(高清版)GB∕T 38914-2020 車用質(zhì)子交換膜燃料電池堆使用壽命測(cè)試評(píng)價(jià)方法

GB/T38914—2020車用質(zhì)子交換膜燃料電池堆使用壽命國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)國家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)Ⅰ 1范圍 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4測(cè)試設(shè)備及條件 4.1測(cè)試對(duì)象 4.2測(cè)試平臺(tái)及測(cè)試對(duì)象安裝 4.3測(cè)試環(huán)境與基本要求 4.4特別規(guī)定 5使用壽命測(cè)試方法 5.2活化、測(cè)試及穩(wěn)定性考核 5.3分工況測(cè)試 5.4壽命測(cè)試結(jié)束時(shí)的發(fā)電性能測(cè)試 5.5循環(huán)工況譜的確定 5.6性能衰減率和燃料電池使用壽命計(jì)算 6測(cè)評(píng)報(bào)告 參考文獻(xiàn) Ⅲ本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別這些專利的責(zé)任。本標(biāo)準(zhǔn)由中國電器工業(yè)協(xié)會(huì)提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國燃料電池及液流電池標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC342)歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：清華大學(xué)、中國科學(xué)院大連物理化學(xué)研究所、武漢理工大學(xué)、新研氫能科技有限公司、廣東國鴻氫能科技有限公司、新源動(dòng)力股份有限公司、南京大學(xué)、機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所、北京上電科賽?？萍加邢薰?、中國質(zhì)量認(rèn)證中心、上海神力科技有限公司、上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院、航天新長征電動(dòng)汽車技術(shù)有限公司、廣東合即得能源科技有限公司、北京氫璞創(chuàng)能科技有限公司、上海重塑能源科技有限公司、上海攀業(yè)氫能源科技有限公司、上海恒勁動(dòng)力科技有限公司、東莞眾創(chuàng)新能源科技有限公司、蘇州弗爾賽能源科技股份有限公司、南京東焱氫能源科技有限公司、中國船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所、福建亞南電機(jī)有限公司、無錫市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院、上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)研究中心有限公司、豐田汽車（中國）投資有限公司、北京億華通科技股份有限公司、上海博暄能源科技有限公司、浙江高成綠能科技有限公司、山東東岳未來氫能材料有限公司。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：裴普成、衣寶廉、潘牧、齊志剛、燕希強(qiáng)、邢丹敏、劉建國、張亮、盧琛鈺、王剛、周斌、李松麗、侯明、俞紅梅、王誠、靳殷實(shí)、黃平、朱俊娥、胡哲、董輝、胡磊、徐偉強(qiáng)、徐加忠、顧軍、葉東浩、林玉祥、陳耀、裴馮來、張倩、劉然、田丙倫、侯向理、鄒業(yè)成。1車用質(zhì)子交換膜燃料電池堆使用壽命測(cè)試評(píng)價(jià)方法本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了車用質(zhì)子交換膜燃料電池堆的使用壽命測(cè)試和計(jì)算方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于道路車輛和非道路車輛用質(zhì)子交換膜燃料電池堆的壽命測(cè)試和評(píng)價(jià)。注：本標(biāo)準(zhǔn)暫不考慮實(shí)驗(yàn)室與道路環(huán)境空氣質(zhì)量差異的影響。