国家标准 GB/T33979一2017 质子交换膜燃料电池发电系统低温特性测试方法 Testmethodsforprotonexchangemembranefueleellpowersystematsubzero enironnent 2017-07-12发布 2018-02-01实施国家质量监督检验检疫总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/33979一2017 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由电器工业协会提出本标准由全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会(SAC/TC342)归口本标准起草单位:科学院大连化学物理研究所、同济大学、,新源动力股份有限公司、武汉众宇动力系统科技有限公司、上海汽车集团股份有限公司、上海神力科技有限公司、机械工业北京电工技术经济研究所、深圳市标准技术研究院、武汉理工大学、清华大学、宁波拜特测控技术有限公司航天新长征电动汽车技术有限公司、电器工业协会、北京亿华通科技有限公司南京大学昆山创新研究院本标准起草人:俞红梅、侯永平、燕希强、齐志刚、吴兵、张若谷、衣宝廉、陈晨、詹志刚、王益群、刘常福、裴普成、黄平、刘淑芬、斯股实、,张不,刘建国、李赏、陈沛、曾淑君,田超贺
GB/33979一2017 质子交换膜燃料电池发电系统低温特性测试方法范围本标准规定了低温(零度以下)条件,质子交换膜燃料电池发电系统的通用安全要求、,试验条件、试验平台、低温试验前的例行试验及低温试验方法和试验报告等本标准适用于以空气为氧化剂的质子交换膜燃料电池发电系统低温(零度以下)条件的存储、启动、工作性能的试验本部分适用于完整的燃料电池发电系统迷，根据需要实现设定的功能.该系统由下列部分或全部的部件组成 -燃料处理系统:对燃料电池发电系统所需的燃料进行计量、调节、处理并可调压的系统空气处理系统;对燃料电池发电系统所需的空气进行计量、调节,处理并可以加压的系统热管理系统;提供冷却和散热功能以保持燃料电池发电系统内部的热平衡,还可以回收余热以及在启动过水处理系统:对回收或添加的水进行处理,以供燃料电池系统使用功率调节系统;控制所产生的电能与用户指定的用电需求相匹配 1动控制系统;由传感器、执行器阀门,开关和逻辑元件组成,用于将燃料电池发电系统参数维持在制造通风系统;通过自然或机械的方法,向燃料电池发电系统的机柜内提供空气燃料电池堆;由多个单电池,极板,冷却板,共用管道及支撑结构构成的组装件其典型功能在于将高含氢的气体和空气通过电化学反应转化为直流电、热量、水和其他副产品燃料电池模块;由一个或多个燃料电池堆,输送电堆电能的电联接装置以及监控装置构成内置式能量储存装置:系统内部所带的储能装置,用于帮助或补充燃料电池模块向内部或外部负载供电规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T18384.3一2001电动汽车安全要求第3部分;人员触电防护 GB/T20042.2一2008质子交换膜燃料电池电池堆通用技术条件 GB/T25319-2010汽车用燃料电池发电系统技术条件 GB/T27748.1固定式燃料电池发电系统第1部分;安全 27748.2一2013固定式燃料电池发电系统第2部分;性能试验方法 GB/T28816燃料电池术语 GB/T30084一2013便携式燃料电池发电系统-安全 GB/T31035质子交换膜燃料电池堆低温特性试验方法术语和定义 GB/T28816和GB/T31035界定的术语适用于本文件
