《車用氫氣傳感器》編制說(shuō)明

《車用氫氣傳感器》編制說(shuō)明

一、工作簡(jiǎn)況

1.1任務(wù)來(lái)源

《車用氫氣傳感器》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)是由中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)批準(zhǔn)立項(xiàng)，文件號(hào)中汽學(xué)

標(biāo)【2023】103號(hào)，任務(wù)號(hào)為2023-035。本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)提出，浙江固

微科技有限公司、中國(guó)第一汽車股份有限公司、南京大學(xué)、山東大學(xué)、重慶長(zhǎng)安新

能源汽車科技有限公司、廣西玉柴機(jī)器股份有限公司、德燃(浙江)動(dòng)力科技有限公

司、浙江氫途科技有限公司、國(guó)家電投集團(tuán)氫能科技發(fā)展有限公司、東風(fēng)汽車集團(tuán)

有限公司技術(shù)中心、上海舜華新能源系統(tǒng)有限公司等單位起草。

1.2編制背景與目標(biāo)

氫氣易泄漏而難發(fā)現(xiàn)、氫氣爆炸極限寬（4%~75%）易發(fā)生爆炸且破壞力大，因

此防止氫氣泄漏爆炸是包括氫燃料電池、氫內(nèi)燃機(jī)汽車在內(nèi)以氫氣為動(dòng)力來(lái)源車輛

的最重要的安全指標(biāo)之一。使用靈敏、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的氫氣傳感器，對(duì)汽車的包括儲(chǔ)

氣罐、輸氣管路、電池、發(fā)動(dòng)機(jī)、排氣管等車載氫氣系統(tǒng)及相關(guān)系統(tǒng)的氫氣濃度實(shí)

時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)氫能汽車制造、運(yùn)儲(chǔ)、使用過(guò)程氫氣泄漏，是確保氫能汽車安全

性的主要措施。

隨著我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)政策的推進(jìn)，車用氫氣傳感器的應(yīng)用日益廣泛。由于車用氫

氣傳感器相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚屬空白，目前沒(méi)有統(tǒng)一的氫氣傳感器測(cè)量范圍、精度、工

況環(huán)境、響應(yīng)速度、抗氣體干擾等標(biāo)準(zhǔn)，不利于國(guó)內(nèi)氫氣傳感器制造水平的提高和

氫能汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

因此，非常有必要制定車用氫氣傳感器生產(chǎn)、檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，避免因缺乏標(biāo)準(zhǔn)

而造成產(chǎn)品良莠不一，因氫氣傳感器質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致氫氣泄漏爆炸事故。該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)

布，不僅為車用氫氣傳感器指明了未來(lái)發(fā)展方向，其中不少條目更是適用于其他應(yīng)

用場(chǎng)景的氫氣傳感器或可燃?xì)怏w傳感器，對(duì)其他傳感器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建立具有極高的

借鑒價(jià)值。

1.3主要工作過(guò)程

2022年下半年，本標(biāo)準(zhǔn)牽頭單位浙江固微科技有限公司基于從事氫氣傳感器研

發(fā)、制造的相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)積累，啟動(dòng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)研工作。預(yù)研工作包括相關(guān)試

驗(yàn)數(shù)據(jù)、國(guó)內(nèi)外車用氫氣傳感器使用場(chǎng)景及技術(shù)需求、車用氫氣傳感器標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)

1

容等。

2022年8月——2023年2月在預(yù)研的基礎(chǔ)上，匯聚科研院校、產(chǎn)品應(yīng)用企業(yè)完

成《車用氫氣傳感器》初稿。

2023年3月——2023年5月開(kāi)始向中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)申請(qǐng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)工作。

立項(xiàng)申請(qǐng)工作包括編寫立項(xiàng)申請(qǐng)、籌備成立編寫工作組、在工作組范圍內(nèi)修改《車

用傳感器》初稿等。

2023年4月26日標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)通過(guò)中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)審核并于5月16日發(fā)布立項(xiàng)

通知書。

2023年5月——9月期間工作組以線下、線上方式組織6次會(huì)議對(duì)《車用氫氣

傳感》初稿進(jìn)行修改。其中4月26日在重慶、7月26日在杭州兩次線下會(huì)議。

2023年9月20日——10月15日，工作組根據(jù)各方意見(jiàn)召開(kāi)4次會(huì)議集中修

改。10月13日中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)邀請(qǐng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委專家對(duì)草稿進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化方面的審

核并于封閉意見(jiàn)，形成征求意見(jiàn)稿。

2023年10月15日經(jīng)中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)審核后，《車用氫氣傳感器》征求意見(jiàn)

稿公開(kāi)征求意見(jiàn)。

11月20日——11月30日，根據(jù)征求意見(jiàn)的反饋，對(duì)征求意見(jiàn)稿修改并形成送

審稿。中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)組織專家對(duì)送審稿進(jìn)行審核。

