, но в течение 5 с.

28

ГОСТ Р 70682—2023

Примечание — Изготовитель ТРК должен внедрить подход, который отслеживает скорость изменения мгновенной температуры подачи водорода T_{fuel inst}, чтобы убедиться, что она снижается с ожидаемой скоростью. Таким образом, раздаточная колонка сможет обнаружить неисправность раньше, чем при ожидании истечения полных 30 с массового расхода.

8.1.3 Минимальное время запуска

Время запуска t_startup должно удовлетворять следующему требованию:

aV ^startup

^тstartup - PRR ’ О)

где PRR — заданная скорость нарастания давления в начале основного времени заправки, МПа/с;

V — объем СХКВ (если объем СХКВ не определен, следует использовать наименьший объем СХКВ, т. е. 49,7 л);

^mstartup — масса, выдаваемая во время запуска, г;

а = 1,717;

b = -0,9773;

с = 0,982.

8.2 Емкость СХКВ

В таблице 9 определены допустимые категории емкости СХКВ для протокола заправки водородом на основе формулы МС. Категорию емкости СХКВ используют для выбора надлежащего конечного значения и, если применяют таблицы конечного давления, целевых значений давления.

Станция должна определять емкость СХКВ, используя метод с точностью до ±15 %. Затем станция определяет значение t_fingl, используя один из двух методов:

- большее из двух рассчитанных значений t_flnai для верхнего и нижнего размеров СХКВ, которые ограничивают категорию емкости СХКВ;

- интерполяция между двумя вычисленными окончательными значениями для верхнего и нижнего размеров СХКВ, которые ограничивают категорию емкости СХКВ, на основе измеренной емкости СХКВ (см. И.2.2 и И.2.4 приложения И).

Если станция не может гарантировать точность ±15 % или категория емкости СХКВ не определена, то станция должна использовать наиболее консервативное (наибольшее) конечное значение для категорий СХКВ А, В и С, а при наличии таблиц конечных давлений используется самое низкое расчетное целевое давление. Например, если измеренная емкость СХКВ составляет 4,01 кг, а точность составляет ±15 %, то категория емкости СХКВ является неопределенной.

Станция может решить реализовать все категории емкости СХКВ (Н35 от Адо С, Н70 от А до D) или может выбрать реализацию поднабора категорий емкости СХКВ (например, А, В и С, но не D).

Таблица 9 — Категории емкости СХКВ

8.3 Требования к давлению

8.3.1 Начальное давление

Начальное давление должно использоваться как P_initig/при применении протокола на основе формулы МС. Если начальное давление меньше 0,5 МПа или больше номинального рабочего давления

29

ГОСТ Р 70682—2023

класса давления (35 МПа или 70 МПа), то станция должна прекратить процедуру заправки как можно быстрее, но в течение 5 с.

Примечание — Начальное давление измеряется станцией (см. 2.10.3). Сообщаемое давление от ТС менее чем 0,5 МПа до импульса подключения является приемлемым при условии, что начальное давление, измеренное после импульса подключения, превышает 0,5 МПа.

8.3.2 Диапазон допустимых давлений на станции

8.3.2.1 Допуски подавлению на станции

В течение основного времени заправки протокол на основе формулы МС рассчитывает скорость изменения давления PRR и линейное давление Р_гатр с частотой один раз в секунду (см. Л.2.6 приложения Л). Линейное давление используется для расчета верхнего и нижнего пределов давления, которые образуют границы допустимых диапазонов давления. Верхний допуск по давлению ДР_{?0/ high} суммируют с линейным давлением Р_гатр для расчета верхнего предела давления P_{/imit high}, а для категорий емкости СХКВ А, В и С допуск по нижнему давлению AP_toi i_ow вычитается из линейного давления Р_гатр для расчета нижнего предела давления P\_{m]t low}. Для "категории емкости СХКВ D более низкий допуск по давлению AP_toi i_ow вычитается из давления на основе скорости изменения давления 1 МПа/мин (0,0167 МПа/с). Верхний допуск по давлению составляет 7 МПа, а нижний допуск по давлению — 2,5 МПа.

В течение основного времени заправки, за исключением первых 15 с, на станции должно поддерживаться стационарное давление в границах верхнего и нижнего пределов давления. Если давление на станции превышает верхний предел давления на 5 МПа или меньше, то оно должно вернуться в диапазон допустимых пределов по давлению в течение 5 с после первоначального отклонения или должна быть прекращена подача водорода в течение 5 с после первоначального отклонения. Если отклонение превышает 5 МПа, то станция должна прекратить заправку водородом в течение 5 с после первоначального отклонения. Если давление на станции падает ниже нижнего предела давления, оно должно вернуться в этот предел в течение в общей сложности 15 с после начального отклонения, не считая периоды остановки заправки, а если это невозможно, то станция должна прекратить заправку в течение 15 с.

Верхний предел давления (категории емкости СХКВ А, В, С, D):

^station ~ РHmit_high' ^г^^е ^limit_high “ ^ramp ⁺ ^^to^high’ ^гА^е ^tol-high “ ^,0 МПа.

Нижний предел давления (категории емкости СХКВ А, В, С):

^station ~ ^limitjow ^гД^е ^hmitjow “ ^^ ^startup’ ^ramp ^— ^toljow^' ^^e ^toljow “ ^>5 МПа.

Нижний предел давления (категория емкости СХКВ D):

^station ~ ^limitjow’ ^гД^е ^hmitjow “ Max [P_Sf_artup’ ^startup ⁺ 0’01 $7 f-AP^jJ, где APfol_low~ ^>^ МПа.

Диапазон допустимых давлений для категорий емкости СХКВ А, В и С изображен на рисунке 9 — для заправки без периодов остановки заправки, и на рисунке 10 — для заправки с периодами остановки. Диапазон допустимых давлений для категории емкости СХКВ D изображен на рисунке 11 для заправки водородом без периодов остановки. Хотя линейное давление, а также верхний и нижний пределы давления на рисунках 9, 10 и 11 показаны прямыми линиями, из-за переменной скорости изменения давления в протоколе на основе формулы МС на практике наклон линейного изменения давления, а также верхний и нижний пределы давления будут непрерывно изменяться с изменением скорости изменения давления, однако, ширина допусков подавлению всегда остается постоянной.

В протоколе, основанном на формуле МС, периоды остановки заправки (например, для переключения хранилища или проверки на утечку) включаются в истекшее время основного периода заправки t (т. е. t продолжает увеличиваться в течение предполагаемого времени без дозаправки). В течение периодов остановки заправки давление поддерживается постоянным, но скорость изменения давления продолжает рассчитываться. По истечении периода остановки заполнение возобновляется с последней рассчитанной скоростью изменения давления. Это показано на рисунке 10 увеличением наклона кривой давления и верхнего и нижнего пределов давления.

Более подробное объяснение и расчет допусков по давлению приведены в И.2.6.2 приложения И.

8.3.2.2 Контрольное давление

Описанные в 8.3.2.1 и изображенные на рисунках 9 и 10 допуски по давлению дают ТРК возможность контролировать изменяющееся давление при заправке. Для учета характерных колебаний давления на станции ТРК должен ориентироваться на определенную область внутри этих допусков по давлению, в зависимости от метода управления давлением и точности компонентов, участвующих в этом управлении. Контрольное давление в этом случае является целевым для ТРК на протяжении всего времени заправки.

30

ГОСТ Р 70682—2023

Рисунок9 — Допуски подавлению для категорий емкости СХКВА, В, С

‘—-—' — периоды остановки заправки

Рисунок 10 — Допуски по давлению с учетом периодов остановки заправки для категорий емкости СХКВ А, В, С

В протоколе, основанном на формуле МС, линейное давление Р_гатр используется в качестве входных данных для уравнения скорости линейного изменения давления и в качестве средства для определения верхнего и нижнего допусков. Контрольное давление задается как смещение от линейного давления. Это смещение может быть постоянным или переменным параметром, который изменяется в зависимости от характеристик регулирования давления ТРК. Чтобы свести к минимуму общее время заправки, значение смещения должно быть установлено как можно выше, но в то же время должен быть обеспечен достаточный запас регулирования. Более подробное описание контрольного давления приведено в И.2.7 приложения И.

31

ГОСТ Р 70682—2023

Рисунок 11 —Допуски подавлению для категории емкости СХКВ D

8.4 Управление циклом

ТРК не должна регулировать поток водорода циклически, многократно запуская и останавливая заправку. Станция не должна снижать расход водорода ниже 1 % от максимального расхода более десяти раз в течение основного периода заправки. Это требование распространяется также и на периоды остановки заправки (проверки утечек, переключение хранилищ и т. д.) в течение основного периода заправки.

8.5 Сигнал прерывания от транспортного средства

Если ТРК поддерживает связь, независимо от того, используется процедура заправки со связью или без нее, станция должна продолжать контролировать интерфейс взаимосвязи и прекращать заправку при обнаружении сигнала «отмена» от ТС как можно быстрее, но в течение 5 с. ТС может использовать сигнал прерывания для остановки заправки по любой причине. Это позволяет ТС контролировать процесс заправки и улучшать работу станции дополнительным уровнем контроля.

8.6 Допуски

Станция должна учитывать допуски при применении этого протокола заправки. Допуски должны применяться для обеспечения того, чтобы давление на станции и температура подачи водорода оставались в установленных границах или пределах.