GB/T33979一2017 3.1 低温启动subzerostartup 燃料电池系统从0以下的冷态达到输出额定功率90%的过程通用安全要求质子交换膜燃料电池堆的通用安全要求应符合GB/T20042.22008中4.2的规定汽车用燃料电池发电系统的安全要求应符合GB/T253192010中4.2的规定固定式质子交换膜燃料电池发电系统应符合GB/T27748.1的规定便携式质子交换膜燃料电池发电系统的安全要求应符合GB/T30084一2013中1.2的规定 5 试验条件进行试验时,试验条件应符合如下规定环境温度;环境舱温23C士2C,低温环境温度0C一40C,具体的试验中,试验各方根据试验目的协商确定试验采用的环境温度; 试验环境气压:91kPa104kPa 试验平台 6 6.1试验设备及要求燃料电池发电系统试验所需的低温环境试验舱与燃料电池发电系统试验平台至少应满足以下要求低温环境试验舱:低温环境试验舱应能满足试验要求的低温环境条件,舱内的温度分布差异不超过士2C 除氢气源外,供气、冷却剂以及电路的接口均置于环境试验舱内,且在进气、冷却剂接口设置温度测量,以保证燃料电池发电系统的空气与燃料人口气体温度为设定的环境温度燃料电池发电系统及其控制器和散热器也置于环境试验舱内舱内应设置氢气报警器、排风口,以保证试验过程的安全性燃料电池发电系统试验平台,应具备满足燃料电池测试的必要功能 -负载,应满足燃料电池系统常规测试的要求 6.2试验仪器及精度用于试验的仪器及精度要求如下 a 测量环境条件的仪器:气压计,湿度计和温度传感器; 测量燃料条件的仪器;燃料流量计,压力传感器,温度传感器,湿度传感器 b 测量空气条件的仪器;空气流量计,压力传感器,温度传感器,湿度传感器; c d 测量电能输出、输人的仪器:功率表、电压表、电流表,其他附件测量启动时间的仪器;电子计时器 e 试验设备及仪器应符合相关国家标准的规定表1为试验中使用仪器的计量单位及精度要求
GB/33979一2017 表1测量仪器及精度测量仪器计量单位精度 MPa 气压计主1% % 湿度计/湿度传感器士5%RH C 士1 温度传感器压力传感器 MPa 士1% 质量流量计 SLM 士1% 士1% 电压表士1% 电流表试验设备及仪器应符合相关国家标准的规定 6.3试验项目在规定的低温环境条件下,主要在以下3个方面对质子交换膜燃料电池发电系统进行测试安全方面:低温环境对燃料电池发电系统存储和运行安全性能的影响其中,系统绝缘特性测试,按照GB/T18384.32001中6.2基本绝缘、附加绝缘双重绝缘和加强绝缘的要求,在规定的低温环境条件下进行 b 性能方面:燃料电池发电系统的启动,运行和关机的试验; 泄漏试验;按照GB/T25319一2010中的5.1.1气体泄漏试验的相关规定执行 c 在规定低温环境条件下质子交换膜燃料电池发电系统的试验项目及分类如表2所示表2试验项目及试验分类项目试验安全方面燃料电池发电系统气体泄漏试验启动特性试验性能试验典型工况性能试验关机特性试验低温试验前的例行试验 7.1概述由燃料电池发电系统制造商提供完整的试验用燃料电池发电系统,以及燃料电池发电系统运行所要求的燃料,空气、冷却剂、辅助电输人、辅助热输人等相关技术参数试验开始前应由燃料电池发电系统或部件制造商规定以下的标准试验条件如果没有规定,将根据实施的试验确定条件,并应记录这些试验条件试验环境条件: 试验所在的环境舱温度; 大气压力启动用燃料输人要求;
GB/T33979一2017 启动用辅助能量输人要求 -燃料电池发电系统操作条件要求燃料进气与排气流量; 空气进气与排气流量; 燃料运行压力(代表值;紧靠燃料电池堆的上游取值); 空气运行压力(代表值;紧靠燃料电池堆的上游取值); 燃料组成; 空气组成燃料化学计量比空气化学计量比工作电流; 工作电压在环境舱温(23C士2C)环境下,应按照7.2一7.5的顺序对燃料电池发电系统进行测试通过7.27.5可得出燃料电池发电系统的气体泄漏率,启动时间及能耗、关机时间及能耗、吹扫时间及能耗、外部能量消耗量等燃料电池发电系统的性能参数 7.2气密性试验按照GB/T253192010中5.1.1的规定进行燃料电池发电系统的气体泄漏试验 7.3启动试验根据燃料电池发电系统制造商规定的启动程序进行燃料电池发电系统启动试验,分别记录燃料电池发电系统从冷启动到怠速状态、额定功率输出、峰值功率所需的时间、燃料输人与输出流量,空气输人与输出流量、辅助电能输人,辅助热能输人、吹扫时间及能耗 7.4发电性能试验根据燃料电池发电系统制造商规定,燃料电池发电系统稳定运行在怠速状态和额定功率输出状态，、辅助分别记录燃料电池发电系统在规定运行时间段内的燃料输人流量,空气输人流量,辅助电能输人、, 热能输人,以及电能输出和热能输出 7.5关机试验根据燃料电池发电系统制造商规定的关机程序进行燃料电池发电系统关机试验,分别记录燃料电池发电系统从额定功率输出.