12月，針對(duì)專家評(píng)審意見(jiàn)，修改送審稿形成報(bào)批稿，進(jìn)行報(bào)批公示。

2023年1月，標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布。

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要內(nèi)容

2.1標(biāo)準(zhǔn)制定原則

遵循通用性、指導(dǎo)性、協(xié)調(diào)性原則，在充分總結(jié)和比較國(guó)內(nèi)外車用氫氣傳感器

主要技術(shù)內(nèi)容、相關(guān)指標(biāo)測(cè)量試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)外車用氫氣生產(chǎn)和應(yīng)用

實(shí)際情況，參考GB/T28046《道路車輛電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn)》系列

標(biāo)準(zhǔn)、GB34660-2017《道路車輛電磁兼容性要求和試驗(yàn)方法》、GB/T19951-2019

《道路車輛電氣/電子部件對(duì)靜電放電抗擾性的試驗(yàn)方法》、GB/T2408-2021《塑

料燃燒性能的測(cè)定水平法和垂直法》等標(biāo)準(zhǔn)制定了車用氫氣傳感器的電磁、物理

方面各項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容和試驗(yàn)方法。本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車用氫氣傳感的術(shù)語(yǔ)進(jìn)行規(guī)定，并對(duì)響應(yīng)

時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間、冷啟動(dòng)時(shí)間、探測(cè)下限、測(cè)量范圍、靈敏度、一致性與重復(fù)性、

抗氣體干擾測(cè)試等車用氫氣傳感器重要指標(biāo)和這些指標(biāo)的檢測(cè)試驗(yàn)方面作了較詳細(xì)

2

的規(guī)定，以確保車用氫氣傳感器在氫能汽車使用過(guò)程中安全性、可靠性、準(zhǔn)確性、

耐久性方面的要求。

2.1.1通用性原則

本標(biāo)準(zhǔn)參考現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)目前車用氫氣傳感器實(shí)際應(yīng)用情況，提出的車

用氫氣傳感器技術(shù)要求和相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)試驗(yàn)方法適用于氫燃料電池汽車和氫能發(fā)動(dòng)

機(jī)汽車的氫氣泄露檢測(cè)和報(bào)警，通用性高。

2.1.2指導(dǎo)性原則

本標(biāo)準(zhǔn)廣泛引用道路車輛系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（車規(guī)），對(duì)工作溫度、電源性能、振

動(dòng)、靜電抗干擾等重要技術(shù)要求提出具體參數(shù)，有利于指導(dǎo)氫氣傳感器的相關(guān)技術(shù)

性能符合車輛的應(yīng)用要求；本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氫氣暴露循環(huán)、交叉敏感度、響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間、

測(cè)量范圍與精度等技術(shù)要求提出具體測(cè)試試驗(yàn)方法，有利于避免試驗(yàn)方法和指標(biāo)不

統(tǒng)一，造成的對(duì)傳感器性能指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果不統(tǒng)一的問(wèn)題。例如本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測(cè)試氣體

流量為1000sccm，即避免了國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)方法不一致造成的車用氫氣傳感器準(zhǔn)確度

不一致的問(wèn)題。

2.1.3協(xié)調(diào)性原則

本標(biāo)準(zhǔn)提出的方法與目前使用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的方法協(xié)調(diào)統(tǒng)一、互不交叉。僅作

為一種更便捷、精確度更高、更高效的方法對(duì)目前使用的方法進(jìn)行補(bǔ)充。

2.1.4兼容性原則

本標(biāo)準(zhǔn)提出的車用氫氣傳感器主要技術(shù)要求與實(shí)際應(yīng)用的車用氫氣傳感器的主

要指標(biāo)基本相同或相近；試驗(yàn)方法充分考慮國(guó)內(nèi)外主要車用氫氣傳感器產(chǎn)品的特性

和使用慣例，具有普遍適用性。

2.2標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以氫氣為動(dòng)力來(lái)源的車輛包括氫燃料電池汽車、氫能發(fā)動(dòng)機(jī)汽車中

的所有氫氣傳感器件的性能、檢測(cè)、設(shè)置等相關(guān)內(nèi)容。主要技術(shù)內(nèi)容包括有車載式

氫氣傳感器的測(cè)量范圍、精度、響應(yīng)時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間、振動(dòng)、氣體干擾、工作環(huán)境

溫度、工作環(huán)境壓力等性能的硬性指標(biāo)，氫氣傳感器硬性指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，以

及氫氣傳感器在車輛中的具體安裝位置、安裝方式以及規(guī)范輸出等。

本標(biāo)準(zhǔn)共8個(gè)章節(jié)，具體如下：

1范圍

2規(guī)范性引用文件

3

3術(shù)語(yǔ)和定義

4縮略語(yǔ)