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅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(zhì)子交換膜燃料電池第1部分：術(shù)語GB/T23645—2009乘用車用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)測(cè)試方法GB/T28183—2011客車用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)測(cè)試方法GB/T29838—2013燃料電池模塊GB/T36288—2018燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池堆安全要求GB/T37244—2018質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣3術(shù)語和定義GB/T20042.1、GB/T23645—2009、GB/T28183—2011、GB/T29838—2013界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1被測(cè)燃料電池堆對(duì)應(yīng)車載燃料電池系統(tǒng)在怠速工況下燃料電池堆的輸出電流，此電流下燃料電池堆能夠維持燃料電池系統(tǒng)自身工作一定時(shí)間，但對(duì)外不輸出功率。3.2被測(cè)燃料電池堆對(duì)應(yīng)車載燃料電池系統(tǒng)在額定工況下燃料電池堆的輸出電流，此電流下燃料電池堆能夠維持運(yùn)行一定時(shí)間。3.3基準(zhǔn)電流工況狉犲犳犲狉犲狀犮犲犮狌狉狉犲狀狋犮狅狀犱犻狋犻狅狀在燃料電池壽命測(cè)評(píng)中以某特定電流為基準(zhǔn)的工況。3.4被測(cè)燃料電池堆對(duì)應(yīng)車載燃料電池系統(tǒng)從啟動(dòng)到停機(jī)連續(xù)運(yùn)行中燃料電池堆的工況變化歷程。23.5燃料電池堆在車用工況循環(huán)下從開始使用至伏安特性衰減到規(guī)定的最低程度時(shí)的累計(jì)使用時(shí)間。4測(cè)試設(shè)備及條件測(cè)試對(duì)象一般為單一燃料電池堆或多個(gè)燃料電池堆的組合體。所測(cè)的電池堆，內(nèi)部膜電極及雙極板的結(jié)構(gòu)尺寸和材料與實(shí)際應(yīng)用的燃料電池堆相同。對(duì)于燃料電池系統(tǒng)中多電池堆組合的情況，可取其中一個(gè)電池堆為測(cè)試對(duì)象，也可取部分或全部電池堆組合體為測(cè)試對(duì)象。測(cè)試對(duì)象需要從系統(tǒng)中取出后安裝于測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試平臺(tái)上安裝測(cè)試對(duì)象前，檢查確認(rèn)測(cè)試對(duì)象無外觀損傷，并確認(rèn)燃料電池堆符合GB/T36288—2018的基本安全要求。4.2測(cè)試平臺(tái)及測(cè)試對(duì)象安裝主要測(cè)量器件及測(cè)量精度見表1。表1主要測(cè)量器件及精度測(cè)量器件精度濕度測(cè)量裝置相對(duì)濕度不低于±3.0%溫度測(cè)量裝置不低于±1.0℃壓力測(cè)量裝置不低于±1.0kPa燃料質(zhì)量流量測(cè)量裝置不低于±1.0%FS（滿量程）空氣質(zhì)量流量測(cè)量裝置不低于±1.0%FS電壓測(cè)量裝置不低于±0.5%FS電流測(cè)量裝置不低于±0.5%FS燃料電池堆測(cè)試平臺(tái)如圖1所示。測(cè)試設(shè)備應(yīng)能按照測(cè)試程序自動(dòng)調(diào)控，并記錄測(cè)量參數(shù)；應(yīng)具備多通道電壓采集功能，能夠顯示和記錄燃料電池堆每節(jié)燃料電池的電壓；供氣流量和濕度變化速度不低于測(cè)試所用工況譜中的變載速度?？墒褂萌魏我环教峁┑臏y(cè)試平臺(tái)，但應(yīng)滿足本標(biāo)準(zhǔn)要求。方與委托方協(xié)商解決。3系統(tǒng)池平均每節(jié)電壓衰減10%。4電流/A電流/A時(shí)間/s1啟動(dòng)2停留時(shí)間3加載過程時(shí)間加載終點(diǎn)額定電流停留時(shí)間減載終點(diǎn)怠速停留時(shí)間4按委托方要求的控制方法完成停機(jī)，燃料電池堆在停機(jī)后1min內(nèi)電壓降至開路電壓作規(guī)程見表3。1啟動(dòng)2怠速電流3每隔約1h,從怠速加載到基準(zhǔn)電流工況，維持90s,記錄電壓，4每4h完成1個(gè)測(cè)試循環(huán)，至少完成15個(gè)循環(huán)，每56V′?——每次啟停的電壓衰減率[見5.3.5式(4)],單位為伏每圖4所示，具體操作規(guī)程見表4。