車輛氫儲存控制系統與加氫站的整合技術發展

前言

面對全球氣候變遷日益嚴峻的挑戰，潔淨能源與淨零排放已成為各國努力的共同目標，我國亦將氫能列為「2050 淨零轉型」十二項關鍵戰略之一 [1]。氫能因具備能量密度高、應用彈性大，且燃燒後僅排放水等特性，被廣泛視為推動運輸、工業與電力等領域深度脫碳的核心方案。特別是在交通運輸方面，使用燃料電池發電來驅動電動馬達的車輛（Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV），兼具長續航里程與快速加注氫氣的優勢，相較於傳統內燃機車輛，更適合作為中重型車輛等長途、高負載運輸情境的替代方案。

然而，若要將氫能車輛從示範階段走向大規模商業化，關鍵在於「車輛儲氫系統」與「加氫基礎設施」之間，建立安全、高效率且具備互通性的介面整合技術。為達成車輛與加氫站之間的最佳化運作，必須仰賴嚴格且標準化的通訊與控制協議，使加氫流程能在確保安全性的前提下達成快速、穩定且可重複的操作，因此，相關國際標準（如 SAE J2601、SAE J2799 [2][3]）即成為推動氫能交通發展與能源轉型的重要技術基礎。

本報告將聚焦於車輛氫儲存控制系統與加氫設備的整合技術，探討車輛端與加氫端在通訊介面、加氫控制、及安全防護等面向的技術內容，期望能為我國氫能基礎建置與產業推動，提供技術參考與發展方向。

加氫協定標準與技術發展

一、車端與站端的協同機制

隨著氫燃料電池車（FCEV）持續發展，加氫需求不斷增加，加氫站在設計與運作上須符合相關國際標準，以確保加氫作業之安全性、互通性與整體效率。本文將介紹兩項核心標準：SAE J2601 與 SAE J2799，並說明其在加氫技術中的應用方式。

1. SAE J2601：加氫協定標準

SAE J2601 是目前全球最廣泛採用的加氫協定標準，定義了車輛加氫過程的壓力控制策略、加氫速率限制與終止條件，以確保氫燃料電池車能夠在安全、快速且可預期的條件下完成氫氣加注。其目標是在 3 分鐘內安全完成加氫，並確保車輛儲氫罐達到 95% 以上的填充率。

（1）加氫方式：

查表法（Look-up Table）：根據環境溫度與儲氫罐初始壓力，查表獲得平均壓力上升速率（APRR）與加氫終止壓力。適用於無通訊車輛。

公式法（MC Formula-Based）：動態計算壓力上升速率與終止壓力，需搭配 SAE J2799 通訊協定。適用於有通訊車輛，加氫效率更高。

（2）加氫等級：

H35（35 MPa）與 H70（70 MPa）為主要壓力等級。加氫速率與預冷溫度（T20/T30/T40）密切相關，預冷越低，加氫速率越快。

（3）重型加氫應用擴展：J2601/5

J2601/5 [4] 更著重於中重型車輛（儲氫容量 248.6 -7500 L），如巴士、卡車，提供 60 至 300 g/s 高流量加氫協議，並拓展為 T0-T40（0 °C 至 -40 °C）的操作能力。同時，對加氫站端的壓縮機、預冷系統、緩衝儲存與計量設備提出更嚴格的要求，以確保加氫過程的穩定性與安全性。

SAE J2601 同時支援無通訊加注（non-communications fueling）與有通訊加注（communication fueling）。其核心差異取決於車端與站端是否具備 SAE J2799 通訊，具備通訊時，站端可取得車輛儲氫罐之即時溫度與壓力資料，並採用 MC Method 進行加注；無通訊時，則改採查表法，以確保在基本安全下之保守加注。

2. SAE J2799：車輛與加氫站通訊協定

SAE J2799 定義了車輛與加氫站之間的紅外線通訊協定，用於傳遞加氫所需的關鍵訊息。透過 SAE J2799，加氫站能夠根據車輛實際狀況動態調整加氫策略，提升安全性與效率。該通訊機制亦為 SAE J2601 公式法的正確運作提供了前提條件。通訊內容包括：

（1）儲氫罐資訊（如儲氫罐容積與壓力等級）。
（2）車輛加氫命令與狀態。
（3）車輛軟體版本與診斷資訊。

其技術特性包括：

（1）使用 IrDA 紅外線技術，傳輸速率 38400 bps。
（2）資料格式為 ASCII 編碼，各欄位使用 | 分隔。
（3）通訊包含錯誤檢查機制（CRC），以提高資料傳輸可靠性。

二、車輛與加氫站之介面

加氫站的氫氣來源，可透過站內自行製氫或使用高壓氫氣槽車運輸取得，並在氫氣壓縮機增壓後儲存於站內的高壓儲氫罐中，如圖 1 所示。

DOI: 10.30256/JIM.202604_(517).0008