《燃料電池電動(dòng)汽車 燃料電池堆耐久性試驗(yàn)方法》編制說明

《燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池堆耐久性試驗(yàn)方法》

編制說明

一、工作簡況

1.1任務(wù)來源

《燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池堆耐久性試驗(yàn)方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)是由中國汽車工程

學(xué)會(huì)批準(zhǔn)立項(xiàng)，項(xiàng)目任務(wù)編號(hào)為：2022-61。本標(biāo)準(zhǔn)由中國汽車工程學(xué)會(huì)汽車測試技

術(shù)分會(huì)提出，中汽研汽車新能源汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司、東風(fēng)汽車集團(tuán)有

限公司、中國第一汽車集團(tuán)有限公司、襄陽達(dá)安汽車檢測中心有限公司、國家電投

集團(tuán)氫能科技發(fā)展有限公司、東方電氣（成都）氫燃料電池科技有限公司、北京氫

璞創(chuàng)能科技有限公司、上海捷氫科技股份有限公司、深圳市氫藍(lán)時(shí)代動(dòng)力科技有限

公司、上海韻量新能源科技有限公司、上海神力科技有限公司、佛山仙湖實(shí)驗(yàn)室、

佛山市清極能源科技有限公司、豐田汽車（中國）投資有限公司、豐田汽車研發(fā)中

心（中國）有限公司、深圳市氫瑞燃料電池科技有限公司、安徽明天氫能科技股份

有限公司、廣東清能新能源技術(shù)有限公司、新源動(dòng)力股份有限公司、重慶大學(xué)、國

鴻氫能科技(嘉興)股份有限公司、航天氫能（上海）科技有限公司、北京嘉清新能

源科技有限公司、未勢能源科技有限公司、廣東喜瑪拉雅氫能科技有限公司、上海

驥翀氫能科技有限公司、上海氫晨新能源科技有限公司、深藍(lán)汽車科技有限公司、

氫質(zhì)氫離（北京）科技有限公司、億華通科技股份有限公司、鴻基創(chuàng)能科技（廣州）

有限公司、德燃（浙江）動(dòng)力科技有限公司、海卓動(dòng)力（青島）能源科技有限公司、

山東國創(chuàng)燃料電池技術(shù)創(chuàng)新中心有限公司、濰柴動(dòng)力股份有限公司、湖南大學(xué)、特

嗨氫能檢測（保定）有限公司、博世動(dòng)力總成有限公司、北京理工大學(xué)等聯(lián)合起草。

1.2編制背景與目標(biāo)

隨著近年來國內(nèi)外燃料電池技術(shù)的不斷發(fā)展，眾多燃料電池堆產(chǎn)品相繼面世。

2020年五部委發(fā)布了《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》，并分兩批確定了

五個(gè)示范城市群，對燃料電池汽車的商業(yè)化推廣影響廣泛。2022年冬奧會(huì)的舉辦使

燃料電池汽車進(jìn)入了公眾的視野。燃料電池堆作為燃料電池汽車的核心部件，其耐

久性的優(yōu)劣直接影響了燃料電池車輛的商業(yè)化進(jìn)程，是最重要的指標(biāo)之一，受到了

國內(nèi)外的科研機(jī)構(gòu)及企業(yè)的高度重視。目前，GB/T38914-2020通過提取典型工況

及壽命預(yù)測的方式對燃料電池堆耐久性測試提供了參考，但行業(yè)內(nèi)仍缺少以實(shí)際車

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用工況進(jìn)行耐久性測試的標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)外燃料電池堆企業(yè)仍面臨著耐久性試驗(yàn)方法不