表4燃料電池堆額定工況測(cè)試循環(huán)操作規(guī)程1啟動(dòng)2停留時(shí)間3變載過程時(shí)間4每隔約1h,從額定工況變載到基準(zhǔn)電流工況，維持90s,記錄電壓5怠速停留時(shí)間按委托方要求的控制方法完成停機(jī)，燃料電池堆在停機(jī)后1min內(nèi)電壓降至開路電壓50%以下每4h完成1個(gè)測(cè)試循環(huán)，至少完成15個(gè)循環(huán)，每按式(2)計(jì)算額定工況致使燃料電池電壓變化率U'?:7變載測(cè)試循環(huán)包括啟動(dòng)、怠速、循環(huán)變載考核、測(cè)基準(zhǔn)電流工況電壓、停機(jī)過程，測(cè)試循環(huán)如圖5所示，具體操作規(guī)程見表5。圖5燃料電池堆變載工況測(cè)試循環(huán)表5燃料電池堆變載工況測(cè)試循環(huán)操作規(guī)程1啟動(dòng)2停留時(shí)間3加載過程時(shí)間額定電流停留時(shí)間減載終點(diǎn)怠速停留時(shí)間4(記1次加載)完成加載216次考核從怠速加載到基準(zhǔn)電流工況維持90s,記錄電減載至怠速工況，怠速停留200s5按委托方要求的控制方法完成停機(jī)，燃料電池堆內(nèi)電壓降至開路電壓50%以下每4h完成1個(gè)測(cè)試循環(huán)，至少完成15個(gè)循環(huán)，每個(gè)測(cè)試循環(huán)停機(jī)后至少休息1h。依基準(zhǔn)電流工況電壓，繪制“燃料電池平均單節(jié)電壓-變載次數(shù)”圖，每次基準(zhǔn)電流工況電壓測(cè)量代表217次變載，對(duì)所測(cè)電壓點(diǎn)做線性擬合，得到電壓變化率V變。按式(3)計(jì)算變載工況致使燃料電池電壓變化率V'?:8其中最后一次加載到基準(zhǔn)電流工況維持90s,記錄電壓。表6是測(cè)試循環(huán)操作規(guī)程。環(huán)1啟動(dòng)2停留時(shí)間3(27次)加載始點(diǎn)加載過程時(shí)間加載終點(diǎn)額定電流停留時(shí)間減載終點(diǎn)怠速停留時(shí)間4按委托方要求的控制方法完成停機(jī)，燃料電池堆在停機(jī)后1min內(nèi)電壓降至開路電壓50%以下9步驟工況號(hào)工況要求第2小循環(huán)1啟動(dòng)同上工況12怠速3循環(huán)變載同上工況34停機(jī)同上工況3至第8小循環(huán)1啟動(dòng)同上工況12怠速3循環(huán)變載同上工況34基準(zhǔn)電流工況（記1次加載）5停機(jī)按委托方要求的控制方法完成停機(jī)，燃料電池堆在停機(jī)后。根據(jù)所記錄基準(zhǔn)電流工況的電壓，繪制“燃料電池平均單節(jié)電壓測(cè)試循環(huán)次數(shù)”圖。對(duì)所測(cè)基準(zhǔn)電′?！洌菏街校籂帧淦渌€(wěn)定工況的測(cè)試方法，可參照額定工況循環(huán)測(cè)試方法；其他變工況的測(cè)試方法，可參照變載工況循環(huán)測(cè)試方法。5.4壽命測(cè)試結(jié)束時(shí)的發(fā)電性能測(cè)試應(yīng)用與5.2.2相同的方法和實(shí)驗(yàn)條件，測(cè)試燃料電池堆發(fā)電性能，并記錄基準(zhǔn)電流下燃料電池各節(jié)電壓。5.5循環(huán)工況譜的確定在計(jì)算壽命指標(biāo)時(shí)，可選擇“參比工況譜”或“自定工況譜”。“參比工況譜”，用于預(yù)測(cè)燃料電池堆在統(tǒng)一的工況譜條件下的使用壽命；“自定工況譜”，用于預(yù)測(cè)燃料電池堆在委托方指定的其他工況譜條件下的使用壽命。參比工況譜參數(shù)，包括：委托方提供燃料電池堆工況譜參數(shù)，包括：s傷理論中的變載統(tǒng)計(jì)方法。5.6性能衰減率和燃料電池使用壽命計(jì)算按式（5）計(jì)算燃料電池堆性能衰減率犃：′式中：2hmin2min對(duì)于更多工況情況，按式（6）計(jì)算燃料電池堆性能衰減率犃：式中：犻按式（7）計(jì)算燃料電池堆使用壽命狋Lf范圍：式中：犞0—燃料電池堆初始電壓，單位為伏(V)。6測(cè)評(píng)報(bào)告評(píng)估報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容：●電池堆型號(hào)；●測(cè)試條件；●測(cè)試單位；●測(cè)試時(shí)間；●相關(guān)人員簽字。對(duì)測(cè)試結(jié)果整理內(nèi)容應(yīng)包括：●燃料電池堆額定電流及額定功率；●燃料電池堆怠速電流；●工況譜參數(shù)；●各工況下燃料電池堆性能變化速度；●在確定的工況譜下燃料電池堆使用壽命；●“電流密度燃料電池平均單節(jié)電壓”曲線匯總圖；●完成全部測(cè)試后各節(jié)燃料電池在基準(zhǔn)電流下的電壓分布圖，給出標(biāo)準(zhǔn)方差。[1]酈明，奧脫·布克斯鮑姆，哈茨·羅華克．結(jié)構(gòu)抗疲勞設(shè)計(jì)．北京：機(jī)械工業(yè)出