8.7 Блок-схема заправки водородом на основе формулы МС

На рисунке 12 показана общая блок-схема заправки со связью и без связи, основанная на формуле МС заправки водородом. Более подробные блок-схемы с подпрограммами содержатся в приложении К, а полные описания этих подпрограмм со всеми необходимыми формулами — в приложении Л.

Все требования приложения Л являются обязательными для реализации протокола на основе формулы МС.

8.7.1 Запуск ТРК

Блок-схема процесса запуска ТРК изображена на рисунке К.1 приложения К, а используемые формулы приведены в Л.1 приложения Л. Станция должна пройти подпрограмму запуска ТРК или, в случае ее неудачи, прекратить заправку.

32

ГОСТ Р 70682—2023

Рисунок 12 — Общая схема заправки водородом по формуле МС

В начале заправки станция должна контролировать интерфейс связи на наличие сигналов (см. [1]). Если сигнал отсутствует или полученные сигналы не соответствуют физическим и функциональным требованиям, как определено в [1] и на рисунке К. 15 приложения К, то станция должна применить процедуру заправки без связи, как описано в 8.8. Если сигнал присутствует и соответствует физическим и функциональным требованиям, то станция должна применить процедуру включения связи, как описано в 8.9. В приложениях Н и М содержатся дополнительные методы проверки целостности и рациональности данных связи.

Примечание — На рисунке 12 процедура запуска заправочной колонки может начаться до проверки физических и функциональных требований (см. [1]) на основе методологии заправки заправочной колонки.

8.7.2 Процесс заправки

После того, как станция прошла подпрограмму запуска ТРК, она получает всю необходимую информацию (температура окружающей среды, начальное давление в СХКВ, определенная категория емкости СХКВ, ожидаемая МАТ и т. д.) и затем должна выполнить процесс заправки, как описано в подпрограмме процесса заправки. Блок-схема подпрограммы процесса заправки показана на рисунке К.2 приложения К, а формулы, используемые в подпрограмме процесса заправки, представлены в Л.2 приложения Л.

33

ГОСТ Р 70682—2023

8.8 Заправка водородом без связи

Все станции, использующие протокол заправки на основе формулы МС, должны иметь возможность заправлять ТС без связи с ним.

Протокол заправки без связи на основе формулы МС подразумевает, что никакие данные не передаются от ТС к станции. Для заданной категории емкости СХКВ и температуры окружающей среды t_finai и результирующий PRR такие же, как и в процедуре заправки по связи. Основное отличие заключается в том, что окончание заправки определяется отдельным заданным давлением.

8.8.1 Процедура заправки водородом

Процесс заправки без связи имеет общее описание, приведенное в 8.7. Станция должна использовать блок-схему процесса заправки водородом, представленную на рисунках К.1 и К.З. Для заправки без связи флаговая переменная «Indicator Comm Fill» должна быть установлена в FALSE. ТРК указывает, что для завершения заправки должно использоваться целевое давление заправки без связи.

8.8.2 Окончание заправки

Все заправки без связи должны заканчиваться, когда давление на станции равняется целевому давлению заправки без связи P_{target поп} со_тт- Давление на станции должно сравниваться с целевым давлением без связи не реже одного раза каждые 100 мс, как предписано в подпрограмме Л.2.8 приложения Л оценки конца заполнения. Станция должна измерять или рассчитывать потери давления между станцией P_stati_On и ТС P_vehici_e и корректировать давление на станции на это значение, а также принимать соответствующие меры для обеспечения того, чтобы при любых условиях P_vehi_Ci_e не превышало целевое давление P_target-

Протокол, основанный на формуле МС, допускает два варианта контроля конечного давления (см. И.З приложения И) — метод МС, либо таблицы конечного давления. Независимо от используемого варианта контроля конечного давления, целевое значение давления заправки без связи P_{target поп} следует рассчитывать не реже одного раза в секунду, как указано в подпрограмме Л.2.7 приложения Л определения целевых значений давления и пределов.

8.9 Заправка со связью

Протокол заправки со связью на основе формулы МС должен использовать сигналы IrDA, как определено в [1], для передачи информации от ТС на станцию. Для процедуры заправки со связью для определенного объема СХКВ и температуры окружающей среды t_finai и результирующий PRR такие же, как и в случае заправки без связи.

8.9.1 Процедура заправки

Процесс связи заправки имеет общее описание, рассмотренное в 9.7. Станция должна использовать блок-схему процесса заправки водородом, представленную на рисунках К.1 и К.З приложения К. Для заправки со связью флаговая переменная «Indicator Comm Fil» должна принимать значение TRUE.

8.9.2 Установление связи

ТРК должна получать сообщения от ТС (см. [1]) в течение всего процесса заправки. Чтобы предотвратить сбои связи во время подключения пользователем заправочной муфты, ТРК не должна считать связь полностью установленной до тех пор, пока заправочная муфта не будет присоединена и не начнется процедура запуска заправки. Как только связь установлена, ТРК должна продолжить заправку, используя протокол заправки со связью, до тех пор, пока продолжают поступать корректные сигналы.

8.9.3 Потеря связи

Если сигнал данных от ТС потерян или не соответствует физическим и функциональным требованиям, как определено в [1] (см. рисунок К.15 приложения К), то заправочная колонка должна прекратить заправку как можно скорее, но в течение 5 с, или установить переменную флага «Indicator Comm Fill» на FALSE и продолжить заправку ТС, используя целевое давление заправки без связи P_{target поп} со_тт, предполагая, что станция определяет целесообразность продолжения заправки после потери командного сигнала подачи водорода.

8.9.4 Предельная плотность переполнения при заправке со связью

Предел давления определяется для заправки со связью как Рц_тП со^. Это предельное значение давления используется в качестве вторичного средства защиты, для ограничения избыточной плотности в случае сбоя в измеренной СХКВ температуре МТ, что приводит к неправильному целевому давлению заправки со связью. Определение P_{/imit сотт} зависит от используемого варианта контроля конечного давления. Для варианта конечных таблиц давления Рц_тц _comm определяется из набора таблиц предельных значений давления. Для варианта контроля конечного давления по методу МС, Рц_тц 34

ГОСТ Р 70682—2023

рассчитывается на основе температуры водорода при холодной заправке Т_с<м и максимальной плотности, соответствующей 115 %-ному уровню заряда СХКВ, или P_fi_nai, в зависимости от того, что ниже. Обоснование и дополнительную информацию см. в И.3.1.4 приложения И. Формулы, используемые для расчета Р_{м comm}, приведены в Л.2.7 приложения Л.

8.9.5 Окончание заправки

Станция может использовать данные о ТС, включая переданную температуру СХКВ, для расчета целевого давления заправки со связью и должна заканчивать заправку водородом при давлении, соответствующем уровню заряда СХКВ от 95 % до 100 %. Во всех случаях заправка должна заканчиваться, когда давление станции или давление в ТС становится равным расчетному целевому давлению связи ^target comm ^или предельному давлению P_{/imjt comm}, в зависимости от того, что будет достигнуто раньше.

8.9.6 Определение массивов данных связи

Поля данных, которые должны быть отправлены из автомобиля на станцию, перечислены ниже в соответствующем порядке:

- ID: идентификатор протокола;

- VN: номер версии;

- TV: объем СХКВ;

- RT: тип заправочного ниппеля;

- FC: заправочная команда;

- МР: измеренное давление;

- МТ: измеренная температура;

- OD: дополнительные данные.

8.9.6.1 Идентификатор протокола

ТС должно передать идентификатор протокола ID. Раздаточная колонка не должна заправлять ТС, если идентификатор протокола ТС не подходит ТРК.

8.9.6.2 Номер версии программного обеспечения для передачи данных

Для протокола заправки на основе формулы МС ниже приведены номера версий связи.

VN = 01.00 или VN = 01.10 являются допустимым протоколом связи, как определено в [1].

Определения полей данных приведены в 8.9.6.

Раздаточная колонка не должна заправлять ТС, если номер версии ТС не соответствует VN = = 01.00 или VN = 01.10.

Применимые станции VN = 01.00 должны иметь возможность принимать и использовать передачу данных VN = 01.00.

Применимые станции VN = 01.10 должны иметь возможность принимать и использовать обмен данными как VN = 01.00, так и VN = 01.10.

8.9.6.3 Объем СХКВ

Диапазон: от 0000,0 до 5000,0

ТС должно передавать в ТРК объем СХКВ транспортного средства в литрах (объем воды, помещающейся в СХКВ при номинальном рабочем давлении).

8.9.6.4 Тип заправочного ниппеля

|RT = Н35| или |RT = Н70|

ТС должно передать класс давления СХКВ ТС, который также должен соответствовать НРД СХКВ. ТРК не должна выдавать водород, если RT меньше класса давления ТРК.

8.9.6.5 Команда заправки

ТС должно использовать следующие команды заправки

|FC = Dyna|

Когда ТС передает |FC = Dyna|, заправочная колонка должна дозировать водород на основе протокола заправки на основе формулы МС, определенного в 8.9.

|FC = Stat|

|FC = Stat| не должна использоваться. Если эта команда получена станцией, то станция должна считать, что связь не соответствует физическим и функциональным требованиям.

|FC = Haiti

|FC = Haiti является необязательной для ТС. Если станция не реализует |FC = Haiti, то станция должна ответить на эту команду прекращением процесса заправки.

