商用車用質子交換膜燃料電池堆耐久性測評方法

I商用車用質子交換膜燃料電池堆耐久性測評方法范圍本標準規(guī)定了質子交換膜燃料電池堆耐久性測試的術語和定義、測試用儀器設備要求、測試條件、測試方法、耐久性評價及測試報告。本標準適用于最大設計總質量大于3?500?kg商用車所搭載的質子交換膜燃料電池堆。規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T20042.1質子交換膜燃料電池第1部分：術語GB/Z27753質子交換膜燃料電池膜電極工況適應性測試方法GB/T36288—2018燃料電池電動汽車燃料電池堆安全要求GB/T37244質子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣GB/T38146.2中國汽車行駛工況第2部分：重型商用車輛術語和定義GB/T20042.1、GB/Z27753界定的術語和定義適用于本文件?；鶞孰娏鞴rreferencecurrentcondition在燃料電池堆耐久性測評中以某特定電流為基準的工況。測試用儀器設備要求測試設備采用燃料電池堆測試臺架，應能按照程序自動測量。測試臺架使用的主要測試儀表及其準確度按照表1要求。測試臺架使用的主要測量裝置及其準確度要求名稱準確度濕度計相對濕度不低于±3.0?%溫度計不低于±1.0?℃壓力傳感器不低于±1.0?kPa燃料質量流量計不低于±0.8?%FS（滿量程）表1測試臺架使用的主要測量裝置及其準確度要求（續(xù)）名稱準確度空氣質量流量計不低于±0.8?%FS電壓傳感器不低于±0.1?%FS電流傳感器不低于±0.1?%FS測試條件測試對象測試對象應為單一燃料電池堆或多個燃料電池堆的組合體。測試對象在測試設備上安裝前應滿足制造廠規(guī)定的基本性能、氣密性和絕緣要求，且外觀無損傷。測試環(huán)境本標準的測試環(huán)境條件為：海拔：＜1?000?m；溫度：25?℃±5?℃；測試用燃料：純度99.97?%以上的氫氣，并滿足GB/T37244的規(guī)定。測試終止條件燃料電池堆耐久性測試終止條件包括：燃料電池堆不能穩(wěn)定運行；某節(jié)燃料電池電壓低于0.3?V（水淹情況除外）；燃料電池堆額定電流下平均單片電壓衰減≥20?%；試驗過程中燃料電池堆空氣側排氣中氫氣的體積濃度高于0.5?%；燃料電池堆氣密性不滿足制造廠指定的要求（每20次循環(huán)測試后，按制造廠指定的方法進行氣密性測試）；不滿足GB/T36288—2018中6.3規(guī)定的電安全要求。測試方法燃料電池堆活化按照制造廠規(guī)定的方法對燃料電池堆進行熱機和活化，應達到制造廠指定的活化標準后，進行下一步測試。額定電流測試按照制造廠規(guī)定的方法對燃料電池堆進行加載，加載到額定電流后持續(xù)穩(wěn)定運行60?min，記錄燃料電池堆的額定電流為I1。極化曲線測試在燃料電池堆工作范圍內均勻選擇至少8個工況點，按照制造廠規(guī)定的加載方法加載到預先確定的工況點，在每個工況點至少持續(xù)穩(wěn)定運行5?min；按照制造廠規(guī)定的減載方法從預先確定的工況點減載到OCV，在每個工況點至少持續(xù)穩(wěn)定運行5?min。測試中燃料電池堆進氣溫度、進氣濕度、進氣壓力、進氣化學計量比、冷卻液溫度及壓力等參數(shù)由制造廠指定。分別對每個工況點在加載和減載過程中的平均單片電壓做平均值，記錄燃料電池堆的平均單片電壓、功率和電流等數(shù)據(jù)，繪制“平均單片電壓-電流”極化曲線圖和“功率-電流”曲線圖?；鶞孰娏鳒y試燃料電池堆的基準電流為I2、I3、I4，分別對應的平均單片電壓由制造廠指定或選取0.70?V、0.75?V、0.85?V。根據(jù)“平均單片電壓-電流”極化曲線測試結果，分別確定燃料電池堆的基準電流I2、I3、I4。組合工況循環(huán)測試組合工況按照GB/T38146.2的規(guī)定，組合工況包括市區(qū)、城郊、高速三個速度區(qū)間，由啟停工況、變載工況、怠速工況和額定工況等組成，按照對燃料電池堆性能影響的比重組合為一個循環(huán)譜圖，以檢測燃料電池堆的性能。一次完整的組合工況耗時9.5?h，包含10次啟停過程，工況曲線如圖1所示。工況逐秒數(shù)據(jù)見附錄A。組合工況按照基準電流分為四個工況：基準電流工況一：高速速度區(qū)間，時間占比33?