5技術(shù)要求

6試驗(yàn)

7檢驗(yàn)規(guī)則

8標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸、貯存

2.3關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題說(shuō)明

本標(biāo)準(zhǔn)在氫氣傳感器動(dòng)力學(xué)性能、傳感器壽命和探測(cè)下限等技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方

法上作出了規(guī)范性描述，下面對(duì)其原理和依據(jù)進(jìn)行說(shuō)明。

2.3.1動(dòng)力學(xué)性能測(cè)試中的響應(yīng)時(shí)間測(cè)量

如術(shù)語(yǔ)和定義3.7所述，響應(yīng)時(shí)間被定義為氫氣濃度階躍變化（由0瞬間增大

至某個(gè)濃度）引起的傳感器輸出上升，達(dá)到最終指示穩(wěn)態(tài)信號(hào)的90%所需的時(shí)間即

為響應(yīng)時(shí)間。但事實(shí)上，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)理想的氫氣濃度階躍變化。無(wú)論采用

腔室法還是流動(dòng)法測(cè)定傳感器的響應(yīng)時(shí)間，都應(yīng)盡可能地使得測(cè)量過(guò)程中氫氣濃度

盡可能快速地達(dá)到目標(biāo)值?？紤]到技術(shù)要求5.4和5.14所述，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了響應(yīng)時(shí)

間應(yīng)≤3s。為了盡可能減少在特定腔室或容器中建立特定氫氣濃度環(huán)境所需的平

衡時(shí)間，就必須嚴(yán)格限定腔室或容器的容積和氣體流量。

以響應(yīng)時(shí)間3s為邊界，考慮可以接受的影響誤差為5%，即允許氫氣濃度平衡

時(shí)間最大不超過(guò)0.15s。這里將平衡時(shí)間估算為腔室的容積x（單位為cm3）與氣體

?

流量V（單位為sccm）之比。那么應(yīng)滿足關(guān)系≤0.15?。因此，通入腔體中的目標(biāo)

?

氣體的流量V應(yīng)不低于440xsccm。關(guān)于這一點(diǎn)，本標(biāo)準(zhǔn)在試驗(yàn)6.4中規(guī)定了用于

測(cè)量響應(yīng)時(shí)間腔室體積和目標(biāo)氣體流量應(yīng)滿足的條件。

2.3.2傳感器壽命

理論上，工業(yè)化批量生產(chǎn)的氣體傳感器的壽命分布帶有一定的隨機(jī)性，且與使

用環(huán)境密切關(guān)聯(lián)。例如，某個(gè)氫氣檢測(cè)儀的傳感器假如連續(xù)露出于2ppm氫氣之中，

它的壽命大約是兩年（或許稱為2ppm年壽命）假如長(zhǎng)時(shí)間露出于1%的氫氣水平，

則只有三個(gè)月的壽命。因此，氫氣傳感器的壽命評(píng)估是基于在一定測(cè)量條件下的敏

感材料失效時(shí)間統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。

在試驗(yàn)6.16中，對(duì)氫氣傳感器失效原因歸結(jié)為反復(fù)經(jīng)歷氫氣暴露循環(huán)導(dǎo)致的

傳感材料的感知性能超出傳感器失效判據(jù)所規(guī)定的限制。非敏感材料導(dǎo)致的傳感器

4

失效不在本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的傳感器壽命范疇。因此，采用了指數(shù)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布和

威布爾分布三個(gè)常用于氣體傳感材料壽命評(píng)估的模型來(lái)計(jì)算傳感器的理論壽命。

2.3.3探測(cè)下限

如術(shù)語(yǔ)和定義3.9所述，探測(cè)下限是傳感器可以可靠檢測(cè)的最小值。在實(shí)際的

傳感器標(biāo)定或測(cè)量過(guò)程中，考慮到氫氣傳感器品類繁多，被測(cè)試的氫氣濃度很難在

極低濃度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確可調(diào)，因此，直接使用極低濃度氫氣對(duì)傳感器進(jìn)行探測(cè)下

限的測(cè)量是不現(xiàn)實(shí)的，也不具備可操作性。

所幸的是，國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（InternationalUnionofPureand

AppliedChemistry，簡(jiǎn)稱IUPAC）給出了化學(xué)傳感器的探測(cè)下限的量化計(jì)算方法（參

見(jiàn)文獻(xiàn)DOI:10.1021/ac00258a724）。參照這一方法，本標(biāo)準(zhǔn)在術(shù)語(yǔ)和定義3.9中，

明確將探測(cè)下限的計(jì)算方法規(guī)定為傳感器背景噪聲信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差的三倍所對(duì)應(yīng)的氫