統(tǒng)一、耐久循環(huán)工況不明確、性能復(fù)測方法不細(xì)化、評價(jià)指標(biāo)不完善等問題，直接

導(dǎo)致燃料電池堆的耐久性能和壽命缺少統(tǒng)一的參照尺度，不利于燃料電池堆行業(yè)的

健康發(fā)展。

本標(biāo)準(zhǔn)旨在提出一種適用于燃料電池電動(dòng)汽車用燃料電池堆的耐久性試驗(yàn)方法，

明確耐久性循環(huán)工況，細(xì)化性能復(fù)測方法，完善耐久性評價(jià)指標(biāo)。在試驗(yàn)方法方面，

統(tǒng)一了活化、極化曲線、耐久循環(huán)工況步驟、停機(jī)頻率等；在循環(huán)工況方面，提出

了基于中國工況的符合中國實(shí)際道路特點(diǎn)的燃料電池堆的工況；在性能復(fù)測方面，

明確了性能復(fù)測的內(nèi)容、頻率和測試步驟；在評價(jià)指標(biāo)方面，完善了電壓衰減、功

率衰減、效率率領(lǐng)、一致性、安全性的評價(jià)測試體系。為鑒別市場上電堆產(chǎn)品的優(yōu)

劣提供可靠依據(jù)，使得燃料電池堆的耐久壽命指標(biāo)更具有參考價(jià)值。

1.3主要工作過程

本標(biāo)準(zhǔn)于2022年3月開始標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研；2022年3月到2022年5月份進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)

初版工況的數(shù)據(jù)收集和轉(zhuǎn)化工作；2022年6月24日正式立項(xiàng)；2022年7月至2023

年10月進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)編寫、草案研討、試驗(yàn)交叉驗(yàn)證等相關(guān)工作。

2022年6月10日召開了標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)審查會(huì)，會(huì)議上由中汽研新能源汽車檢驗(yàn)中

心（天津）有限公司對本標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)背景、內(nèi)容、編制說明等進(jìn)行了簡要介紹。

2022年11月10日在天津召開了第一次標(biāo)準(zhǔn)研討會(huì)，會(huì)議上中汽研新能源汽車

檢驗(yàn)中心（天津）有限公司對標(biāo)準(zhǔn)的測試工況及標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容框架進(jìn)行了介紹，東風(fēng)、

一汽、長安、濰柴動(dòng)力、捷氫、國鴻、新源動(dòng)力、億華通、上海韻量、上海驥翀、

上海氫晨、國氫科技、北京嘉清、上海神力、德燃動(dòng)力、明天氫能、豐田中國、廣

東清能、北京氫璞、佛山清極、未勢、鴻基創(chuàng)能等企業(yè)針對標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容進(jìn)行了討論。

經(jīng)過此次會(huì)議，初步確定了測試流程、性能復(fù)測頻次及內(nèi)容、測試工況等要求，對

會(huì)議中部分未達(dá)成一致條目確定以問卷調(diào)研的形式征求意見，為下一步工作奠定了

基礎(chǔ)。

2023年4月11日在天津召開了第二次標(biāo)準(zhǔn)研討會(huì)，會(huì)議上中汽研新能源汽車

檢驗(yàn)中心（天津）有限公司對標(biāo)準(zhǔn)的測試工況、標(biāo)準(zhǔn)草案內(nèi)容、前期問卷的處理情

況、試驗(yàn)驗(yàn)證情況進(jìn)行了介紹，東風(fēng)、一汽、長安、濰柴動(dòng)力、捷氫、國鴻、新源

動(dòng)力、億華通、上海韻量、上海驥翀、上海氫晨、國氫科技、北京嘉清、上海神力、

德燃動(dòng)力、明天氫能、豐田中國、廣東清能、北京氫璞、佛山清極、未勢、鴻基創(chuàng)

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能等企業(yè)積極參與，對標(biāo)準(zhǔn)的測試細(xì)節(jié)及試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行了充分的討論和交流，

初步完成了標(biāo)準(zhǔn)草案的敲定。

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要內(nèi)容

2.1標(biāo)準(zhǔn)制定原則

在充分總結(jié)和比較了國內(nèi)外燃料電池耐久性測試標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，參考了GB/T

38914-2020《車用質(zhì)子交換膜燃料電池堆使用壽命測試評價(jià)方法》標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)內(nèi)容

的編寫。本標(biāo)準(zhǔn)對氣密性測試、絕緣電阻測試、極化曲線測試、循環(huán)工況、數(shù)據(jù)處

理等方面做了較詳細(xì)的規(guī)定，并通過對不同功率、不同極板類型的燃料電池堆的多

次試驗(yàn)對標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整及驗(yàn)證，以確保測試的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