怠速状态到关机所需时间、燃料输人与输出流量、空气输人与输出流量、辅助电能输人、辅助热能输人,吹扫流量,时间及能耗,其中吹扫流量的测量按照GB/T27748.22013中 7.3.4的规定进行 8 低温试验 8.1概述对于燃料电池发电系统低温存储、低温启动试验项目,应根据试验目的在燃料电池发电系统处于不同的状态下进行 8.2试验参数的最大容许偏差试验期间涉及的参数的最大允许偏差见表3. 注表3不适用于燃料电池发电系统的启动和关机试验
GB/33979一2017 表3试验项目最大容许偏差参数试验项目容许偏差试验地点大气压力士1% 电功率输出/kw 士1% 燃料输人压力士1% 空气输人压力士1% 燃料输人温度士2c 土2c 空气输人温度燃料输人流量士1% 空气输人流量士1% 燃料输出流量士1% 士1% 空气输出流量 8.3试验数据采集需要采集的试验数据;启动时间,氢气的质量流量,燃料电池堆的电压、燃料电池堆的电流、外部辅助系统的电压、外部辅助系统的电流、控制系统电压(12V、24V)、控制系统电流(12V、24V) 试验数据采集频率不小于1Hz 燃料电池燃料电池发电系统气体泄漏,关机特性和发电性能试验所需采集的数据如下燃料电池发电系统泄漏试验项目:通过燃料电池发电系统气密性试验,测量燃料电池发电系统的气体泄漏量和泄漏速率; 启动特性试验项目:;启动时间、燃料输人流量与温度、外部辅助电输人、辅助热能输人、吹扫气体输人; 关机特性试验项目,关机时间、燃料输人,外部辅助电输人,辅助热能输人,吹扫气体输人; 发电性能试验项目,应同时测量燃料输人、外部辅助电输人、辅助热能输人、电输出和热输出应参照规范性引用文件对应的燃料电池发电系统的类型,确定适当的试验持续时间,数据采集频次应大于或等于1H2. 8.4低温试验过程 8.4.1概述根据试验要求,进行燃料电池发电系统在零度以下低温环境(如0C一40C)的存储以及启动试验,具体环境温度根据试验要求而定试验过程中燃料电池发电系统按照制造商的要求自动运行 8.4.2低温存储试验 8.4.2.1试验步骤应按以下步骤进行燃料电池发电系统的低温存储试验将燃料电池发电系统置于低温存储试验舱中,燃料电池发电系统正常稳定运行条件下,按照制造商规定的低温存储前的关机程序或参照附录A给出的关机程序进行燃料电池发电系统关机,记录关机所用的时间与消耗的能量与物质的量;
GB/T33979一2017 b 按试验要求设置试验舱温度,静置12h; c 将燃料电池发电系统试验环境温度升至23C士2C,至燃料电池发电系统内温度达到23 士2C后,静置12h: d 重复a),b),e)过程,共2次; 在23C士2C下,按照7.2~7.5进行燃料电池发电系统的气密性试验启动试验、发电性能试 e 验、关机试验 8.4.2.2试验数据处理按照如下要求对试验数据进行处理: 燃料电池发电系统在进行8.4.2.le)试验时,按照7.2一7.5试验的要求采集试验数据,并进行 a) 计算; 试验数据按7.6中的规定进行汇总; b c 将低温存储试验后的燃料电池发电系统性能参数与低温存储试验前标准温度环境下燃料电池发电系统的性能参数进行比较; d 从上述比较中得出燃料电池发电系统在低温存储前后的气体泄漏启动时间及能耗、关机时间及能耗、吹扫时间及能耗、外部能量消耗量等燃料电池发电系统性能参数的变化进而得出该燃料电池发电系统的低温存储特性 8.4.3低温启动及运行试验 8.43.1试验步骤应按照以下步骤进行燃料电池发电系统低温启动试验燃料电池发电系统冷却液加注完成，一切准备就绪,之后在试验期间不对燃料电池系统进行任 