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Lidrogeno e le celle a combustibile Esperienze e programmi in Italia Fiera di Milano, Polo di Rho 30 marzo 2005.

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1 Lidrogeno e le celle a combustibile Esperienze e programmi in Italia Fiera di Milano, Polo di Rho 30 marzo 2005

2 Normative, Standard e Regolamenti per lomologazione dei veicoli stradali ad idrogeno Dr. Ing. Aldo Bassi SINTESI AB S.r.l. Milano 2

3 Sommario 1.Tipologie dei veicoli stradali ad idrogeno 2.Impianti idrogeno di bordo e problemi di sicurezza 3.Principi per la stesura degli Standards e dei Regolamenti 4.Organismi internazionali e nazionali per la stesura di Technical Standard e dei Regolamenti 3

4 Schema 1 MOT EL INVERTER AUXILIARIES CGH 2 FC STACK HIGH PRESSURE CYLINDER CGH 2 FUEL FEEDING FILLING CONNECTOR Schema 4 TRASM FILLING CONNECTOR ICE LH 2 CRYOGENIC TANK LH 2 FUEL FEEDING Schema 3 TRASM CGH 2 ICE FUEL FEEDING HIGH PRESSURE CYLINDER CGH 2 FILLING CONNECTOR Schema 2 MOT EL INVERTER LH 2 FC STACK CRYOGENIC TANK LH 2 FUEL FEEDING FILLING CONNECTOR AUXILIARIES 4 Schemi dei veicoli stradali alimentati ad idrogeno

5 5 Sistema idrogeno di bordo veicoli stradali – CGH2 Idrogeno Compresso P High pressure Intermediate pressure Low pressure Pressure reducing valve Pressure relief valve Pressure reducing valve Pressure residual fuel meter (at the drivers seat) Container safety valve Container check valve Main stop valve Excessive-flow prevention valve Gas filling port (with a built-in gas filling valve that prevents spills) VENTING SYSTEM & H 2 SENSORS [Fonte:NTSEL-Japan] Internal Combustion Engine Fuel Cell

6 6 CONCETTI GENERALI PER LA SICUREZZA DEI VEICOLI AD IDROGENO 1.Sicurezza dellimpianto idrogeno: Misura delle perdite di gas e azioni di intercettazione Prevenzione degli accumuli di gas a bordo Controllo dei rilasci e spurghi del gas Comportamento al fuoco - valvole di sicurezza 2.Sicurezza allurto frontale, posteriore e laterale: Prevenzione delle perdite di gas in seguito a rotture Contenimento del gas nelle bombole (valvole cut-off) Adeguati dispositivi di fissaggio delle bombole e dei componenti

7 7 CONCETTI GENERALI PER LA SICUREZZA DEI VEICOLI AD IDROGENO (cont) 1.Sicurezza dispositivi elettrici (celle a combustible): Isolamento impianto elettrico batterie e celle a combustibile Prevenzione di scintille e di dispersioni di corrente Compatibilità elettromagnetica 2.Protezione dellambiente: Verifica delle emissioni Misura del consumo energetico Operatibilità in tutte le condizioni ambientali

8 8 SPECIFICHE PRINCIPALI DI UNA BOMBOLA DI IDROGENO COMPRESSO CombustibileH2 (> 99,8 % per la FC)( miscele CNG per ICE ) Pressione di lavoro350 bar a 15 °C ( in prospettiva 700 bar ) Massima pres. riempimento438 bar a 85 °C Pressione di scoppio 823 bar (coeff. 2,35) Temperature- 40 °C + 85 °C Vita utile> 15 anni a cicli Tempo di riempimento< 3 6 minuti per 2 4 Kg di H2 Perdita massima ammissibile< 1 Ncm 3 /l/h

9 FABER Cylinders for Compressed Hydrogen TYPE bar Working Pressure steel liner manufactured from plate/coil for 700 bar Working Pressure 4 kg Hydrogen 100 l water capacity 85 kg weight according to GRPE-Draft ECE Steel H 2 compatibility according to ISO fully wrapped with carbon fibre