2.1.1通用性原則

本標(biāo)準(zhǔn)提出的燃料電池堆耐久性試驗(yàn)方法適用于車用質(zhì)子交換膜燃料電池堆，

對不同極板類型、功率等級(jí)等具有同等適用性，通用性高。

2.1.2指導(dǎo)性原則

本標(biāo)準(zhǔn)提出的方法能為燃料電池堆綜合工況耐久性實(shí)測提供指導(dǎo)作用。目前使

用的GB/T38914-2020標(biāo)準(zhǔn)為單一工況組合測試并對壽命進(jìn)行預(yù)測，與本標(biāo)準(zhǔn)存在

本質(zhì)區(qū)別，本標(biāo)準(zhǔn)的提出可以填補(bǔ)基于綜合工況進(jìn)行耐久測試的空白。

2.1.3協(xié)調(diào)性原則

由于國內(nèi)燃料電池發(fā)展處于早期階段，標(biāo)準(zhǔn)尚不完善，目前國內(nèi)還缺乏此類標(biāo)

準(zhǔn)的測試方法，本標(biāo)準(zhǔn)提出的方法與目前使用的國家標(biāo)準(zhǔn)中的方法協(xié)調(diào)統(tǒng)一、互不

交叉，僅作為一種標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充。

2.1.4兼容性原則

本標(biāo)準(zhǔn)提出的燃料電池堆耐久性測試方法是基于電堆測試臺(tái)的臺(tái)架循環(huán)工況測

試方法，具有普遍適用性。

2.2標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)共分為7章，規(guī)定了燃料電池堆的耐久性試驗(yàn)方法。內(nèi)容包括范圍，規(guī)

范性引用文件，術(shù)語和定義，測量參數(shù)、單位和準(zhǔn)確度，試驗(yàn)條件及試驗(yàn)要求，試

驗(yàn)方法，試驗(yàn)結(jié)果。

2.3關(guān)鍵技術(shù)問題說明

本標(biāo)準(zhǔn)提出的方法是基于循環(huán)工況的耐久性測試方法，工況來源于多款燃料電

池汽車在中國工況實(shí)車測試時(shí)電堆電信號(hào)采集轉(zhuǎn)化，符合中國道路實(shí)際運(yùn)行工況。

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為了對測試方法進(jìn)行細(xì)化，減少因測試方法不同帶來的耐久性結(jié)果差異，基于上萬

小時(shí)的臺(tái)架循環(huán)工況實(shí)測數(shù)據(jù)，對循環(huán)工況過程中溫度、壓力、流量、電流等的控

制誤差和超差的要求進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定。

對于性能復(fù)測的項(xiàng)目，本標(biāo)準(zhǔn)選擇對氣密性、絕緣、極化曲線進(jìn)行定期復(fù)測，

此為試驗(yàn)室上萬小時(shí)的測試經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，電堆失效模式常見于氣密性失效、絕緣失效

和發(fā)電性能衰減失效，任何一項(xiàng)出現(xiàn)問題，都意味著電堆耐久試驗(yàn)不再適合繼續(xù)進(jìn)

行，應(yīng)該終止。

對于性能復(fù)測的頻率，在充分征求起草組及行業(yè)意見的基礎(chǔ)上，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每

100小時(shí)進(jìn)行極化曲線復(fù)測，每200小時(shí)進(jìn)行氣密性、絕緣、極化曲線復(fù)測。

2.4標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)

本標(biāo)準(zhǔn)參考電流的選擇，同GB/T38914-2020標(biāo)準(zhǔn)中參考電流的選擇一致。即

選擇在耐久試驗(yàn)中，初始穩(wěn)態(tài)特性（極化曲線）測試中燃料電池堆對應(yīng)平均單電池

電壓為0.70V±0.005V時(shí)的電流。

2.5標(biāo)準(zhǔn)工作基礎(chǔ)

