GBZ 27753-2011 质子交换膜燃料电池膜电极工况适应性测试方法.pdf
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1、ICS 27070K 82 语亘中华人民共和国国家标准化指导性技术文件GBZ 2775320 1 1质子交换膜燃料电池膜电极工况适应性测试方法Test method for adaptability to operating conditions of membrane electrodeassembly used in PEM fuel cells201 1-12-30发布 20120501实施宰瞀徽鬻瓣警糌瞥星发布中国国家标准化管理委员会仅19目 次前言1范围-2规范性引用文件3术语和定义4边界条件5测试环境条件6测试准备7质子交换膜燃料电池膜电极工况适应性测试试验8试验报告附录A(资料性
2、附录)测试准备-GBZ 27753-20 111223302刚 盖GBZ 27753-2011本指导性技术文件按照GBT l1 2009给出的规则起草。本指导性技术文件由中国电器工业协会提出。本指导性技术文件由全国燃料电池标准化技术委员会(SACTC 342)归=1。本指导性技术文件起草单位:武汉理工大学、武汉理工新能源有限公司、机械工业北京电工技术经济研究所、中科院大连化学物理研究所、清华大学、同济大学、上海神力科技有限公司、新源动力股份有限公司。本指导性技术文件主要起草人:李赏、唐建均、李静、王雅东、宛朝辉、潘牧、卢琛钰、李晶晶、侯明、衣宝廉、裴普成、侯永平、张若谷、侯中军。1范围质子交换
3、膜燃料电池膜电极工况适应性测试方法GBZ27753-20 11 本指导性技术文件规定了质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极(MEA)典型汽车运行工况测试方法的术语和定义、边界条件、测试环境条件、测试准备、质子交换膜燃料电池膜电极工况适应性测试实验及试验报告。本指导性技术文件适用于符合被检测方提出的性能要求的膜电极,采用活性面积为5Cm5Cm 的单电池进行测试,用来评价膜电极(MEA)对燃料电池典型工况的适应性,但不考虑加速测试寿命和实际寿命的对应关系。2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
4、括所有的修改单)适用于本文件。GB3095-1996环境空气质量标准GBT200421质子交换膜燃料电池术语GBT2004252009质子交换膜燃料电池第5部分:膜电极测试方法GBT245482009燃料电池电动汽车术语3术语和定义3132333435 GBT200421、GBT24548-2009界定的以及下列术语和定义适用于本指导性技术文件。工况operatingcondition燃料电池的工作状态,本文件的工作状态相应于汽车的工作状态。典型工况typicalcondition燃料电池运行时主要存在的工作状态,包括开路工况、额定工况、怠速工况和过载工况等。开路工况opencircuitco
5、ndition 燃料电池不加负载时的工作状态。额定工况ratedcondition送检方规定的燃料电池能够长时间持续工作的工作状态。额定功率ratedpower燃料电池在额定工况条件下的净输出功率。GBZ 27753-20 1136怠速工况 idle condition燃料电池处于工作状态,但燃料电池系统净输出功率为零的状态,也就是仅给自身供电而不对系统外供电的工作状态。37过载工况overload condition送检方规定的燃料电池的净输出功率大于额定功率时的工作状态。38怠速一额定循环工况idle-rated cycle condition燃料电池在怠速工况和额定工况之间交替循环运行。