35

ГОСТ Р 70682—2023

Если станция использует эту команду заправки |FC = Haiti, то она должна приостановить заправку. Прошедшее время в течение |FC = Haiti включается в основное время периода заправки t. Во время |FC = Halt| линейное давление и управляющее давление поддерживаются постоянными, но скорость линейного изменения давления продолжает рассчитываться. Если команда заправки |FC = Dyna| принимается в течение не менее 2 с, то станция должна перезапустить процесс заправки и возобновить заправку с последнего рассчитанного значения PRR. Станция завершает процесс заправки, если команда заправки |FC = Haiti принимается более 60 с.

|FC = Abort|

Когда ТС передает |FC = Abort|, станция должна прекратить процесс заправки как можно скорее, но в течение 5 с.

8.9.6.6 Измеренное давление

Диапазон: от 000,0 до 100,0

ТС должно передавать измеренное давление водорода в СХКВ в МПа. Если заправочная колонка контролирует измеренное давление, она должна прекратить заправку как можно скорее, но в течение 5 с, если измеренное давление превышает МРД, как определено в 2.10.7.

8.9.6.7 Измеренная температура

Диапазон: от 16,0 до 425,0.

ТС должно передавать измеренную СХКВ температуру водорода в градусах Кельвина. Измеренная температура должна быть репрезентативной для средней температуры водорода СХКВ. Если ТРК отслеживает измеренную температуру, она должна прекратить заправку как можно скорее, но в течение 5 с, если измеренная температура превышает максимальную температуру водорода СХКВ работающего ТС, как определено в 5.3.2.

8.9.6.8 Дополнительные данные

Для протокола заправки на основе формулы МС необязательная команда данных игнорируется.

8.10 Холодная заправка

Только для заправки со связью, и только для категорий емкости СХКВ А, В и С, станции могут факультативно использовать процедуру холодной заправки, в которой используется отдельный набор конечных коэффициентов, когда все компоненты заправочной колонки имеют достаточно низкую температуру. Это приводит к меньшим значениям tfj_nal и, следовательно, к более высокому PRR, что способствует сокращению времени заправки. Процедура холодной заправки может использовать меньшие значения t_finai, потому что, когда компоненты ТРК начинают заправку водородом при более низкой температуре, внутри СХКВ выделяется меньше тепла. Более холодные компоненты ТРК могут возникать, когда два или более ТС заправляются последовательно с минимальным интервалом между заправками.

Процедура холодной заправки должна использоваться только для класса давления Н70 и только тогда, когда температура компонентов ТРК и T_fuei в начале заправки ниже 0 °C. Процедура холодной заправки должна использоваться только со связью. Таблицы конечных коэффициентов для холодной заправки перечислены в таблицах Л.9—Л.16 приложения Л.

Точное измерение температуры на стороне станции имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы температура СХКВ не превышала максимальную рабочую температуру. Кроме того, условия окружающей среды, такие как солнечный свет, могут повлиять на точность измерения температуры станцией.

Измерение(я) температуры компонентов ТРК должно(ы) учитывать влияние температуры компонентов ТРК на охлаждение водорода. Измерение(я) компонента ТРК должно(ы) быть в месте(ах), где водород, как ожидается, будет самым теплым, что, как правило, будет ближайшим к ТС и ниже по потоку от измерения T_fuei. Место измерения должно учитывать массу компонента, его свойства теплопередачи и факторы окружающей среды. Примером может служить измерение температуры заправочной муфты или измерение температуры водорода в потоке внутри заправочной муфты. Измерение температуры компонентов колонки должно использоваться в соответствии с подпрограммой запуска колонки на основе формулы МС, см. рисунок К.1 приложения К.

Таблицы окончательных коэффициентов процедуры холодной заправки были созданы с использованием того же подхода к моделированию, что и стандартные таблицы заправки водородом. Однако таблицы конечных коэффициентов для холодной заправки не тестировались и не проверялись на том же уровне, что и стандартные таблицы конечных коэффициентов. Таким образом, производители станций должны проводить эти испытания перед использованием процедуры в рабочих условиях.

36

ГОСТ Р 70682—2023

Приложение А (обязательное)

Обоснование протокола заправки водородом

А.1 В приложении А описан подход к моделированию протокола заправки на основе таблиц. Этот протокол был разработан для заправки СХКВ типа III/IV на дорогах. Если используются другие системы хранения на транспортных средствах, рекомендуется оценить их перед внедрением этого протокола.

Имитационная модель

Модель численного моделирования использовалась для оценки изменения давления и температуры водорода внутри СХКВ. Компоненты этой модели изображены на рисунке А.1. Водород подается станцией с заданным давлением P_fs (соответствует P_station в разделе 2) и заданной температуре водорода T_fs (соответствует T_fuel в разделе 2). Как давление водорода, так и температура изменяются по ходу моделирования, давление линейно увеличивается в зависимости от времени, в то время как температура может снижаться от температуры окружающей среды до значения в соответствующих категориях температуры подачи водорода (см. раздел 7). Перепад давления между заправочной станцией и СХКВ ТС используется в сочетании с коэффициентом перепада давления для расчета массового расхода rh_fs, подаваемого заправочной колонкой. Удельная энтальпия h_fs вычисляется по ее стационарному вкладу h (P_fu, T_fu) плюс его динамический вклад w²_fu/2 со скоростью водорода w_fu. Водород со станции поступает в контрольный объем «водород в водородопроводе», где он обменивается теплом с тепловыми массами, образуемыми заправочным шлангом, трубами и деталями. Тепловые массы станции и ТС разделены. Каждая тепловая масса характеризуется своей массой, удельной теплоемкостью и теплопроводностью. Для каждой тепловой массы решается система обыкновенных дифференциальных уравнений относительно их температуры. Тепловая масса, представляющая компоненты станции, была дискретизирована в радиальном направлении, чтобы учесть одномерный температурный профиль T_/s. Боковая часть автомобиля моделировалась сосредоточенной массой с однородной температурой T_fs. Обе тепловые массы обмениваются теплом с окружающей средой при температуре окружающей среды Т_дт, соответствующие потоки тепла равны Q_as и Q_gv. Они также обмениваются теплом с водородом в контрольном объеме. Коэффициент теплопередачи, основанный на уравнении Нуссельта для принудительной конвекции внутри трубы, используется для расчета двух тепловых потоков Q_sfn Q_vf Они влияют на энтальпию H_fu водорода в водородопроводе, это отражается на температуре водорода T_fu. Водород затем поступает в СХКВ с удельной энтальпией h_fu. Массовый расход m_io через входное/выходное отверстие каждого сосуда ТС равен расходу m_fs из станции, деленному на количество одинаковых сосудов в СХКВ. В случае многосо-судных систем в качестве репрезентативного моделируется только один сосуд. Для этого сосуда решается баланс массы и энергии, чтобы получить массу водорода т и внутреннюю энергию U в любой момент времени. Предполагается, что водород внутри СХКВ все время идеально перемешан, т. е. отсутствуют пространственные градиенты. В случае заправки СХКВ расход m_jo положителен и втекающий водород несет удельную энтальпию h_io = h_fu. Для моделирования выгрузки/извлечения rh_io отрицательно, а вытекающий водород имеет удельную энтальпию водорода внутри сосуда, h_jo = h. Все свойства водорода внутри сосуда (например, Р, Т, h) вычисляются из уравнения состояния водорода с заданной плотностью, вычисленной из массы водорода, деленной на объем сосуда, р = m/V и заданной удельной внутренней энергии от полной внутренней энергии, деленной на массу водорода, и = U/m. Было использовано высокоточное уравнение состояния, описывающее все соответствующие свойства реального водорода (например, сжимаемость, эффект Джоуля-Томсона). Скорость теплопередачи Q_;, между водородом и внутренней поверхностью баллона (лейнером) вычисляется из набора уравнений Нуссельта для различных геометрий и для вынужденной и свободной конвекции. Стенка сосуда дискретизирована в радиальном направлении, и уравнение нестационарной теплопроводности решается в одном измерении. Это дает температурный профиль T_vw внутри стенки сосуда в любой момент времени. На внешней поверхности стенка сосуда обменивается теплом с окружающей средой, коэффициент теплопередачи снова основан на системе уравнений Нуссельта для различных геометрий и для свободной конвекции.

Температура водорода в СХКВ увеличивается при заправке водородом за счет тепла, передаваемого от станции, тепловых масс транспортного средства, эффекта Джоуля-Томсона при дросселировании газа внутри во-дородопровода, а также за счет теплоты сжатия внутри СХКВ. Различные материалы и конструкции СХКВ обуславливают разную степень нагрева от сжатия при заправке водородом из-за различий в характеристиках теплопередачи, теплоемкости и объема хранения. Протокол заправки в настоящем стандарте основан на реальных данных о нагреве в экстремальных условиях в СХКВ, отражающих диапазон конфигураций современной технологии хранения. Эти условия отражаются в фиксированных параметрах расчетных моделей. Они влияют на фиксированные параметры моделирования (например, массы, площади поверхности поверхности, объемы), начальные условия всех состояний, для которых решаются обыкновенные дифференциальные уравнения (например, T_/s, Т^, m, U) и граничные условия (например, Т_дт, T_fs, т_ех).

