L’idrogeno e le celle a combustibileL’idrogeno e le celle a combustibileEsperienze e programmi in ItaliaEsperienze e programmi in Italia

Fiera di Milano, Polo di Rho Fiera di Milano, Polo di Rho

30 marzo 200530 marzo 2005

Normative, Standard e Regolamenti per Normative, Standard e Regolamenti per l’omologazione dei veicoli stradali ad idrogenol’omologazione dei veicoli stradali ad idrogeno

Dr. Ing. Aldo BassiDr. Ing. Aldo BassiSINTESI AB S.r.l. MilanoSINTESI AB S.r.l. Milano

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SommarioSommario

1.1. Tipologie dei veicoli stradali ad idrogenoTipologie dei veicoli stradali ad idrogeno

2.2. Impianti idrogeno di bordo e problemi di Impianti idrogeno di bordo e problemi di sicurezzasicurezza

3.3. Principi per la stesura degli Standards e dei Principi per la stesura degli Standards e dei RegolamentiRegolamenti

4.4. Organismi internazionali e nazionali per la Organismi internazionali e nazionali per la stesura di “Technical Standard” e dei stesura di “Technical Standard” e dei RegolamentiRegolamenti

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Schema 1

MOTEL

INVERTER

AUXILIARIES

CGH 2

FCSTACK

HIGH PRESSURE CYLINDER CGH2

FUEL FEEDINGFILLING

CONNECTOR

Schema 4

TRASM

FILLINGCONNECTOR

ICE

LH 2

CRYOGENIC TANK LH2

FUEL FEEDING

Schema 3

TRASM

CGH 2

ICE

FUEL FEEDING

HIGH PRESSURE CYLINDER CGH2

FILLINGCONNECTOR

Schema 2

MOTEL

INVERTER

LH 2

FCSTACK

CRYOGENIC TANK LH2

FUEL FEEDING FILLINGCONNECTOR

AUXILIARIES

4Schemi dei veicoli stradali alimentati ad idrogeno

5Sistema 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 driver’s 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 & H2 SENSORS

[Fonte:NTSEL-Japan]

Internal Combustion Engine

Fuel Cell

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CONCETTI GENERALI PER LA SICUREZZA DEI VEICOLI AD IDROGENO

1. Sicurezza dell’impianto 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 all’urto 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

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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 dell’ambiente:

• Verifica delle emissioni

• Misura del consumo energetico

• Operatibilità in tutte le condizioni ambientali

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SPECIFICHE PRINCIPALI DI UNA BOMBOLA DI IDROGENO COMPRESSO

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

• Pressione di lavoro 350 bar a 15 °C (in prospettiva 700 bar)

• Massima pres. riempimento 438 bar a 85 °C

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

• Temperature - 40 °C + 85 °C

• Vita utile > 15 anni a 15000 cicli

• Tempo di riempimento < 36 minuti per 24 Kg di H2

• Perdita massima ammissibile < 1 Ncm3/l/h

FABER Cylinders for Compressed HydrogenTYPE 3 700 bar Working Pressure

steel liner manufactured from plate/coil

for

700 bar Working Pressure4 kg Hydrogen100 l water capacity85 kg weightaccording to GRPE-Draft ECESteel H2 compatibility according to ISO 11114-4

fully wrapped with carbon fibre

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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 110 120 °C che ha lo scopo di evacuare il gas in caso di incendio per evitare lo scoppio della bombola;

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

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

• Sensori di H2 per il controllo delle fughe (camera stagna)

• Sistemi elettronici di protezione ai guasti (fail safe)

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PROVE PREVISTE PER L’OMOLOGAZIONE 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'H2 dalla bombola e dai componenti

dell’impianto

• 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 dell’integrità dei componenti

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

• Misura e controllo delle operazioni di riempimento (connettore/distributore)

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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.

FCTank

PCUDrive motor

Tank

Vehicle compartment (Passenger compartment + luggage compartment)

Motor compartment

Compartment for the hydrogen system components

Sensor detecting hydrogen leakage

Hydrogen piping, etc.