氣濃度輸出值，并且在試驗(yàn)6.15中給出了評(píng)估探測(cè)下限的具體方法。

2.3.4傳感器精度

鑒于當(dāng)前氫氣傳感器在量程范圍和測(cè)量精度上的制約性，本標(biāo)準(zhǔn)以1000ppm為

界限，劃分兩個(gè)測(cè)量段。在小于等于1000ppm氫氣濃度時(shí)，放寬測(cè)量精度的限制要

求（低于±200ppm）；而當(dāng)氫氣濃度大于1000ppm時(shí)，則統(tǒng)一將精度約束在全量程

的10%以內(nèi)。

2.4標(biāo)準(zhǔn)工作基礎(chǔ)

標(biāo)準(zhǔn)牽頭單位之一是國(guó)內(nèi)主要的車用氫氣傳感器研發(fā)、制造企業(yè)，另一牽頭單

位是國(guó)內(nèi)主要的汽車制造企業(yè)。編寫組由汽車制造企業(yè)、科研院校、汽車檢測(cè)機(jī)

構(gòu)、燃料電池配套企業(yè)等組成。上述參與單位有扎實(shí)的車用氫氣傳感器研發(fā)、制

造、檢測(cè)、應(yīng)用基礎(chǔ)，能夠準(zhǔn)確把握車用氫氣傳感器技術(shù)要求、試驗(yàn)方法方面的需

求，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的制定提出合理架構(gòu)規(guī)劃并具體落實(shí)、執(zhí)行。

本標(biāo)準(zhǔn)具有一定的先進(jìn)性、通用性、科學(xué)性和可操作性。

三、標(biāo)準(zhǔn)中涉及專利的情況

本標(biāo)準(zhǔn)尚無(wú)涉及專利的內(nèi)容。

四、預(yù)期達(dá)到的社會(huì)效益、對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用的情況

本標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，為整車實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多環(huán)境場(chǎng)景模式下涉氫區(qū)域安全態(tài)勢(shì)評(píng)估提供

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支撐，是聯(lián)合多個(gè)場(chǎng)景應(yīng)用單位形成的國(guó)內(nèi)首個(gè)車用氫傳感器團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

這一全新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)首次明確提出車載條件下耐久性指標(biāo)，并進(jìn)一步完善了車用氫

5

傳感器的核心指標(biāo)與相關(guān)評(píng)價(jià)方法。該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，不僅為車用氫氣傳感器指明了

未來(lái)發(fā)展方向，其中不少條目更是適用于其他應(yīng)用場(chǎng)景的氫氣傳感器或可燃?xì)怏w傳

感器，對(duì)其他傳感器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建立具有極高的借鑒價(jià)值。

本標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布有利于氫能產(chǎn)業(yè)，特別是氫燃料電池汽車、氫能發(fā)動(dòng)機(jī)汽車行業(yè)

的發(fā)展。

五、采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)情況，與國(guó)際、國(guó)外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對(duì)比情況，國(guó)內(nèi)外關(guān)鍵

指標(biāo)對(duì)比分析或與測(cè)試的國(guó)外樣品、樣機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比情況

尚無(wú)。

六、在標(biāo)準(zhǔn)體系中的位置，與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，特別是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)

調(diào)性

本標(biāo)準(zhǔn)符合國(guó)家有關(guān)法律、法規(guī)和相關(guān)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的要求，與現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

相協(xié)調(diào)。在標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)層面，車用氫氣傳感器與全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)、全國(guó)氫能

標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)下標(biāo)準(zhǔn)體系有關(guān)?？紤]到車用氫氣傳感器應(yīng)用于汽車，故該標(biāo)準(zhǔn)歸入全國(guó)汽

車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)下標(biāo)準(zhǔn)體系為妥，具體歸入氫能與燃料電池標(biāo)準(zhǔn)體系。

對(duì)照《北京市燃料電池汽車標(biāo)準(zhǔn)體系》，氫能與燃料電池標(biāo)準(zhǔn)體系分為安全與管理（1）、

氫能基礎(chǔ)（2）、氫加注（3）、關(guān)鍵零部件（4）、整車（5）五大板塊。本標(biāo)準(zhǔn)為車載氫系統(tǒng)

（4.2）的檢測(cè)方法（4.2.2.2）的技術(shù)類團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

車用氫氣傳感器標(biāo)準(zhǔn)作為關(guān)鍵零部件（4）板塊下車載氫系統(tǒng)（4.2）的其它相關(guān)

（4.2.2）標(biāo)準(zhǔn)，在涉及氫氣泄漏檢測(cè)方面與氫能與燃料電池標(biāo)準(zhǔn)體系中與其它三大板塊都有

一定程度的關(guān)系：1）氫基礎(chǔ)板塊（儲(chǔ)存與運(yùn)輸）；