%，在額定電流I1下穩(wěn)定運行≥45?min；基準電流工況二：城郊速度區(qū)間，時間占比29?%，在基準電流I2下穩(wěn)定運行≥15?min；基準電流工況三：市區(qū)速度區(qū)間，時間占比25?%，在基準電流I3下穩(wěn)定運行≥15?min；基準電流工況四：變載工況段，包含連續(xù)變載工況、啟停工況、怠速工況等，時間占比13?%，在基準電流I4下穩(wěn)定運行≥10?min。燃料電池堆耐久性測試組合工況按照組合工況進行一次測試，根據(jù)測試結果，繪制“功率-時間”曲線圖，通過積分求平均值的方法得到組合工況測試過程中的平均功率。從“功率-電流”曲線圖上得到平均功率對應的平均電流I。組合工況循環(huán)測試燃料電池堆耐久性測試按照組合工況進行循環(huán)測試，每個組合工況測試完成后，在平均電流I下持續(xù)穩(wěn)定運行0.5?h。循環(huán)測試次數(shù)應不少于200次。單次組合工況測試過程中原則上不允許中斷，如果發(fā)生中斷不應計入循環(huán)次數(shù)。記錄每個循環(huán)測試過程中的電流、電壓、功率和時間。數(shù)據(jù)處理方法分別取平均電流I在后120?s的平均單片電壓VN-1，N為循環(huán)次數(shù)，V0為燃料電池堆初始電壓。循環(huán)測試次數(shù)完成后，以平均單片電壓VN-1為縱坐標，耐久運行時長為橫坐標，繪制平均電流對應的“平均單片電壓-運行時間”圖（見圖2所示），并對平均單片電壓所有測量數(shù)據(jù)點做線性擬合，得到整個循環(huán)過程中的平均單片電壓變化率ν。平均單片電壓-運行時間圖耐久性評價組合工況循環(huán)測試下，燃料電池堆初始電壓V0衰減15?%～20?%的預期運行時間范圍t：式中：V0——燃料電池堆初始電壓，單位為伏（V）；ν——平均單片電壓變化率，單位為伏每小時（V/h），小數(shù)點后的位數(shù)應保留不少于8位；t——燃料電池堆的預期運行時間范圍，單位為小時（h）。測試報告標題頁標題頁應包含下列各項內容：報告編號；報告型式；報告作者；試驗執(zhí)行單位；報告日期；試驗地址；試驗名稱；試驗日期和時間；燃料電池堆標識和制造廠名稱。報告內容報告內容應包含下列各項信息：試驗目的；試驗儀器和設備；燃料電池堆產(chǎn)品信息；“平均單片電壓-電流”極化曲線圖和“功率-電流”曲線圖；額定電流和各基準電流；每個循環(huán)測試過程中的電流、電壓、功率和時間；“平均單片電壓-運行時間”圖；燃料電池堆初始電壓和平均單片電壓變化率；在確定的工況譜下燃料電池堆的預期運行時間范圍。

（規(guī)范性附錄）

燃料電池堆耐久性測試組合工況表燃料電池堆耐久性測試組合工況表見表A.1。燃料電池堆耐久性測試組合工況表序號時間s電流A序號時間s電流A序號時間s電流A100×I228202300.81×I155317270×I42140.78×I229210260.81×I156317374.71×I4331130.78×I230210391×I357320014.71×I4431171×I231233101×I358320110×I4544141×I232233120.84×I359321760×I4644320×I233240980.84×I360321822.86×I4745990×I234241070×I361332812.86×I4846150.86×I235242720×I362332851×I4962060.86×I236242851.2×I363340231×I41062091×I237259851.2×I364340241.43×I41173421×I238259980×I365340421.43×I41273450.86×I239261630×I366340430×I41398920.86×I240261741×I367342000×I41498980.72×I141277151×I315107690.72×I142277170.84×I316107900×I143297190.84×I317109560×I144297246.52×I418109800.81×I145306116.52×I419120680.81×I146306250×I420120720.93×I147307900×I