10 10 DISPOSITIVI DI SICUREZZA DEL SISTEMA DI ACCUMULO DI IDROGENO COMPRESSO A BORDO DEI VEICOLI Elettrovalvola di stop (normalmente chiusa) posta all'uscita della bombola, che ha lo scopo di impedire l'uscita del gas in caso di urto, di rottura della tubazione, di utenza, (motore o fuel cell) guasta, o spenta, ecc… Valvola fusibile tarata a °C che ha lo scopo di evacuare il gas in caso di incendio per evitare lo scoppio della bombola; Diaframma tarato ad una pressione di sicurezza in caso di sovrappressione anomala; Sensori di pressione e di temperatura per il controllo dei parametri di funzionamento in esercizio. Sensori di H 2 per il controllo delle fughe (camera stagna) Sistemi elettronici di protezione ai guasti (fail safe)

11 11 PROVE PREVISTE PER LOMOLOGAZIONE E IL COLLAUDO DI UN VEICOLO ALIMENTATO AD IDROGENO COMPRESSO Rilevamento perdite di idrogeno in alcune zone del veicolo Bonfire sull'intero veicolo o sul contenitore delle bombole (cylinder assembly) Prova dei sistemi di evacuazione dell'H 2 dalla bombola e dai componenti dellimpianto Misure delle temperature e delle pressioni lungo il sistema di alimentazione dell'idrogeno Prova di crash (frontale, posteriore, laterale) con verifica del funzionamento delle elettrovalvole di stop e dellintegrità dei componenti Misura delle resistenza elettrica dei pneumatici per evitare cariche statiche e scintille Misura e controllo delle operazioni di riempimento (connettore/distributore)

12 12 ESEMPI DI INSTALLAZIONE DI SISTEMI IDROGENO – CELLE A COMBUSTIBILE NEL VEICOLO (SENSORI DI FUGHE IDROGENO) (Example I-1) The hydrogen system components are installed in a compartment that is located under the vehicle compartment and separated from the motor compartment. (Example I-2) The hydrogen system components are installed in a compartment under the vehicle compartment (with two detectors). (Example I-3) The hydrogen system components are installed on the roof. FC Tank PCU Drive motor Tank Vehicle compartment (Passenger compartment + luggage compartment) Motor compartment Compartment for the hydrogen system components Sensor detecting hydrogen leakage Hydrogen piping, etc. FC Tank PCU Drive motor FC PCU Drive motor Tank I. Single Compartment Type II. Double Compartment Type FC PCU Drive motor Tank FC PCU Drive motor Tank (Example II-1) The hydrogen system components are installed partly in the motor compartment and partly in a compartment under the vehicle compartment. (Example II-2) The hydrogen system components are installed partly on the roof and partly in a compartment under the vehicle compartment. [Fonte:NTSEL-Japan]

13 13 o ECE-Rxx : Liquid H 2 System & Components o ECE-Ryy : Compressed H 2 System & Components o ECE-Rzz: Fuel Cells ISO International Organization Standardization TC193 Natural Gas TC58 Gas cylinders ISO WG1 Criogenic vessels WG2 Container multimodal WG8 Electrolizer TC197 Hydrogen technologies WG4 Fuelling facilities WG5 Gaseous connector WG6 Gaseous containers WG7 Safety TC22 Road Vehicles TC22/SC25 Road vehicles using LPG, CNG, H 2 TC22/SC21 Electric road vehicles – fuel cells. WG1 Refuelling connector WG2 Design principles and installation of vehicle fuel system. WG3 Fuel system components. WG11 LPG Road Vehicles Containers ISO Parts 1 to 20. ISO/CD ISO/FDIS 15501ISO/CD European and International Gaseous Fuel Vehicles Standard Development UN / ECE United Nations Economic Commission for Europe WP.29 Inland Transport Committee GRPE Working Party on Pollution and Energy Ad Hoc Group H 2 and Fuel Cell GRPE Global Technical Regulations (GTR)

14 Decision for cooperation between TC197 and TC22 was already taken on ORGANISMI INTERNAZIONALI PER LA DEFINIZIONE DEI REGOLAMENTI DI OMOLOGAZIONE VEICOLI IDROGENO UN – GTR (Global technical Regulation) UN – ECE WP.29 GRPE Informal Group Hydrogen/Fuel Cell Vehicles EIHP2 Partnership EIHP is a partnership between the European Hydrogen Industry and the European Commission. This consortium was created to provide inputs for regulatory activities on a European and global level to facilitate harmonized Procedures for the approval of hydrogen fuelled road vehicles ISO TC22 SC21 Electric, Hybrid, FC Vehicles Global Cooperation Group for H2 & FC Vehicles Target date for a Regulation > 2010 Target date for a Regulation 2006 ISO TC22 SC25 LPG, CNG, H2 Road Vehicles ISO TC197 Hydrogen Technologies H2 Industry mobile voice and stationary ISO H2 Voice GRPE CGH2 and LH2 GTR CGH2 and LH2 Draft ECE Regulation [Fonte:L-B-Systemtechnic]