37

ГОСТ Р 70682—2023

Отвод газа _{Газ в схкв тс}

---------- - граничные условия;

---------- - производные характеристики;

---------- - состояние;

---------- - тепловой поток;

---------- - массовые потоки

Рисунок А.1 — Имитационная модель

А.2 Общие предположения

Как указано в 4.2, существуют два основных рабочих предела, которые не должны нарушаться во время заправки водородом: верхний температурный предел 85 °C, который в основном обусловлен целостностью пластиковых материалов лейнера, и верхний предел давления, обусловленный конструкционной прочностью композитной оболочки сосудов СХКВ. Предел плотности, при котором возможна перегрузка, является лишь косвенным ограничением, поскольку он не приводит непосредственно к повреждению корпуса, хотя перегрузка в экстремально холодную погоду или при промерзании СХКВ может привести к превышению верхнего предела давления вследствие последующего повышения температуры водорода. Процедура разработки справочных таблиц в приложениях Г и Д разделена на два этапа. Каждый шаг касается соблюдения одного из двух пределов.

Первым шагом является определение средней скорости линейного изменения давления APRR, при которой температурный предел не будет нарушаться ни при каких возможных условиях эксплуатации. Это достигается установкой всех параметров модели, начальных условий и граничных условий таким образом, чтобы в конце процесса заправки была получена самая высокая возможная температура водорода. Это набор условий называется допущениями горячей заправки.

Второй шаг заключается в определении давлений в конце заправки (целевых давлений) таким образом, чтобы предел давления не нарушался ни при каких условиях эксплуатации. Это достигается установкой всех параметров модели, начальных условий и граничных условий таким образом, чтобы в конце процесса заправки была получена самая низкая возможная температура водорода. Далее этот набор условий называется допущениями «холодной заправки». На шаге 1 были сделаны определенные компромиссы, чтобы обеспечить более быструю заправку в условиях по умолчанию. Эти компромиссы требуют, чтобы целевое давление было ограничено на шаге 2, чтобы не нарушить верхний температурный предел посредством моделирования горячей заправки.

А.З Допущения при расчете горячей и холодной заправки

В случае заправки без связи, информации о состоянии СХКВ, доступной для заправочной станции, крайне мало. Единственная информация, на которую может полагаться заправочная станция, это местная температура окружающего воздуха на станции и номинальная температура выдаваемого водорода. Станция также должна оценивать начальное давление внутри, путем создания кратковременного давления в водородной магистрали для открытия всех обратных клапанов в магистрали. Аналогичным образом станция должна оценить внутренний объем СХКВ.

38

ГОСТ Р 70682—2023

На заправочной станции существует большое количество неопределенных параметров. В ходе разработки скоростей линейного изменения давления и целевых давлений заправки для всех неопределенных значений были сделаны две комбинации всех допущений для наихудшего случая. Таким образом можно гарантировать, что значения в таблицах учитывают определенный запас прочности. В таблице А.1 приложения А перечислены все условия, которые приводят к самой высокой (горячая заправка) и самой низкой (холодная заправка) температурам водорода в СХКВ в конце процесса заправки.

Таблица А.1 — Допущения для горячей заправки и холодной заправки

А.3.1 Температура подачи водорода на станцию

Температура подачи водорода на станцию должна оставаться в заданных пределах (см. 7.1.2).

В наборе предположений о горячем случае всегда используется верхняя граница для моделирования, которая является максимально теплым водородом, разрешенным для данного типа ТРК на протяжении всей заправки. Предполагается, что первая порция водорода находится при температуре окружающей среды, если температура окружающей среды теплее ограничения температуры подачи водорода. Эта теплая порция постепенно остывает до фактической температуры подачи водорода по линейному закону и в течение максимального времени охлаждения 30 с (см. рисунок А.2 приложения А). В тех немногих случаях, когда температура окружающей среды ниже верхней границы температуры подачи водорода, температура подачи водорода сразу же начинается с верхней границы (см. рисунок А.З приложения А).

При моделировании холодной заправки температура подачи водорода в разрывной муфте сразу начинается с нижней границы, независимо от температуры окружающей среды (см. рисунки А.2 и А.З приложения А). Даже в тех немногих случаях, когда температура окружающей среды ниже нижней границы температуры подачи водорода, температура подачи водорода поддерживается постоянной на уровне нижней границы.

А.3.2 Диаметр трубы станции

Внутренний диаметр трубы в месте подачи водорода внутри ТРК (т. е. там, где расположены датчики температуры и давления) определяет скорость водорода внутри трубы, которая, в свою очередь, влияет на динамический вклад в энтальпию водорода. В допущениях моделирования учитывался допустимый диапазон диаметров труб.

39

ГОСТ Р 70682—2023

Температура на станции

T_fs

Тат

Thigh

ТЗО: -26 °C

Tlow

ТЗО: -33 °C

0

30

Время t, с

Рисунок А.2 — Температура водорода на станции, если температура окружающей среды выше, чем верхняя граница температуры подачи водорода

T_fs

Температура на станции

Горячая заправка:

Т_fs поддерживается на уровне верхней границы Т_high => Водород обладает максимально допустимой энтальпией

Thigh

ТЗО: -26 °C

Тдт

Т low

ТЗО: -33 °C

0

Холодная заправка:

T_fs поддерживается на уровне нижней границы => Водород обладает минимально допустимой энтальпией

Время t, с

Рисунок А.З — Температура водорода на станции, если температура окружающей среды ниже верхней границы температуры подачи водорода

40

ГОСТ Р 70682—2023

При горячей заправке используется наименьший предполагаемый внутренний диаметр трубы 5 мм, что приводит к самой высокой скорости водорода и, следовательно, к самой высокой общей энтальпии для данной температуры и давления водорода.

При холодной заправке предполагается максимально возможный внутренний диаметр трубы, который считается «бесконечным» в модели. В этом случае отсутствует динамический вклад в полную энергию, соответствующую нулевой скорости водорода.

А.3.3 Компоненты водородопровода станции и транспортного средства

Поскольку параметры процесса заправки «температура подачи водорода» и «давление на станции» измеряются вблизи заправочной муфты (см. 5.2), важно учитывать тепловую массу компонентов ТРК (труба, разрывная муфта, шланг и заправочная муфта) и компонентов ТС (заправочный ниппель, трубы, клапаны и т. д.). Эти тепловые массы передают тепло водороду во время заправки за счет своей удельной теплоемкости и характеристик теплопередачи. Все параметры основаны на реальных конструкциях станций и ТС и отражают вариативность существующих конструкций.

В предположениях для горячей заправки используются параметры станции S2 (см. таблицу А.2 приложения А) с высокой теплоемкостью и большой площадью поверхности теплообмена с окружающей средой и водородом. Это представляет собой большую тепловую массу, которую необходимо охладить водородом, что, в свою очередь, отдает большое количество тепла водороду.

В холодном случае используются параметры станции S1 с малой теплоемкостью и малыми площадями теплообмена с окружающей средой и водородом.

В таблице А.2 внутренние диаметры используются только для расчета площади внутренней поверхности для теплопередачи. Эти диаметры не влияют на падение давления, которое рассчитывается независимо (см. А.З приложения А).

Следующие допущения сделаны как для горячей, так и для холодной заправки. Существует только один набор параметров для компонентов ТС. Компоненты как станции, так и ТС изначально выдержаны при температуре окружающей среды, так как они подвергаются непосредственному воздействию условий окружающей среды и в основном состоят из нержавеющей стали, имеющей характерную высокую теплопроводность.

Таблица А.2 — Компоненты водородной магистрали станции и транспортного средства

А.3.4 Падение давления в водородопроводе между ТРК и ТС

Коэффициент перепада давления, используемый для расчета массового расхода, калибруется по эталонному перепаду давления, определенному в 6.2. Падение давления в нормальных условиях определяет значение коэффициента. Высокий перепад давления приводит к двум эффектам, оба из которых приводят к более высокой температуре водорода СХКВ в конце заправки: во-первых, заправка задерживается (т. е. пик массового расхода возникает позже). Следовательно, это задерживает повышение температуры внутри СХКВ и дает водороду меньше времени для теплообмена с внутренней поверхностью лейнера. Во-вторых, в СХКВ вводится больше тепла из-за эффекта Джоуля-Томсона, потому что для создания заданного массового расхода требуется более высокое давление на станции, а энтальпия водорода увеличивается с давлением.

41

ГОСТ Р 70682—2023

Условие эталонного потока является функцией размера СХКВ и определяется следующим образом:

- в 1,5 раза больше среднего массового расхода, необходимого для заполнения всей емкости хранилища за 3 мин (например, для емкости 5 кг):

- массовый расход = 5000 г/180 с -1,5 = 41,67 г/с;

-давление СХКВ автомобиля равно 10 МПа;

- температура водорода в разрывной муфте равна минус 15 °C.

При этих стандартных условиях расхода в модели заправки используется коэффициент перепада давления, рассчитываемый из перепада давления на станции, между разрывной муфтой и заправочным ниппелем, и равный 15 МПа, и перепад давления со стороны ТС, от заправочного ниппеля до СХКВ, равный 20 МПа в случае горячей, или 2 МПа в случае холодной заправки соответственно.