a 何操作; 将环境舱的温度设置到规定的温度,环境舱温度达到规定温度以后开始计时,静置12h; b 向燃料电池发电系统发送启动命令,同时开始记录相关试验数据 c 小燃料电池发电系统功率达到额定功率后持续运行10min 然后向燃料电池发电系统发送关机命令,进行正常关机操作; e 关机结束后,燃料电池发电系统在该环境中继续静置12h; 向燃料电池发电系统发送启动命令; g 燃料电池发电系统功率达到额定功率后持续运行10nmin h 然后向燃料电池发电系统发送关机命令,进行正常关机操作关机结束后,试验结束 j 8.4.3.2试验数据处理按照如下要求对试验数据进行处理燃料电池发电系统在进行8.4.3.1f试验时,按照7.27.5的要求采集试验数据,并计算; a b 试验数据按7.6的规定进行汇总将低温启动试验后的燃料电池发电系统性能参数与低温启动试验前标准温度环境燃料电池发电系统的性能参数进行比较; d 从上述比较中得出燃料电池发电系统在低温启动前后的流体泄漏、启动时间及能耗与燃料与空气的消耗量,关机时间及能耗、吹扫时间及能耗、外部能量与物质消耗量等燃料电池发电系统性能参数的变化,进而得出该燃料电池发电系统的低温启动特性
GB/33979一2017 表4为燃料电池发电系统低温启动能耗、气体消耗及热平衡数据,表5为燃料电池发电系统低温存储前后性能参数及差别,表6为燃料电池发电系统低温启动前后性能参数及差别表4燃料电池发电系统低温启动的能耗与气体消耗及热平衡数据项目参数试验值备注设定的低温启动温度温度息速启动时间低温启动时间怠速到额定功率时间额定功率输出到峰值功率输出的时间燃料电池发电系统外加电能低温启动能耗燃料电池发电系统外加热能低温启动燃料气体消耗表5低温存储前后燃料电池发电系统数据比较项目试验低温存储前数据低温存储后数据差值/% 安全特性燃料电池发电系统气体泄漏运行特性额定输出功率电压,电流峰值输出功率电压,电流表6低温启动前后燃料电池发电系统数据比较项目试验低温启动前数据低温启动后数据差值/% 安全特性燃料电池发电系统气体泄漏运行特性额定输出功率电压,电流峰值输出功率电压,电流试验报告 9 g.1概述试验报告应提供足够多的准确、清晰和客观的试验数据以用来进行分析和参考报告包括三种形式,摘要,详细和完整每种形式的报告都应包含相应的标题页和目录根据本标准进行的试验,摘要
GB/T33979一2017 报告将提供给有关各方 9.2标题页标题页应介绍下列信息: 报告编号;(可选 a b 报告形式;(摘要、详细和完整 c 报告作者; d 试验执行单位; e 报告日期; fD 试验地址; 试验名称 g h)试验日期和时间; 发电系统标识和制造商名称 9.3目录每种形式的报告都应提供相应目录 9.4摘要报告摘要报告应包括下列信息试验目的; a 试验、仪器和设备的描述; b) 试验项目的顺序和日期,以及所有的试验结果; c d 相应结论 g.5详细报告详细报告应在摘要报告内容外增加下列信息燃料电池发电系统的类型、规格、运行配置和说明试验边界的流程图 a 仪器和设备的安排、布置和运行条件的描述; b 仪器设备校准情况 c 计算方法 d 显示试验结果的表格和图形 e 试验及其结果的讨论如,评论和记录) g.6完整报告完整报告应在详细报告内容外增加原始数据表复印件附录B为试验报告的参考模板
GB/33979一2017 附录 A 资料性附录低温保存用关机程序低温保存之前的关机按如下程序进行根据燃料电池发电系统的操作要求进行卸载,至开路状态 a 调节进气管道开关,在燃料电池发电系统内部温度测温点温度降至零度之前,将燃料气与空气 b 进气分别切换为不增湿的干燥惰性气体,如N,;根据燃料电池发电系统制造商的操作压力与流量调节惰性气体进气压力与流量,对燃料电池发电系统进行吹扫,记录吹扫压力、流量与起始时间根据尾气排放处湿度传感器测定的相对湿度控制吹扫时间,当相对湿度达到规定值(10%~ 20%)时,停止吹扫,记录吹扫停止时间与湿度