編寫組主要起草單位中汽研新能源汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司（以下簡稱

“新能源檢驗(yàn)中心”）具備完整的車用燃料電池產(chǎn)品檢測能力。在燃料電池堆耐久

性測試方面積累了大量的經(jīng)驗(yàn)和測試數(shù)據(jù)。新能源檢驗(yàn)中心分別對0~10kW級(jí)別短堆、

30~60kW級(jí)別中等功率電堆、150kW~200kW級(jí)別大功率電堆進(jìn)行了基于本標(biāo)準(zhǔn)的耐久

性測試，累計(jì)測試時(shí)長過萬小時(shí)。充分驗(yàn)證了測試方法對于各類測試臺(tái)架、各功率

等級(jí)電堆的適應(yīng)性和普適性，測試標(biāo)準(zhǔn)的可行性也得到了很好地驗(yàn)證。

三、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）情況分析

1)試驗(yàn)過程簡單，無復(fù)雜操作。

2)工況的跟隨情況驗(yàn)證

主要參數(shù)的跟隨情況如下圖所示。

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可以看出，主要參數(shù)的跟隨性較好，可以滿足耐久性測試需求。

3)各功率等級(jí)電堆驗(yàn)證情況如下。

針對不同功率等級(jí)電堆，按照本規(guī)范的方法進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證的結(jié)果如下表。

表1各功率燃料電池堆的耐久性試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

StackStackStackStackStackStack

項(xiàng)目

ABCDED

額定功率(kW)5124595130160

循環(huán)時(shí)長(h)16001400120040012001000

衰減率-首末作差法(%)-3.73-5.52-2.71-0.29-2.71-0.07

衰減率-線性擬合法(%)-1.78-8.77-2.18-0.57-2.45-0.43

通過試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法對各等級(jí)電堆的適應(yīng)情況，通過測試也可看出不同電堆

具備一定的差異性。

綜上所述，本標(biāo)準(zhǔn)提出的方法對當(dāng)前各功率等級(jí)燃料電池堆的工況耐久性測試

具有良好的適用性。

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四、標(biāo)準(zhǔn)中涉及專利的情況

尚無。

五、預(yù)期達(dá)到的社會(huì)效益、對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用的情況

隨著示范運(yùn)行政策的推動(dòng)，燃料電池汽車的實(shí)車運(yùn)行里程大幅度增長，燃料電

池汽車推廣目前以商用車為主，商用車對成本更加敏感，燃料電池堆是否可以長期

無故障運(yùn)行，是否保持較低的衰減率對于商用車用戶來說至關(guān)重要。隨著商業(yè)化運(yùn)

行的不斷加速，行業(yè)對燃料電池堆產(chǎn)品的耐久性提出了更高的要求。循環(huán)工況耐久

性測試是檢驗(yàn)電堆耐久性的重要方法之一，通過實(shí)車道路工況轉(zhuǎn)化，可以在電堆開

發(fā)階段進(jìn)行耐久性驗(yàn)證，為后續(xù)裝車做好準(zhǔn)備。目前國內(nèi)外還缺乏此類標(biāo)準(zhǔn)的測試

方法。通過標(biāo)準(zhǔn)形成，規(guī)范電堆產(chǎn)品的耐久性能，解決目前無此類標(biāo)準(zhǔn)可依的情況，

服務(wù)燃料電池汽車行業(yè)的健康發(fā)展。

六、采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)情況，與國際、國外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對比情況，國內(nèi)外關(guān)鍵

指標(biāo)對比分析或與測試的國外樣品、樣機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)對比情況

6.1采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)情況

未采用，國際上還沒有針對電堆耐久性測試的標(biāo)準(zhǔn)，因此也就不存在采用情況。

6.2測試樣品相關(guān)數(shù)據(jù)對比情況

暫無。

七、在標(biāo)準(zhǔn)體系中的位置，與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，特別是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)

調(diào)性

在燃料電池汽車的國標(biāo)體系中，《燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池堆耐久性試驗(yàn)方

法》屬于部件級(jí)別，但目前還未啟動(dòng)。燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)層級(jí)的耐久性試驗(yàn)方法目前

在制定