Моделирование горячей заправки принимает максимальный стандартный перепад давления 35 МПа от разрывной муфты до входного/выходного отверстия баллона СХКВ ТС: 15 МПа на компонентах ТРК плюс 20 МПа на компонентах ТС.

Моделирование холодной заправки предполагает более низкий перепад давления 17 МПа от разрывной муфты до входного/выходного отверстия баллона СХКВ ТС: 15 МПа на компонентах ТРК плюс 2 МПа на компонентах транспортного средства.

А.3.5 Тип скорости изменения давления

В разделе 7 установлены верхние и нижние допуски по давлению на станции. Допуски представляют собой постоянные отклонения, применяемые к линейному повышению давления. Его наклон называется средней скоростью линейного изменения давления (APRR). «Коридор», определяемый верхним и нижним допусками, допускает некоторое отклонение в скорости повышения давления на станции.

Рисунок А.4 приложения А иллюстрирует событие заправки, когда станция задерживает заправку на время bower’ ^а затем увеличивает давление с возрастающей скоростью, называемой скоростью увеличения давления при горячей заправке (HPRR). Такая скорость приводит к более высокой конечной температуре водорода в СХКВ, поскольку больший наклон сокращает время передачи тепла от водорода в СХКВ к внутренней поверхности лейнера. Поэтому он используется для всех случаев моделирования горячей заправки. Существует постоянный коэффициент преобразования между APRR и HPRR, который вычисляют на основе параметров ширины «коридора» давления (см. рисунок А.4 приложения А):

APRR = HPRRV - ^P_{lower +} ДР_иррег)/(МРД - Р_о)).

Для протоколов Н70 МРД составляет 87,5 МПа, минимальное начальное давление Р_о составляет 2 МПа, а границы давления определены в разделе 7 (см. таблицу 3), поэтому это уравнение упрощается до:

APRR = 0,889-HPRR.

Это преобразование используют для всех циклов моделирования, включая протоколы Н70 и Н35 и циклы моделирования «долива». Протоколы Н35 не используют свое индивидуальное МРД, равное 43,8 МПа, для расчета коэффициента преобразования. Они используют общее преобразование с протоколами Н70 для обеспечения совместимости взаимодействия протоколов. Это означает, что если за частичной или полной заправкой Н35 следует заправка Н70, то оба протокола должны использовать одинаковые скорости линейного изменения во избежание перегрева.

Не существует эквивалентного рассмотрения для моделирования холодной заправки, в котором всегда используют величину APRR (пунктирная линия на рисунке А.4 приложения А). Окончательные справочные таблицы в приложениях Г и Д содержат значение APRR; значение HPRR не приводят.

А.3.6 Промежуточные проверки на утечки давлением

Существуют дополнительные проверки на герметичность во время заправки водородом, которые заставляют массовый поток останавливаться при заданных уровнях давления во время процесса заправки. В эти паузы тепло в СХКВ не поступает, а горячий водород внутри СХКВ продолжает отдавать тепло на внутреннюю поверхность лейнера. Промежуточные паузы для проверки на герметичность снижают конечную температуру водорода внутри СХКВ и, следовательно, являются частью набора допущений при моделировании холодной заправки. Моделирование предполагает проверку на наличие утечек во время заправки каждые 20,7 МПа при увеличении давления в заправочной колонке. При моделировании Н70 проводят три проверки на наличие утечек. Для допущений моделирования были смоделированы следующие проверки на наличие утечек: 10-секундная, 20-секундная и 30-секундная пауза для первой, второй и третьей проверки на наличие утечек соответственно.

В допущениях при моделировании горячей заправки подобный случай исключается, давление растет без перерывов.

А.3.7 Система СХКВ ТС: геометрия сосуда, количество и материал

В таблице А.З приложения А перечислены СХКВ, использованные при разработке протокола, а также некоторые их ключевые параметры. Следует отметить, что не все они являются существующими системами СХКВ, а представляют собой совокупность параметров, разработанных в соответствии с концепцией условий горячей и холодной заправки. В таблице А.З указано, какие СХКВ использовались для моделирования в том и другом случае. 42

ГОСТ Р 70682—2023

Рисунок А.4 — Скорость увеличения давления при горячей заправке (HPRR) и средняя скорость увеличения давления (APRR)

СХКВ ТС является одним из наиболее важных неопределенных элементов на заправочной станции при заправках без связи. Существует большое количество факторов, которые могут варьироваться в большом диапазоне и оказывают существенное влияние на конечную температуру водорода. Эти факторы можно разделить на три основные категории.

а) Геометрия, общая форма сосуда(ов) в СХКВ. Основными параметрами являются внутренний объем водорода, площадь внутренней поверхности и толщина стенки. Компоненты водородной магистрали станции и ТС передают заданное количество тепла водороду для его охлаждения. Чем больше баллон, тем больше он содержит водорода, поглощающего данное количество тепла; поэтому тем ниже конечная температура водорода, по сравнению с баллонами меньшего размера. В то же время большие баллоны, как правило, имеют меньшее отношение поверхности к объему, т. е. они имеют меньшую площадь теплообмена на единицу объема и, следовательно, нагреваются сильнее, чем баллоны меньшего размера. Кроме того, параметры баллонов, перечисленные в таблице А.З приложения А, учитывают, что баллоны большего диаметра требуют большей толщины композитных стенок; это препятствует тепловому потоку в окружающую среду. Геометрия баллонов в случае горячей заправки типовая и создавалась следующим образом: малые баллоны имеют наружную длину 800 мм; диаметр увеличивается, чтобы увеличить внутренний объем водорода. Внешний диаметр ограничен 600 мм; для больших баллонов внешний диаметр фиксируется на уровне 600 мм, а внешняя длина увеличивается с увеличением внутреннего объема.

б) Количество баллонов является параметром для моделирования холодной заправки. Все моделирование случаев горячей заправки проводят с СХКВ с одним баллоном, поскольку они имеют наименьшее отношение площади поверхности к объему. Несколько небольших баллонов имеют значительно большую площадь поверхности при том же объеме и, следовательно, считаются уместными в случае моделирования холодной заправки. Все СХКВ, в случае моделирования холодной заправки, состоят из повторяющихся одинаковых сосудов по 1 кг. Например, 10-килограммовая СХКВ при моделировании холодной заправки будет состоять из 10 баллонов. Для моделирования теплообмена с компонентами водородной магистрали предполагается, что полный поток проходит тепловые массы до того, как он разделится на отдельные баллоны. Повторяющиеся сосуды не моделируются явно, моделируется только один представитель.

в) Материал лейнера — фактор контроля. Пластиковые лейнеры баллонов типа IV имеют чрезвычайно низкую теплопроводность, и в процессе заправки возникает большой температурный градиент по толщине вкладыша. По этой причине баллоны типа IV имеют гораздо более высокую конечную температуру водорода после заправки, по сравнению с баллонами типа III. С другой стороны, теплопроводность алюминия настолько высока, что во время заправки почти не возникает градиента температуры внутри лейнера. Температура лейнера постоянно повышается во время заправки, а сам лейнер служит теплоотводом.

43

ГОСТ Р 70682—2023

Таблица А.З — Баллоны СХКВ

А.3.8 Условия выдержки СХКВ: начальная температура

Температура СХКВ ТС (водорода и стенок резервуара) в начале заправки недоступна для ТРК и потенциально может быть выше или ниже температуры окружающей среды из-за условий транспортирования, хранения, стоянки и других условий. Отклонения температуры от температуры окружающей среды показаны на рисунке А.5 приложения А. Описание указанных зон положительных и отрицательных отклонений приведено в таблице А.4 приложения А.

44

ГОСТ Р 70682—2023

—♦— - температура холодной выдержки;

—и— температура горячей выдержки

1, 2, 3 — температурные зоны (см. таблицу А.4)

Рисунок А.5 — Положительные и отрицательные температурные отклонения СХКВ в зависимости от температуры окружающей среды

Таблица А.4 — Допущения для зон положительных и отрицательных отклонений

А.3.9 Предзаправочное состояние ТС

Помимо выдержки при определенной температуре, перед заправкой ТС может участвовать в событиях добавления водорода (т. е. предварительной заправки водородом) или его извлечения (например, вождения ТС). Эти возможные события также являются еще одним источником отклонений температуры водорода внутри СХКВ от температуры окружающей среды.

При моделировании горячей заправки учитывается ряд вероятных событий, способных привести к максимально возможной температуре водорода и стенок СХКВ при заданном начальном давлении Р_о. В таблицах заправки начальное давление СХКВ не используется в качестве параметра для поиска скорости увеличения давления. Вместо этого моделирование горячей заправки водородом начинается с самого низкого допустимого начального давления, независимо от фактического давления СХКВ. Это означает, что история заправки, за которой следует текущая заправка, моделировалась как одна заправка, начинающаяся при самом низком давлении. Возможные обстоятельства (заправка водородом на обочине, неисправности оборудования, процедуры обслуживания, определенные протоколы заполнения при температуре окружающей среды и т. д.) могут привести к тому, что начальная температура заполнения СХКВ будет выше, чем предполагалось в моделировании.