GB/T33979一2017 附录 B 资料性附录) 试验报告以下为质子交换膜燃料电池低温特性试验的试验报告参考模板 B.1概要信息 B.1.1试验报告的概要信息按照表B1的信息,给出试验报告的概要信息表B.1试验报告概要信息试验报告单位(应用单位) 试验报告题目作者 B1.2有关试验的概要信息按照表B.2的信息,给出试验的概要信息表B.2试验的概要信息试验序号需要试验的公司试验次数试验日期执行试验的公司试验地点试验燃料电池/设备 B.2介细供试验者参考实施过程和试验程序选择的解释; -试验者和顾客之间约定的试验方案,可能包括验收标准; 试验报告或试验中用到的其他文件(专业术语文件,符号统一等 B.3试验目的和范围试验目的是确定在规定环境条件下燃料电池的特性 10
GB/33979一2017 测量电池性能从开路电压一直到最大电流密度,设定如下: 试验对象的特性; 考虑应用的技术规范 -测量方法试验目的 -质子交换膜燃料电池系统的低温储存性能 -质子交换膜燃料电池系统的低温启动性能 -质子交换膜燃料电池系统的低温启动耗能情况 B.4试验对象描述按照表B.3的格式要求,给出试验对象的描述表B.3试验对象描述制造商燃料电池类型燃料电池发电系统型号产品或者试验对象产品编码试验对象识别号码允许的最低燃料电池电压值阳极和阴极间允许的压差/kPa 制造商建议的空气计量比最大电流/A 工作电压范围/V 额定功率/kW 注:制造商提供的燃料电池发电系统其他补充说明或信息 B.5试验对象的状况简单描述有关燃料电池的试验历史包括所有的诊断试验,特别或者基本试验及其相应的顺序标识 B.6试验方案的描述详细描述使用的试验设备和方案,包括传感器类型、位置以及特殊装置(如,加热/冷却和增湿子系统),都应在试验报告中给出,以利于对试验结果的理解 B.7运行条件,输入和输出的描述表B.4表B.5列举了试验中所有的输人,输人值和试验中的运行条件试验者将填写每个试验的输人值栏 11
GB/T33979一2017 表B.4试验输入参数输" 描述单位输人值环境试验舱温度电流密度(i=实际电流/活性 A/cm” 几何面积 T 燃料电池温度 Xm 燃料组分 %氢气;%其他气体 X 空气组分 %氧气;%其他组分空气在电堆进口压力或出口 kPa pAin 压力的背压" 氢气在电堆进口压力或出口的 p kPa 背压燃料流量" Ql m'/s Q 空气流量" m/s 燃料最小流量 Q m/s iael.si 空气最小流量 m'/s 入lg 燃料化学计量比无量纲空气化学计量比无量纲 RHm 进气口空气相对湿度 % RH 进气口燃料相对湿度" T 空气人口温度 To 空气出口温度燃料人口温度 iwa Toim 燃料出口温度 Tm 冷却剂人口温度 To 冷却剂出口温度冷却剂流量(空气侧) Qe em'/min 冷却剂流量(燃料侧)》 Qee em'/min T 环境温度 al 环境压力 kPa p RHm 环境相对湿度 Q叫和Q分别是燃料和空气化学计量比约束的体积流量 "试验过程中不规定反应物增遏方法但是,试验报告中应有相关输人(例如鼓泡增湿时水和管路的温度或喷水增湿时注人水的流量-露点与气体的相对湿度有关,也应在报告中给出(计算或在气体进口有湿度传感器时测量出. 请测试者记录可选项,电堆进出口压力是否控制在稳定值 12
GB/33979一2017 表B.5试验输出参数输出描述仪器精度单位加载时间系统输出电压系统输出电流 A B.8试验过程和结果 B.8.1启动和活化步骤描述表B.6中给出了测量步骤前的功能性运行数据(启动和活化) 表B.6测量步骤前的功能性参数运行时间" 燃料电池系统输出电流燃料电池系统输出电压/ 燃料电池系统输出功率/ w min B.8.2测试步骤和结果的描述测量步骤和结果描述如下 -设定试验条件(初始试验输人); -测试步骤终止的原因 -测量结果将测试的基本信息填写在表B.7中表B.7测量步骤后的功能性参数运行时间燃料电池系统输出电流/ 燃料电池系统输出电压" 燃料电池系统输出功率 W min B.8.3关机描述 B.8.4操作步骤引起的偏差 B.9数据后处理 B.10结论

