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| 标准编号 | GB/T 20042.2-2008 (GB/T20042.2-2008) | | 中文名称 | 质子交换膜燃料电池 电池堆通用技术条件 | | 英文名称 | Proton exchange membrane fuel cell -- General technical specification of fuel cell stacks | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | K82 | | 国际标准分类 | 27.070 | | 字数估计 | 18,128 | | 发布日期 | 2008-05-20 | | 实施日期 | 2009-01-01 | | 引用标准 | GB/T 2423.10; GB/T 2423.55; GB/T 3512; GB 3836; GB 4208; GB 4943; GB/T 5095.8; GB/T 5169; GB/T 5563; GB/T 7826; GB/T 7829; GB/T 15329.1; GB/T 18290; GB/T 20042.1 | | 标准依据 | 国家标准批准发布公告2008年第8号(总第121号) | | 发布机构 | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会 | | 范围 | GB/T 20042本部分规定了质子交换膜燃料电池堆的安全、性能的基本要求, 型式检验、例行检验的项目、试验方法以及标志与说明文件等方面的要求。本部分适用于质子交换膜燃料电池堆。本部分仅涉及会对人体和燃料电池外部环境造成危害的情形, 而对燃料电池堆内部损伤的防护, 只要不影响燃料电池堆外的安全, 本部分不作规定。本部分不包括燃料和氧化剂的储存装置以及燃料和氧化剂输送过程与输送装置。如果有更好的材料或新的结构, 又能通过本部分规定的检验并满足相关的要求, 也可以认为是符合本部分的。 | GB/T 20042.2-2008: 质子交换膜燃料电池 电池堆通用技术条件
GB/T 20042.2-2008 英文名称: Proton exchange membrane fuel cell -- General technical specification of fuel cell stacks
ICS ２７．０７０
K８２
中华人民共和国国家标准
１ 范围
GB/T ２００４２本部分规定了质子交换膜燃料电池堆（包括直接醇类燃料电池堆）的安全、性能的基
本要求，型式检验、例行检验的项目、试验方法以及标志与说明文件等方面的要求。
本部分适用于质子交换膜燃料电池堆（包括直接醇类燃料电池堆）（以下简称“燃料电池堆”）。
本部分仅涉及会对人体和燃料电池外部环境造成危害的情形，而对燃料电池堆内部损伤的防护，只
要不影响燃料电池堆外的安全，本部分不作规定。
本部分不包括燃料和氧化剂的储存装置以及燃料和氧化剂输送过程与输送装置。
如果有更好的材料或新的结构，又能通过本部分规定的检验并满足相关要求，也可以认为是符合本部分的。
４ 要求
为了便于燃料电池制造和使用各方面的沟通，所以本部分编写了附录Ａ（资料性附录），供各有关方面参考。
４．１ 使用条件
除非另有规定，燃料电池堆应能在下列环境条件下运行：
ａ） 海拔不超过１０００ｍ；
ｂ） 环境空气中氧气体积含量为２１％±１％；
ｃ） 环境温度：５℃～４０℃。
４．２ 通用安全措施
本部分仅涉及能对人身和燃料电池堆外部环境造成危害的情况，而对燃料电池堆内部损害的防护，
只要不影响燃料电池堆外的安全，本部分不作规定。
注：如果按照制造商的说明书使用燃料电池，那么燃料电池堆内部损伤的防护由制造商负责。
由于燃料电池堆中有燃料和其他储能物质与能量（例如：易燃物质、加压介质、电能、机械能等），应
按照以下顺序为燃料电池堆采取通用安全措施：
ａ）在这些能量尚未释放时，首先消除燃料电池堆外边的隐患；
ｂ）对这些能量进行被动控制（如采用防爆片、泄压阀、隔热构件等），确保能量释放时不危及周围环境；
ｃ）对这些能量进行主动控制（如通过燃料电池中的电控装置）。在这种情况下，由控制装置故障引
发的危险应逐一加以考虑。对安全部件的评价应符合IEC ６１５０８的规定。另一方面，可将危险告知燃料电池系统集成制造商
ｄ）提供适当的、与残存危险有关的安全标记。