45

ГОСТ Р 70682—2023

При моделировании холодной заправки предполагается факт вождения ТС, чтобы считать СХКВ с самыми низкими возможными температурами водорода и стенок резервуара. Температура водорода в системе хранения автомобиля снижается во время эксплуатации ТС из-за разгерметизации. Различные материалы и конструкции систем хранения ТС обладают разной степенью охлаждения во время эксплуатации. Это связано с различиями в характеристиках теплообмена, теплоемкости и накопительном объеме бортовых аккумулирующих систем. Охлаждающие эффекты при эксплуатации индивидуальны для каждого ТС. Моделирование и тестирование этих эффектов проводились в соответствии со спецификацией OEM для наихудшего случая СХКВ. История вождения ограничивала температуру и давление водорода СХКВ существующим сертификационным пределом температуры СХКВ минус 40 °C во время слива водорода и минимальным давлением в системе 0,5 МПа.

А.3.10 Этап 1 — скорость изменения давления

Скорость линейного изменения давления устанавливается так, чтобы не допустить перегрева СХКВ в наихудших условиях. Эти наихудшие условия собраны в наборе допущений для горячей заправки. Моделирование выполняется для определения наибольшей скорости линейного изменения давления, которая не приведет к перегреву СХКВ, поэтому используются параметры горячей заправки, начальные и граничные условия. Начальное давление СХКВ составляет 2 МПа. На рисунке А.6 приложения А показано моделирование заправки Н70 на диаграмме состояний «давление—температура» для примерной температуры окружающей среды 0 °C. Температура СХКВ принимается за температуру положительного отклонения 15 °C. При заправке вначале происходит быстрое повышение температуры внутри СХКВ; позже наклон кривой заправки становится более крутым, поскольку повышение давления преобладает над повышением температуры. Моделирование останавливается всякий раз, когда СХКВ «заполняется» (95 % уровня заряда) или достигает верхнего температурного предела 85 °C. Во время моделирования скорость изменения давления на станции поддерживается постоянной. Процедура вычисления оптимальной скорости линейного изменения давления, которая удовлетворяет условиям как по уровню заполнения, так и температурным условиям в конце, является итеративным процессом. Требуется ряд циклов моделирования заправки с различными скоростями изменения давления, чтобы найти оптимальную скорость изменения давления. Еще одно условие, которому должна удовлетворять оптимальная скорость линейного изменения: пиковая скорость потока в любой момент во время заправки не должна превышать 60 г/с. Это показано на рисунке А.7 приложения А. В случае превышения этого значения, скорость линейного изменения давления должна быть уменьшена, что автоматически уменьшит пиковую скорость потока. Таким образом, результирующая скорость линейного изменения давления должна удовлетворять только одному из условий:

а) конечная температура водорода достигает 85 °C (обычно это происходит при высоких температурах окружающей среды и небольших объемах СХКВ)

или

б) пиковая скорость потока достигает 60 г/с (как правило, это происходит при низких температурах окружающей среды и больших объемах СХКВ). Однако окончательный уровень заряда всегда равен 95 %. Следует также обратить внимание, что целевое значение уровная заряда 95 % является компромиссом для увеличения результирующей скорости линейного изменения давления. Окончательная цель 100 % уровня заряда никогда не может быть достигнута при заправке водородом без связи, поскольку целевое давление (см. А.5 приложения А) ограничивает конечное давление СХКВ, так что условия горячей заправки обычно приводят к значениям уровня заряда ниже 90 %.

Для получения более высоких скоростей линейного изменения давления альтернативная скорость линейного изменения давления была рассчитана таким же образом, как описано выше, но начиная с повышенного начального давления СХКВ, равного 5 МПа. В справочных таблицах в приложениях Г и Д сообщается об этой альтернативной более высокой скорости нарастания давления всякий раз, когда скорость, рассчитанная при начальном давлении СХКВ 2 МПа, не позволяет осуществить 3-минутную заправку. Случаи, в которых сообщается о более высоких скоростях линейного изменения, могут быть идентифицированы вариантом «долив» в таблицах заправки связи. Более высокая скорость линейного изменения давления потенциально может привести к перегреву СХКВ, если фактическое начальное давление ниже 5 МПа. Мерой предосторожности во избежание этого является снижение целевого давления, что описано в А.5 приложения А.

Скорости изменения давления были определены для наименьшей и наибольшей СХКВ в каждой размерной категории, поскольку заранее нельзя сказать, какая из них будет ограничивать скорость изменения давления. Причинами этого являются два противоположных эффекта. С одной стороны, меньшая СХКВ имеет более высокое отношение поверхности к объему; это приводит к более низкой конечной температуре водорода из-за лучшей теплоотдачи клейнеру. С другой стороны, СХКВ меньшего размера получает такое же фиксированное количество дополнительного тепла от водородопровода, что вызывает большее повышение температуры водорода внутри корпуса по сравнению со случаем СХКВ большего размера.

Самые быстрые скорости нарастания давления, указанные в справочных таблицах, дополнительно ограничиваются верхним значением 28,5 МПа/мин. Эта верхняя граница позволяет заправить СХКВ по протоколу Н70 от 2 до 87,5 МПа ровно за 3 мин. Это достигается при низких температурах окружающей среды в большинстве протоколов для категорий емкости СХКВ А и В.

Ограничение пикового массового расхода актуально только в случаях категории емкости СХКВ С при низких температурах окружающей среды. Результирующая скорость изменения давления составляет 19,9 МПа/мин для всех низких температур окружающей среды. Это позволяет производить заправку от 2 до 87,5 МПа за 4,3 мин. 46

ГОСТ Р 70682—2023

Рисунок А.6 — Этап 1 — моделирование скорости линейного изменения давления

Скорости линейного изменения давления были разработаны только для Н70 СХКВ. Все протоколы Н35 используют те же скорости изменения давления, что и соответствующие протоколы Н70. В соответствующих протоколах для расчетов использовались одни и те же параметры баллонов при моделировании: для Н35 СХКВ категории В (от 2,4 до 4,2 кг) использовались те же параметры, что и для Н70 СХКВ категории В (от 4 до 7 кг), а для Н35 СХКВ категории С (от 4,2 до 6,0 кг) использовались те же параметры, что и для Н70 СХКВ, категории емкости С (от 7 до 10 кг). Такая процедура была выбрана специально для обеспечения безопасного взаимодействия протоколов заправки, т. е. частичная заправка Н35 может быть продолжена заправкой Н70 и наоборот.

В протоколах заправки со связью используются те же скорости изменения давления, что и в протоколах заправки без связи. Это обеспечивает безопасное взаимодействие протоколов, т. е. неполная заправка со связью может продолжаться после заправки без связи, и наоборот. Преимущество заправки со связью перед заправкой без таковой состоит в более высоком уровне заполнения в конце заправки, но не в более быстрой заправке. Заправка со связью занимает больше времени, чем заправка без связи, потому что она прекращается позже, при более высоком целевом давлении.

При разработке стандарта не учитывались условия, при которых ТС заправляется с использованием нескольких заправочных колонок. Скорости изменения давления для заправок Н35 и Н70 подбирались таким образом, чтобы свести к минимуму возможность перегрева в случае, когда пользователь сначала заправляется при Н35, а затем завершает заправку при Н70. Хотя это сводит к минимуму возможность перегрева, но не устраняет ее полностью, особенно если обе ТРК теплые в начале каждой заправки.

Примеры не полностью рассмотренных сценариев заправки:

- заправка по Н35, затем заправка по Н70 без связи;

- несколько заправок по Н70, каждая на отдельных ТРК.

При одном из вышеперечисленных случаев температура водорода в СХКВ может превысить предельную, однако вероятность возникновения этих случаев мала. По этой причине, а также из-за сложности ограничений, накладываемых на протоколы заправки этими случаями, они не рассматривались.

Станции должны использовать общие категории температуры подачи водорода на всех ТРК, так как это снижает риск превышения предела температуры водорода в СХКВ при этих маловероятных случаях.

А.3.11 Этап 2 — целевое давление

Второй шаг в определении процесса заправки состоит в вычислении целевого давления (т. е. давления на станции, при котором процесс заправки завершается) так, чтобы параметры СХКВ оставались в своих рабочих 47

ГОСТ Р 70682—2023

пределах при любых вероятных условиях. С этой целью были сделаны допущения моделирования холодной заправки. С учетом двух допущений, внесенных в расчет скоростей линейного увеличения давления на этапе 1 (т. е. ориентируясь на 95 %-ный уровень заряда вместо 100 %-ного и начиная с 5 МПа в некоторых случаях), также требуется смоделировать процесс горячей заправки, чтобы исключить возможность перегрева.

