DB37 T 4097-2020 商用车用质子交换膜燃料电池堆耐久性测评方法.pdf

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1、 ICS 27.070 F 19 DB37 山东省 地 方 标 准 DB37/T 4097 2020 商用车用质子交换膜燃料电池堆耐久性 测评方法 Test&evaluation method for durability of proton exchange membrane fuel cell stack for commercial vehicles 2020 - 08 - 31 发布 2020 - 10 - 01 实施 山东省市场监督管理局 发布 DB37/T 4097 2020 I 目 次 前言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 测试

2、用仪器设备要求 . 1 5 测试条件 . 2 6 测试方法 . 2 7 耐久性评价 . 4 8 测试报告 . 4 附录 A（规范性附录） 燃料电池堆耐久性测试组合工况表 . 6 DB37/T 4097 2020 II 前 言 本标准按照 GB/T 1.1 2009给出的规则起草。 本标准由山东省工业和信息化厅提出、归口并组织实施。 本标准起草单位：潍柴动力股份有限公司、中国汽车技术研究中心有限公司、潍柴 （潍坊）新能源 科技有限公司、山东国创燃料电池技术创新中心有限公司。 本标准主要起草人：郗富强、王钦普、王志新、郭婷、张妍懿、朱晓春、程明岩、巩建坡、刘晓辉、 王晓菲、朱洪超、王志浩、杜红。

3、本标准为首次发布。 DB37/T 4097 2020 1 商用车用质子交换膜燃料电池堆耐久性测评方法 1 范围 本标准规定了质子交换膜燃料电池堆耐久性测试的术语和定义、测试用仪器设备要求、测试条件、 测试方法、耐久性评价及测试报告。 本标准适用于最大设计总质量大于 3 500 kg商用车所搭载的质子交换膜燃料电池堆。 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，仅所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/T 20042.1 质子交换膜燃料 电池 第 1部分：术语 GB/Z 27753 质子交换

4、膜燃料电池膜电极 工况适应性测试方法 GB/T 36288 2018 燃料电池电动汽车 燃料电池堆安全要求 GB/T 37244 质子交换膜燃料电池汽车用燃料 氢气 GB/T 38146.2 中国汽车行驶工况 第 2部分：重型商用车辆 3 术语和定义 GB/T 20042.1、 GB/Z 27753界定的术语和定义适用于本文件。 3.1 基准 电流工况 reference current condition 在燃料电池 堆耐久性测评中以某特定电流为基准的工况。 4 测试用仪器设备要求 测试设备采用燃料电池堆测试台架，应能按照程序自动测量。测试台架使用的主要测试仪表及其准 确度按照表 1要求。

5、表 1 测试台架使用的主要测量装置及其准确度要求 名称 准确 度 湿度 计 相对湿度 不低于 3.0 % 温度 计 不低于 1.0 压力 传感器 不低于 1.0 kPa 燃料质量流量计 不低于 0.8 % FS（满量程） DB37/T 4097 2020 2 表 1 测试 台架使用的主要测量装置及其准确度要求 （续） 名称 准确 度 空气质量流量计 不低于 0.8 % FS 电压 传感器 不低于 0.1 % FS 电流 传感器 不低于 0.1 % FS 5 测试条件 5.1 测试对象 测试对象应为单一燃料电池堆或多个燃料电池堆的组合体。测试对象在测试设备上安装前应满足制 造厂规定的基本性能、气

6、密性和绝缘要求，且外观无损伤。 5.2 测试环境 本标准的测试环境条件为： 海拔： 1 000 m； 温度： 25 5 ； 测试用燃料：纯度 99.97 %以上的氢气，并满足 GB/T 37244 的规定。 5.3 测 试终止条件 燃料电池堆耐久性测试终止条件包括： 燃料电池堆不能 稳定运行 ； 某节 燃料电池 电压低于 0.3 V（ 水淹 情况除外） ； 燃料电池堆额定电流下平均单片电压衰减 20 %； 试验过程 中燃料电池堆空气侧排气中氢气的体积浓度高于 0.5 %； 燃料电池堆气密性不满足制造厂指定的要求（每 20 次循环测试后，按制造厂指定的方法进行 气密性测试）； 不满足 GB/T

7、36288 2018 中 6.3 规定的电安全要求。 6 测试方法 6.1 燃料电池堆活化 按照制造厂规定的方法对燃料电池堆进行热机和活化，应达到制造厂指定的活化标准后，进行下一 步测试。 6.2 额定电流测试 按照制造厂规定的方法对燃料电池堆进行加载，加载到额定电流后持续稳定运行 60 min，记录燃料 电池堆的额定电流为 I1。 6.3 极化曲线测试 在燃料电池堆工作范围内均匀选择至少 8个工况点，按照制造厂规定的加载方法加载到预先确定的 工况点，在每个工况点至少持续 稳定运行 5 min；按照制造厂规定的减载方法从预先确定的工况点减载 DB37/T 4097 2020 3 到 OCV，在

8、每个工况点至少持续稳定运行 5 min。测试 中燃料电池堆进气温度、进气湿度、进气压力、 进 气 化学计量比、冷却液温度 及 压力 等 参数由制造厂指定。 分别对每个工况点在加载和减 载过程中的平均单片电压做平均值，记录燃料电池堆的平均单片电 压、功率和电流等数据，绘制“平均单片电压 -电流”极化曲线图和“功率 -电流”曲线图。 6.4 基准电流测试 燃料电池堆的基准电流为 I2、 I3、 I4，分别对应的平均单片电压由制造厂指定或选取 0.70 V、 0.75 V、 0.85 V。根据“平均单片电压 -电流”极化曲线测试结果，分别确定燃料电池堆的基准电流 I2、 I3、 I4。 6.5 组合