质子交换膜燃料电池发电系统低温特性测试方法GB/T33979-2017解析

质子交换膜燃料电池是一种新型的清洁能源，具有高效、环保的特点，在汽车、轮船、飞机等领域得到了广泛应用。然而，在低温环境下，质子交换膜燃料电池的性能会受到影响，需要进行特殊的测试方法来评估其低温特性。

测试方法原理

低温特性测试方法主要通过对质子交换膜燃料电池在低温环境下的性能进行测试，评估其在低温环境下的运行能力。测试方法主要包括以下几个方面：

待测样品与标准样品在相同环境下进行测试，以确定待测样品的性能表现。
通过对待测样品和标准样品的测试结果进行比较，评估待测样品在低温环境下的运行能力。
根据测试结果，对质子交换膜燃料电池的低温性能进行评价，为进一步完善其性能提供参考。

应用范围

GB/T33979-2017是我国针对质子交换膜燃料电池发电系统低温特性测试方法的标准规范，主要适用于以下场合：

质子交换膜燃料电池发电系统的制造商和用户需要对其低温性能进行评估。
质子交换膜燃料电池发电系统相关研究人员需要进行低温性能测试，评估其研究成果。

操作步骤

GB/T33979-2017标准中具体规定了质子交换膜燃料电池发电系统低温特性测试方法的操作步骤，包括：

测试前准备工作，包括样品选择、测试设备准备、环境条件设置等。
测试装置的搭建和参数设置，包括测试系统的组成、测试参数的设置等。
测试过程控制和数据记录，包括测试过程中监测各项参数，记录实验数据等。
测试结果分析和评价，对实验数据进行统计分析，评估质子交换膜燃料电池发电系统在低温环境下的性能表现。

结论

GB/T33979-2017标准规范了质子交换膜燃料电池发电系统低温特性测试方法的原理、应用范围、操作步骤等方面内容，为质子交换膜燃料电池发电系统低温特性的评价提供了标准化的方法，有助于推动质子交换膜燃料电池技术的发展和应用。希望本文对您了解质子交换膜燃料电池发电系统低温特性测试方法GB/T33979-2017有所帮助。