А.3.12 Целевое давление без связи

На рисунке А.7 показано моделирование холодного случая для примера Н70 при температуре окружающей среды 0 °C и давлении СХКВ 0,5 МПа перед заправкой водородом. Моделирование холодного случая начинается с полной СХКВ (100 %-ный уровень заряда), пропитанного при температуре холодного пропитывания минус 10 °C. Водород в системе слит в моделировании истории вождения, обозначенном пунктирной линией. Когда температура водорода СХКВ достигает нижнего рабочего предела минус 40 °C, массовый расход экстракции снижается, чтобы поддерживать более низкую рабочую температуру, в то время как давление продолжает падать. Моделирование истории останавливается, когда давление в СХКВ достигает начального давления заправки в СХКВ Р_о. В примере было выбрано значение 0,5 МПа. Начальное давление СХКВ является вторым измерением в справочных таблицах (температура окружающей среды является первым). Окончательные значения состояний СХКВ (т. е. масса водорода, внутренняя энергия и температура стенок T_vw) используются для инициализации моделирования заправки. Моделирование подачи водорода в холодном случае останавливается, когда уровень заряда достигает значения 100 %, и в результате сохраняется соответствующее давление СХКВ Р_сс. Ни в одной итерации при моделировании холодных условий не достигался температурный предел 85 °C. Моделирование холодного случая проводилось только для более крупной СХКВ в каждой размерной категории, потому что два противоположных эффекта, описанные для моделирования горячего случая на шаге 1, не существуют одинаковым образом. Размер СХКВ варьируется в предположениях холодного случая только количеством одинаковых сосудов в системе (Н70: 2, 4, 7 или 10), геометрия сосудов всегда одинакова. Следовательно, все СХКВ имеют одинаковое отношение поверхности к объему. Однако дополнительное количество тепла, поступающее от тепловых масс водородопровода, равномерно распределяется по всем сосудам в системе. Следовательно, самая большая система с наибольшим количеством сосудов будет иметь самую низкую температуру водорода.

На этапе 2 моделирование горячих случаев не проводилось. Вместо этого предел давления горячего СХКВ устанавливается равным значению из целевого показателя заправки на этапе 1 при 95 %-ном уровне заряда и 85 °C; это 81,2 МПа и 41,1 МПа для протоколов Н70 и Н35 соответственно. Тот факт, что некоторые заправки в горячих условиях, начиная сдавления ниже 2 или 5 МПа (в зависимости от выбранной модели на этапе 1), будут перегреваться при заправке до Р_нс, не принимался во внимание.

Для каждой температуры окружающей среды и начального давления СХКВ существует два ограничения давления водорода СХКВ: Р_сс из моделирования холодного случая и Р_нср,пя рассмотрения горячего случая. Меньшее из двух значений используется как предел конечного давления СХКВ. Целевые значения давления, указанные в справочных таблицах в приложениях Г и Д, представляют собой конечное моделируемое давление на станции, если предельным является холодный вариант, в противном случае 81,2 МПа. Ожидается, что конечное давление водорода внутри СХКВ будет меньше целевого давления заправки из-за перепада давления от ТРК к СХКВ. Проверка справочных таблиц Н70 показывает, что предел давления в горячих условиях Р_нс никогда не активен, поскольку все конечные давления моделирования в холодных условиях ниже.

После определения целевых давлений заправки было проведено моделирование горячего случая для всех начальных давлений (особенно низких давлений менее 5 МПа) с остановкой на целевом давлении для проверки конечных температур водорода. Оказалось, что никакое моделирование горячих условий не приводит к перегреву. Причиной этого является тот факт, что все целевые давления определяются моделированием холодного случая, и заправка всегда прекращается раньше, чем 81,2/41,1 МПа.

А.3.13 Целевое давление при заправке со связью

Связь между заправочной станцией и ТС (см. [1]) используется для увеличения конечного уровня заряда. Это означает, что заправочная станция полагается на сигнал, полученный от ТС, для повышения целевого давления. Скорость нарастания давления такая же, как и при заправке без связи, чтобы обеспечить безопасное взаимодействие протокола (например, переключение с частичной подачи водорода на связь без связи или наоборот. Информация, полученная от ТС, не классифицируется как Asil/Sil по какому-либо стандарту. Это означает, что СХКВ должен оставаться в пределах своих сертификационных пределов, даже если при обмене данными передаются неверные данные. Ключом к повышению целевого давления является предположение, что все соответствующие сосуды под давлением проходят испытания (см. [3]). Для ТС, работающих на водороде и водородных элементах (см. [2]) требуются гидравлические испытания с десятью циклами до 150 % НРД, чтобы устранить возможное избыточное давление на заправочной станции. Для СХКВ на 70 МПа это давление 105 МПа. Это означает, что при нарушении связи давление в СХКВ может однократно достигать значения 105 МПа. Это не нормальное рабочее давление; его следует рассматривать как исключение, возникающее только в случае сбоя связи.

48

ГОСТ Р 70682—2023

Рисунок А.7 — Этап 2 — моделирование целевого давления при заправке без связи

Температура, °C

Рисунок А.8 — Этап 2 — заправка со связью: обоснование ограничения — 120 %-ный уровень заряда

49

ГОСТ Р 70682—2023

Рисунок А.8 иллюстрирует обоснование повышения целевого давления для протоколов заправки со связью. Верхний предел давления, который может возникнуть один раз и только в случае нарушения связи, составляет 105 МПа. Этот предел давления может быть достигнут при следующем развитии событий, даже если целевое давление связи ниже 87,5 МПа. Рассмотрим заправку в холодных условиях при низкой температуре окружающего воздуха и среднем начальном давлении СХКВ. Эта заправка прекращается при 120 %-ном уровне заряда при температуре водорода СХКВ ниже 0 °C. Конечное давление РСС внутри СХКВ значительно ниже 87,5 МПа. Впоследствии СХКВ подвергается воздействию различных условий окружающей среды (например, транспортируется в другое более теплое место или ТС стоит на полугодовой стоянке, начиная с зимы и заканчивая летом). В конце концов, СХКВ может быть выдержано в горячем состоянии при температуре окружающей среды 50 °C. Соответствующая температура горячей выдержки составляет 50 °C (см. таблицу А.4 приложения А). При этой температуре давление водорода в СХКВ достигнет ровно 105 МПа. Уровень заряда, равный 120 %, выбран в качестве целевого уровня заряда для расчета конечных давлений Р_сс в холодном состоянии.

На рисунке А.9 показано моделирование холодного случая для примера Н70 при температуре окружающей среды 0 °C и давлении СХКВ 0,5 МПа перед заправкой водородом. Как и в моделировании без связи, моделирование холодного случая начинается с полного СХКВ (100 %-ный уровень заряда), пропитанного при температуре холодного пропитывания минус 10 °C. Система сливается от водорода в моделировании истории движения, соблюдая нижний температурный предел и останавливаясь при начальном давлении заправки Р_о; это обозначено пунктирной линией. Окончательные значения состояний СХКВ используются для инициализации имитации заправки. Моделирование холодного случая останавливается, когда уровень заряда достигает значения 120 %, и в результате сохраняется соответствующее конечное давление СХКВ Р_сс. Как и преаде, моделирование холодного случая проводилось только для большего размера СХКВ в каждой размерной категории, потому что меньший размер всегда заканчивается при более высоком давлении.

Моделирование горячего случая начинается с измеренного начального давления СХКВ Р_о (возможная история заправки игнорируется) и температуры горячего насыщения 15 °C. Система заправляется HPRR, и моделирование останавливается, когда достигается верхний температурный предел 85 °C. В результате сохраняется соответствующее давление Р_нс. Как и в шаге 1, моделировались сосуды наименьшего и наибольшего размера для каждой размерной категории.

Для каждой температуры окружающей среды и начального давления СХКВ есть три конечных давления водорода СХКВ (один результат Р_сс в холодном случае и два Р_нс в горячем случае). Предельным случаем является прогон моделирования с самым низким конечным давлением СХКВ. В справочных таблицах в приложениях Г и Д значения конечного давления моделирования на станции для предельного случая представлены в качестве целевого давления. Ожидается, что конечное давление водорода внутри СХКВ будет меньше целевого давления заправки из-за перепада давления от ТРК к СХКВ. В результате теперь все симуляции горячих случаев определяют целевое давление. Это связано с тем, что ограничение 120 % для моделирования холодного случая приводит к очень высоким давлениям, обычно превышающим 87,5 МПа.

Рисунок А.9 — Шаг 2 — моделирование целевого давления связи

50

ГОСТ Р 70682—2023

А.3.14 Долив при заправке со связью

Чтобы увеличить APRR для стандартных заправок, описанных выше, начальное давление СХКВ для моделирования этапа 1 (стандартная заправка) было увеличено с 2 до 5 МПа, если моделирование с 2 МПа давало неудовлетворительное время заправки более 3 мин. Имея преимущества для заправок при всех температурах окружающей среды и при начальных давлениях, равных или превышающих 5 МПа, эта методология снизила максимально возможный уровень заряда для заправок, начинающихся с начальных давлений в СХКВ менее 5 МПа, при каждой температуре окружающей среды, для которой применяется более высокая скорость изменения скорости. Контрмерой, позволяющей избежать очень низкого уровня заряда, является так называемый долив, применяющийся для заправки со связью с учетом [1].

Долив представляет собой непрерывную заправку со сниженной скоростью изменения давления, которая начинается сразу после стандартной заправки. Это позволяет станции осуществлять долив без прерывания заправки, но с уменьшенным APRR дозаправки и новым целевым давлением дозаправки. На рисунке А.10 показана успешная стандартная заправка водородом с последующим доливом.

Расчет скорости увеличения давления при доливе и целевого давления следует той же двухэтапной процедуре, что и расчет стандартной скорости увеличения давления и его целевого значения.