9、工况循环测试 6.5.1 组合工况 按照 GB/T 38146.2的规定，组合工况包括市区、城郊、高速三个速度区间，由启停工况、变载工况、 怠速工况和额定 工况等组成，按照对燃料电池堆性能影响的比重组合为一个循环谱图，以检测燃料电池 堆的性能。一次完整的组合工况耗时 9.5 h，包含 10次启停过程，工况曲线如图 1所示。工况逐秒数据见 附录 A。 组合工况按照基准电流分为四个工况： 基准电流工况一：高速速度区间，时间占比 33 %，在额定电流 I1下稳定运行 45 min； 基准电流工况二：城郊速度区间，时间占比 29 %，在基准电流 I2下稳定运行 15 min； 基准电流工况三：市区速度

10、区间，时间占比 25 %，在基准电流 I3下稳定运行 15 min； 基准电流工况四：变载工 况段，包含连续变载工况、启停工况、怠速工况等，时间占比 13 %， 在基准电流 I4下稳定运行 10 min。 图 1 燃料电池堆耐久性测试组合工况 DB37/T 4097 2020 4 按照组合工况进行一次测试，根据测试结果，绘制“功率 -时间”曲线图，通过积分求平均值的方 法得到组合工况测试过程中的平均功率。从“功率 -电流”曲线图上得到平均功率对应的平均电流 I。 6.5.2 组合工况循环测试 燃料电池堆耐久性测试按照组合工况进行循环测试，每个组合工况测试完成后，在平均电流 I下持 续稳定运行

11、0.5 h。循环测试次数应不少于 200次。单次组合工况测试过程中原则上不允许中断 ，如果发 生中断不应计入循环次数。 记录每个循环测试过程中的电流、电压、功率和时间。 6.6 数据处理方法 分别取平均电流 I在后 120 s的平均单片电压 VN-1， N为循环次数， V0为燃料电池堆初始电压。 循环测试次数完成后，以平均单片电压 VN-1为纵坐标，耐久运行时长为横坐标，绘制平均电流对应 的“平均单片电压 -运行时间”图（见图 2所示），并对平均单片电压所有测量数据点做线性拟合，得到 整个循环过程中的平均单片电压变化率。 图 2 平均单片电压 -运行时间图 7 耐久性评价 组合工况循环测试下，

12、燃料电池堆初始电压 V0衰减 15 % 20 %的预期运行时间范围 t： 式中 ： V0 燃料电池堆初始电压， 单位为伏 （ V） ； 平均单片电压变化率，单位为 伏 每小时 （ V/h），小数点后的位数应保留不少于 8位； t 燃料电池堆的预期运行时间范围，单位为小时（ h） 。 8 测试报告 DB37/T 4097 2020 5 8.1 标题页 标题页应包含下列各项内容： 报告编号； 报告型式； 报告作者； 试验执行单位； 报告日期； 试验地址； 试验名称； 试验日期和时间； 燃料电池堆标识和制造厂名称。 8.2 报告内容 报告内容应包含下列各项信息： 试验目的； 试验仪器和设备； 燃料电

13、池 堆产品信息； “平均单片电压 -电流”极化曲线图和“功率 -电流”曲线图； 额定电流和各基准电流； 每个循环测试过程中的电流、电压、功率和时间； “平均单片电压 -运行时间”图； 燃料电池堆初始电压和平均单片电压变化率； 在确定的工况谱下燃料电池堆的预期运行时间范围。 DB37/T 4097 2020 6 A A 附 录 A （规范性附录） 燃料电池堆耐久性测试组合工况表 燃料电池堆耐久性测试组合工况表见表 A.1。 表 A.1 燃料电池堆耐久性测试组合工况表 序号 时间 s 电流 A 序号 时间 s 电流 A 序号 时间 s 电流 A 1 0 0 I2 28 20230 0.81 I1

14、55 31727 0 I4 2 14 0.78 I2 29 21026 0.81 I1 56 31737 4.71 I4 3 3113 0.78 I2 30 21039 1 I3 57 32001 4.71 I4 4 3117 1 I2 31 23310 1 I3 58 32011 0 I4 5 4414 1 I2 32 23312 0.84 I3 59 32176 0 I4 6 4432 0 I2 33 24098 0.84 I3 60 32182 2.86 I4 7 4599 0 I2 34 24107 0 I3 61 33281 2.86 I4 8 4615 0.86 I2 35 242

15、72 0 I3 62 33285 1 I4 9 6206 0.86 I2 36 24285 1.2 I3 63 34023 1 I4 10 6209 1 I2 37 25985 1.2 I3 64 34024 1.43 I4 11 7342 1 I2 38 25998 0 I3 65 34042 1.43 I4 12 7345 0.86 I2 39 26163 0 I3 66 34043 0 I4 13 9892 0.86 I2 40 26174 1 I3 67 34200 0 I4 14 9898 0.72 I1 41 27715 1 I3 15 10769 0.72 I1 42 27717

16、 0.84 I3 16 10790 0 I1 43 29719 0.84 I3 17 10956 0 I1 44 29724 6.52 I4 18 10980 0.81 I1 45 30611 6.52 I4 19 12068 0.81 I1 46 30625 0 I4 20 12072 0.93 I1 47 30790 0 I4 21 13181 0.93 I1 48 30804 6.57 I4 22 13182 0.91 I1 49 31072 6.57 I4 23 16274 0.91 I1 50 31086 0 I4 24 16276 1.1 I1 51 31251 0 I4 25 17379 1.1 I1 52 31263 5.62 I4 26 17382 1 I1 53 31549 5.62 I4 27 20274 1 I1 54 31561 0 I4 _