15 15 PERCORSI DI APPROVAZIONE DEI REGOLAMENTI VEICOLI IDROGENO IN EUROPA UN - ECE EC REGULATIONS Secretary General of the UN Economic Commission for Europe Inland Transport Committee ITC Working Party 29 (WP.29) New Vehicles Construction GRPE Group de Rapporteurs de Pollution et des Energie DIRECTIVES EU Council and EU Parliament European Commission Motor Vehicle Working Group MVEG Motor Vehicle Emission Group [Fonte:L-B-Systemtechnic]

16 16 ATTIVITA DI NORMAZIONE E STANDARDIZZAZIONE IN ITALIA SUI VEICOLI AD IDROGENO Mirror Committee H 2 Italia: CTI – Comitato Termotecnico Italiano CUNA – Commissione Tecnica di unificazione dellAutoveicolo CEI – Comitato Elettrotecnico Italiano Attività di confronto nazionale delle attività di normazione internazionali (ISO, CEN, GRPE, PLATFORM H 2...)

17 17 ATTIVITA DI NORMAZIONE E STANDARDIZZAZIONE IN ITALIA SUI VEICOLI AD IDROGENO cont Comitato centrale tecnico scientifico interministeriale GRUPPO DI LAVORO IDROGENO: Ministero Interno Ministero Infrastrutture e Trasporti Ministero ambiente Industria Rappresentanti sindacali Università / Enti di ricerca Stesura di un Regolamento per lomologazione di specifici componenti e di autoveicoli alimentati ad idrogeno gassoso – Circolare Ministeriale

18 18 SPECIFIC REGULATIONS FOR HYDROGEN PROPELLED VEHICLES TYPE APPROVED ECE-ONU R xxx (GRPE/2003/14-7/03/03)Proposal: Specific components for motor vehicles using liquid hydrogen. Vehicles with regard to the installation of specific component ECE-ONU R yyy (GRPE/Informal doc) Proposal:Specific components for motor vehicles using compressed gaseous hydrogen. Vehicles with regard to the installation of specific component ECE-ONU R zzz (Draft regulation)Specific components of fuel cell for vehicles propulsion system Vehicles with regard to the installation of fuel cell … ECE-ONU R 83 (draft amendment)Proposal:for introducing H 2 as propulsion fuel (exhaust emission measurements & certification tests) ECE-ONU R 85 (draft amendment)Proposal:for introducing H 2 as propulsion fuel (power output measurements & certification tests) ECE-ONU R 101 (draft amendment)Proposal:for introducing H 2 as propulsion fuel (fuel consumption and CO 2 emission measurements & certification tests) ECE-ONU R 100 (approved 12/02/97)Approval of battery electric vehicles with regard to specific requirements for construction and functional safety Nota: In the Regulation R 83, R 85, R 101 specific amendments are also proposed for introducing hybrid propulsion system certification test.

19 19 STANDARD ISO CONCERNING HYDROGEN VEHICLES ISO/TR 15916Basic considerations for the safety of hydrogen systems(TC 197) ISO/DIS Liquid hydrogen land vehicle fuel tanks(TC 197) ISO/PWD xxxx.1Fuel Cell powered road vehicles(TC 22) Safety specification – Vehicle functional safety ISO/PWD xxxx.2Fuel Cell system integration(TC 22) ISO/PWD xxxx.3Protection against H2 hazards(TC 22) ISO/PWD xxxx.4Fuel Cell powered road vehicle(TC 22) Safety specification – Electrical hazards ISO/DIS 17268Filling connectors (250, 350, 500, 700 bar)(TC 197) ISO/DIS : 1999Liquid H 2 Land vehicle fuelling system interface(TC197) ISO/CD 15869Gaseous H 2 e H 2 blends land vehicle fuel tank(TC 58)


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