А.4 Этап Т1 — скорость увеличения давления при доливе

Скорость увеличения давления при доливе была разработана итеративно таким же образом, как и стандартная скорость увеличения давления, путем нахождения значения скорости увеличения давления, при которой горячая заправка завершается при 100 %-ном уровне заряда без нарушения температурного предела 85 °C. Моделирование истории заправки выполняется для инициализации состояний СХКВ в конце стандартной заправки. В данной истории заправки используют допущения горячей заправки; при начальном давлении 0,5 МПа подается водород со скоростью HPRR, и заканчивается при табличном целевом давлении заправки со связью. Это показано на рисунке А. 11. Раздаточная колонка должна поддерживать температуру на разрывной муфте, сохраняя стандартную температуру подачи водорода без дополнительного времени на охлаждение. Конечное давление СХКВ P_hc используется впоследствии при определении целевого давления долива. Полученная HPRR затем преобразуется в APRR с использованием того же коэффициента преобразования, что и на этапе 1. Он применяется ко всем случаям долива, которые следуют за стандартными заправками, начиная с 0,5 МПа и 5 МПа. Моделировался только тот размер СХКВ, который ограничивал стандартное целевое давление заправки водородом.

51

ГОСТ Р 70682—2023

Рисунок А.11 — Этап Т1 — моделирование скорости линейного изменения давления при доливе

А.4.1 Этап Т2 — целевое давление при заправке с доливом

Моделирование холодной заправки с доливом использовалось для определения максимального конечного давления для предотвращения избыточной заправки. Как и в шаге 2 для заправки со связью, использовалось ограничение уровня заряда 120 % (см. рисунок А. 12 приложения А). Моделирование учитывает два фактора: во-первых, историю вождения, как описано выше; во-вторых, стандартный процесс заправки, который инициализируется с конечными состояниями из моделирования истории вождения, заправляется с помощью APRR и заканчивается при табличном целевом давлении связи. Окончательные состояния СХКВ затем используются для инициализации моделирования процесса долива. Моделирование заканчивается при 120 %-ном уровне заряда, и записывается конечное давление Р_сс.

Меньшее из двух конечных давлений Р_сс и Р_нт ограничивает целевое давление долива. Конечное давление на заправочной станции из предельного моделирования используется в справочных таблицах.

52

ГОСТ Р 70682—2023

Рисунок А.12 — Этап Т2 — моделирование целевого давления доливки

А.5 Этап 3 — проверка функциональности

Шаги 2—3: Моделирование, выполненное в условиях горячей заправки, останавливается при температуре 85 °C, расходе 60 г/с или 100 %-ном уровне заряда, в зависимости от того, что будет достигнуто раньше. Это гарантирует, что результирующее конечное давление также приведет к средней температуре водорода СХКВ ниже 85 °C.

А.6 Охлажденная ТРК

Были созданы дополнительные справочные таблицы для повышения скорости заправки для случая, когда оборудование станции предварительно охлаждено. Моделирование, выполненное для создания этих таблиц, идентично описанному ранее, со следующими двумя изменениями в рамках условий горячей заправки: во-первых, начальная температура станции равна не температуре окружающей среды, а заданной табличной температуре (0 °C или минус 10 °C), но только в том случае, если заданная температура ниже температуры окружающей среды. Затем станция снижает свою начальную температуру до верхней допустимой температуры за 30 с. Эту процедуру можно представить на рисунке А.2, заменив температуру окружающей среды заданной начальной температурой станции. Во-вторых, температура T_/s компонентов водородопровода станции инициализируется той же заданной температурой, а не окружающей средой.

Затем все скорости изменения давления рассчитывают, как описано выше. Из-за пониженной начальной температуры станции и водородопровода по сравнению с таблицами по умолчанию достигается более высокая скорость линейного изменения давления, особенно при высоких температурах окружающей среды.

Все последующие этапы расчета целевого давления (без связи и с ней), а также скорости увеличения давления при доливе со связью и целевого давления были пересчитаны в соответствии с той же процедурой, что описана ранее, нос использованием модифицированных допущений и новой скорости увеличения давления.

53

ГОСТ Р 70682—2023

Приложение Б (обязательное)

Блок-схемы подпрограмм

Б.1 В соответствии с 7.7 в настоящем приложении описаны блок-схемы подпрограмм для заправки водородом на основе таблиц (см. рисунки Б.1—Б.9).

Б.1.1 Общая блок-схема подпрограмм представлена на рисунке Б.1.

54

ГОСТ Р 70682—2023

ПУ — проверка на утечку

Рисунок Б.2 — Общая подпрограмма запуска ТРК

55

ГОСТ Р 70682—2023

56

Запуск подпрограммы заправки без связи

Начальное давление = давление на станции

Откат процесса заправки без связи

Да

Установить время запуска подачи топлива = 0 с

Начало отсчета времени запуска подачи топлива 1

Топливо поступает в ТС со скоростью APRR

Рисунок Б.З — Запуск подпрограммы процесса заправки без связи

ГОСТ Р 70682—2023

Подпрограмма определения заправочной таблицы

Top-Off

indicator =

True?

Нет

Да

Определение APRR. целевых давлений заправки с и без связи

Set Poor Fueling Command = Dyna; Set Dyna Time = 3 c

т

Начало отсчета времени подачи топлива

Проверка целостности пройдена?

Да

Fueling

Command =

Abort?

Нет

' #2 процесс заправки, продолжение

< на листе

2 У

Определение APRR. целевых давлений заправки с и без связи, включая «долив»

Station Pressure

>=Non-Comm

Fueling Target

Завершение заправки

Pressure

Нет

Откат

к заправке

без связи

Завершение заправки

Fueling

Command =

Нет

#1 процесс

заправки,

продолжение

Hd Jin: “

Да

Да

Prior

Fueling

Command =

Halt?

Да

Halt Time > 60 c?

Нет

Prior Fueling Command = Fueling Command =

Отсутствие подачи топлива при APRR

Set Halt Time = Ос & Start counting Halt Time

Рисунок Б.4 — Подпрограмма запуска заправки со связью

57

ГОСТ Р 70682—2023

Рисунок Б.4, лист 2

58

ГОСТ Р 70682—2023

Рисунок Б.5 — Подпрограмма проверки процесса заправки

59

ГОСТ Р 70682—2023

Рисунок Б.6 — Подпрограмма определения таблицы заправки

60

ГОСТ Р 70682—2023

Температурные границы подачи топлива

Повторное определение новых границ температуры подачи топлива от -40 °C до -26 °C или -17,5 °C

Рисунок Б.7 — Подпрограмма заправки при снижении температуры подачи водорода

61

ГОСТ Р 70682—2023

Рисунок Б.8 — Подпрограмма проверки температуры подачи водорода

62

ГОСТ Р 70682—2023

Увеличение Signal_Counter на 1; Установка t_interval=O и начало отсчета t_interval

Рисунок Б.9 — Подпрограмма физических и функциональных требований

63

ГОСТ Р 70682—2023

Приложение В (обязательное)

Критерии приемки для эксплуатационных испытаний

Соответствие ТРК требованиям протоколов заправки, указанным в настоящем стандарте, должно быть проверено с помощью испытаний водородных станций. Эксплуатационные испытания предназначены для демонстрации того, что протокол соответствует минимальным критериям согласно настоящему стандарту, водород подается в указанном диапазоне температур, с заданной скоростью линейного изменения давления и до заданного целевого давления.

ТРК должна соответствовать общим ограничениям процессов, указанным в разделе 5, и конкретным требованиям процесса заправки, как описано в разделе 7 для табличной заправки или в разделе 8 для протокола на основе формулы МС.

ТРК должна осуществлять каждую заправку в обозначенных пределах, удовлетворяя при этом критериям остановки протокола заправки.

Производитель ТРК должен гарантировать соответствие всем обозначенным критериям безопасности.

64

ГОСТ Р 70682—2023

Приложение Г (обязательное)

Стандартные таблицы

Г.1 Таблицы, содержащиеся в этом приложении, являются стандартной «справочной таблицей» для водорода со связью и без связи (см. приложение Ж для рекомендаций по интерполяции табличных значений).

Таблица Г.1 — Н35-Т40: категория емкости СХКВ А, заправка без связи

65

ГОСТ Р 70682—2023

Таблица Г.2 — Н35-Т30: категория емкости СХКВ А, заправка без связи

66

ГОСТ Р 70682—2023

Таблица Г.З — Н35-Т20: категория емкости СХКВ А, заправка без связи

67

ГОСТ Р 70682—2023

Таблица Г.4 — Н35-40: категория емкости СХКВ А, заправка со связью

68

ГОСТ Р 70682—2023

Таблица Г.5 — Н35-Т30: категория емкости СХКВ А, заправка со связью

69

ГОСТ Р 70682—2023

Таблица Г.6 — Н35-Т20: категория емкости СХКВ А, заправка со связью

70

ГОСТ Р 70682—2023

Таблица Г.7 — Н35-Т40: категория емкости СХКВ В, заправка без связи

71

ГОСТ Р 70682—2023

Таблица Г.8 — Н35-Т30: категория емкости СХКВ В, заправка без связи

72

ГОСТ Р 70682—2023

Таблица Г.9 — Н35-Т20: категория емкости СХКВ В, заправка без связи

73

ГОСТ Р 70682—2023

Таблица Г.10 — Н35-Т40: категория емкости СХКВ В, заправка со связью

74

ГОСТ Р 70682—2023

Таблица Г.11 — Н35-Т30: категория емкости СХКВ В, заправка со связью

75

ГОСТ Р 70682—2023

Таблица Г.12 — Н35-Т20: категория емкости СХКВ В, заправка со связью