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 山东省市场监督管理局 2020 - 10 - 01 实施 发 布 DB37/T 4097—2020 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 I DB37/T 4097—2020 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。 本标准为首次发布。 II 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 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。 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） 1 DB37/T 4097—2020 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 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 2 DB37/T 4097—2020 到OCV，在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 3 DB37/T 4097—2020 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ν。 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，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）； ν ——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 4 DB37/T 4097—2020 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。 5 DB37/T 4097—2020 AA 附 录 A （规范性附录） 燃料电池堆耐久性测