6、39怠速一过载循环工况idle-overloading cycle condition燃料电池在怠速工况和过载工况之间交替循环运行。310开路一怠速循环工况open circuit-idle cycle condition燃料电池在开路工况和怠速工况之间交替循环运行。311组合循环工况combined cycle condition将燃料电池各典型工况按照对燃料电池性能影响的比重组合为一个循环谱图,以检测燃料电池的性能。注:在测试中各典型工况既可以用功率和电流表示,也可以用电压表示,本指导性技术文件推荐用电压表示。4边界条件41样品的边界条件本指导性技术文件不考虑下列因素的影响燃料电池性能;双
7、极板的耐久性;流场板的性能。42测试的边界条件本指导性技术文件不考虑下列因素的影响杂质气体;低温启动(小于0);控制微扰;工作环境的振动;突发事件。5测试环境条件本指导性技术文件的测试环境条件为海拔:1 000 m;温度:1530;GBZ27753-2011 测试气体:燃料:电解水生成的无CO、SOt、HS等杂质的氢气;氧化剂:经过干燥处理的无油空气,或纯度999的压缩氧气。大气环境质量:二氧化硫、氮氧化物的浓度应等于或高于GB3095-1996所定义的日平均三级标准。碳氧化物,碳氢化物和水蒸气的浓度应等于或高于以下要求:CO:浓度0510一、CO浓度1010一、碳氢化合物浓度o510一、水蒸
8、气浓度110;加湿水:去离子水的电导率应小于025zScm。6测试准备61测试仪器和设备 611集流扳(也作为端板)集流板采用镀金不锈钢板。612流场板流场板为采用带有电脑刻绘的蛇形流场的纯石墨板。613燃料电池耐久性测试平台采用GBT2004252009的测试平台。电流调节精度为o1A;调节时间100ms;电压调节精度为o01V;电压表量程2V。并可以恒电流或和恒电压方式放电,放电电流、电压、时间按程序可以自动控制,电压调节速率可人为设定。62测试取样测试取样的要求如下:a)测试样品MEA:为由质子交换膜(Membrane)、催化剂层(Catalystlayer)和气体扩散层(GDL)组成的
9、五合一结构。b)样品尺寸:为使测试结果具有代表性,活性面积为5am5cm并对样品有效面积之外的四周进行密封处理。c)测试试样应无油污、无折皱,也不应该有缺陷和破损。d)样品数量5个,以满足3次有效试验的要求。63其他要求测试准备的其他要求参见附录A。7质子交换膜燃料电池膜电极工况适应性测试试验71总则本指导性技术文件的质子交换膜燃料电池膜电极工况适应性测试试验包括单一工况及组合循环工 况的适应性测试。72测试条件设定根据送检方的要求确定工况适应性测试项目。3GBZ 27753-20 1 1测试条件根据送检方要求可以设定功率,电流或电压。本指导性技术文件推荐在工况适应性测试试验中燃料电池的运行状
10、态均用电压控制。在测试中,由送检方提供测试样品的各工况操作条件或各工况输出参数和极化曲线,检测方根据送检方要求及提供的数据制定测试方案。73燃料电池组装将送测样品与相应规格的流场板、集流板及端板等组装为单电池,组装应满足如下条件:a)气体扩散层与双极板之间的接触电阻最小。注:可提前进行流场板与气体扩散材料接触电阻测试,获得二者之间最小接触电阻所需央紧力,并根据如下公式进行满足上述要求的组装力的计算:TFKbDbNb式中:T夹紧扭矩,单位为牛米(Nm);F夹紧力(Clamping Force),单位为牛(N);Kb-一摩擦系数(对干螺栓为020,对经过润滑处理的螺栓为017);Db螺栓直径单位为
11、米(m);Nr螺栓数量。b)扩散层厚度方向的压缩应力不破坏膜电极及气体扩散介质的微观结构。74燃料电池试漏741堵住燃料电池阴极的人口、出口以及阳极的出口,向阳极的人口通入送检方规定的最高工作压力的测试气体(如空气或氮气),保持此压力时间5 rain。如果气体压力降5 kPa,则认为该单电池阳极存在外漏。检查并确定漏气部位,进行相应处理;同理,堵住燃料电池阳极的人口、出口以及阴极的出口,向阴极的人口通人送检方规定的最高工作压力的测试气体(如空气或氮气),保持此压力时间5 rain。如果气体压力降5 kPa,则认为该单电池阴极存在外漏。检查并确定漏气部位,进行相应处理。742如果没有检测到外漏,
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