FCTankTank

PCUDrive motor

FC

PCU

Drive motor

Tank Tank Tank

I. Single Compartment Type

II. Double Compartment Type

FC

PCU

Drive motor

Tank Tank Tank Tank Tank

FCPCUDrive motor TankTank

(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]

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o ECE-Rxx : Liquid H2 System & Components

o ECE-Ryy : Compressed H2 System & Components

o ECE-Rzz: Fuel Cells

ISOInternational Organization

Standardization

TC193Natural Gas

TC58Gas

cylinders

ISO 11439

WG1Criogenic

vessels

WG2Container

multimodal

WG8Electrolizer

TC197Hydrogen

technologies

WG4Fuelling facilities

WG5Gaseous

connector

WG6Gaseous

containers

WG7Safety

TC22Road

Vehicles

TC22/SC25Road vehicles using

LPG, CNG, H2

TC22/SC21Electric road vehicles –

fuel cells.

WG1Refuelling connector

WG2Design

principles and installation of vehicle fuel

system.

WG3Fuel system components.

WG11LPG Road Vehicles

Containers

ISO 15500Parts 1 to 20.

ISO/CD 20826

ISO/FDIS 15501ISO/CD 14469

European and International Gaseous Fuel Vehicles Standard Development

UN / ECEUnited Nations Economic Commission for Europe

WP.29

Inland Transport Committee

GRPE

Working Party on Pollution and

Energy

Ad Hoc Group H2 and Fuel Cell GRPE

Global Technical Regulations (GTR)

Decision for cooperation between TC197 and TC22 was already taken on 19.02.02

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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 PartnershipEIHP 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 SC21Electric, Hybrid, FC Vehicles

Global Cooperation Group for H2 & FC VehiclesGlobal Cooperation Group for H2 & FC Vehicles

Target date for a Regulation > 2010 Target date for a Regulation 2006

ISO TC22 SC25LPG, CNG, H2 Road Vehicles

ISO TC197 Hydrogen Technologies

H2 Industry mobile voice and stationary ISO H2 Voice

GRPECGH2 and LH2

GTR

CGH2 and LH2 Draft ECE Regulation

[Fonte:L-B-Systemtechnic]

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PERCORSI DI APPROVAZIONE DEI REGOLAMENTI VEICOLI IDROGENO IN EUROPA

UN - ECE ECREGULATIONS

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]

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ATTIVITA’ DI NORMAZIONE E STANDARDIZZAZIONE IN ITALIA SUI VEICOLI AD

IDROGENO

• Mirror Committee H2 Italia:

• CTI – Comitato Termotecnico Italiano• CUNA – Commissione Tecnica di unificazione dell’Autoveicolo• CEI – Comitato Elettrotecnico Italiano

Attività di confronto nazionale delle attività di normazione internazionali (ISO, CEN, GRPE, PLATFORM H2...)

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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 l’omologazione di specifici componenti e di autoveicoli alimentati ad idrogeno gassoso – Circolare Ministeriale

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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 compressedgaseous hydrogen. Vehicles with regard to the installation of specific component

ECE-ONU R zzz (Draft regulation) Specific components of fuel cell for vehicles propulsion system Vehicles with regard to the installation of fuel cell …

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

ECE-ONU R 85 (draft amendment) Proposal: for introducing H2 as propulsion fuel (power outputmeasurements & certification tests)

ECE-ONU R 101 (draft amendment) Proposal: for introducing H2 as propulsion fuel (fuel consumptionand CO2 emission measurements & certification tests)

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

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STANDARD ISO CONCERNING HYDROGEN VEHICLES

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

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

ISO/PWD xxxx.1 Fuel Cell powered road vehicles (TC 22)Safety specification – Vehicle functional safety

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

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

ISO/PWD xxxx.4 Fuel Cell powered road vehicle (TC 22)Safety specification – Electrical hazards

ISO/DIS 17268 Filling connectors (250, 350, 500, 700 bar) (TC 197)

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

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