采取以上措施时，应需特别注意：
● 机械危险---尖角锐边、跌倒危险、运动的和不稳定的部件、材料强度以及带压力的液体和气体；
● 电气危险---人员接触带电零部件、短路、高电压；
● 电磁兼容性（ＥＭＣ）危险---暴露在电磁环境中的燃料电池堆出现故障或由于燃料电池堆的电
磁辐射导致其他（附近）设备发生故障；
● 热危险---热表面、高温液体、气体释放或热疲劳；
● 火灾和爆炸危险---易燃气体或液体，在正常或异常运行条件下或在故障情况下，易燃易爆混
合物的潜在危险；
● 故障危险---由于软件、控制电路或保护／安全元器件的失效或加工不良或误动作引起的不安全运行；
● 材料的危险---材料变质、腐蚀、脆变，有毒有害气体释放；
● 废物处置危险---有毒材料的处置、回收，易燃液体或气体的处置；
● 环境危险---在冷、热、风、雨、进水、地震、外源火灾、烟雾等环境下的不安全运行。
４．３ 设计要求
燃料电池堆制造商应根据风险评估进行设计。风险评估应符合 GB/T ７８２６、GB/T ７８２９和IEC
６１５０８-１的规定。所有零部件应：
ａ） 适合于预期使用时的温度、压力、流速、电压及电流范围；
ｂ） 在预期使用中，能耐受燃料电池堆所处环境的各种作用、各种运行过程和其他条件的不良影响。
注：除另有规定外，本部分中的气体压力均指表压。
如果燃料电池堆带有外壳，则外壳防护应根据燃料电池堆的不同使用环境，并按GB ４２０８的要求
选择适当的防护等级并予以标志。
４．３．１ 正常和非正常运行条件下的特性
燃料电池堆在按制造商说明书中规定的所有正常运行条件运行时，应不会产生任何损坏；在可预知
的非正常运行条件下运行时，应符合４．２的规定。
４．３．２ 气体泄漏
在制造中应尽量减少易燃气体的泄漏，并应在说明书中对泄漏速率予以说明（见５．２）。
４．３．３ 带压力运行
如果燃料电池堆采用气密并承压的外壳封装，则外壳应符合《压力容器安全技术监察规程》的规定。
压力并不是燃料电池堆设计所要考虑的最重要因素。例如，一个采用轴向压紧构件设计方案的燃
料电池堆，虽未开裂却有泄漏。对于足够的强度、刚度及稳定性（静态与动态）和／或其他运行特性的要
求，应首先重视尺寸的确定、材料的选择和工艺规程。
４．３．４ 着火和点燃
４．３．４．１ 一般要求应对燃料电池堆采取保护措施（如通风、气体检测、防止运行温度高于自燃温度等），
以确保燃料电池堆内部泄漏或对外泄漏的气体不致达到其爆炸浓度。这些措施的设计规范（如要求的通风速率）应由
燃料电池堆制造商提供，并在说明书中加以说明，以便燃料电池系统集成制造商采取预防措施，确保安全。
处于爆炸性环境中的零部件应满足GB/T ５１６９规定的ＦＶ０，ＦＶ１或ＦＶ２的阻燃材料制造。
４．３．４．２ 例外情形
燃料电池堆内，膜或其他类似材料用量低于燃料电池堆总质量的１０％。
４．３．５ 安全措施按照４．２ａ）和４．２ｂ）设计的燃料电池堆，允许在没有外部安全措施的情况下运行。
燃料电池堆安全的主动控制可由燃料电池模块或燃料电池系统中的安全装置来实现。
４．３．６ 管路和管件装配
管路的尺寸应符合设计要求，其材料应满足预期输送的流体和流体压力的要求。
流体泄漏不致产生危险的部位才可采用螺纹连接，如空气供应回路、冷却回路。所有其他接缝都应
焊接，或至少要按制造商要求与指定的密封部位装配连接。在燃料气体或氧气管路中，使用的接头应是
磨口接头、法兰接头或压力接头，以防燃料气或氧气泄漏。
管路系统应满足５．２规定的的气体泄漏试验要求。
应彻底清理管路的内表面以除去颗粒物，管路端口应仔细清除障碍物和毛刺。
用来传输气体的柔性管道和相关配件应符合 GB/T ３５１２、GB/T ５５６３、GB/T １５３２９．１、ISO ３７、
ISO １３０７、ISO ４６７２的规定，输送氢气的管路应作特殊考虑。
４．３．６．１ 非金属管路系统
在下列情况下，可使用塑料和橡胶管材、管路和组件：
非金属管路系统应适应最高运行温度和最高运行压力的共同作用，不允许释放出对燃料电池有害
的物质，并能与使用、维修和保养时所接触的其他材料、化学品相容，应具有足够的机械强度，满足５．４和５．５的要求。
必要时应加防护套管或外罩来防止燃料电池堆上的塑料或橡胶管件受到机械损伤。
所有安装有输送易燃气体的塑料或橡胶管件的腔室，都应防止可能的过热。如有这种过热的可能
时，应告知燃料电池系统集成制造商这一部位允许的最高温度，以便他们提供一个控制系统，在腔室温
度比输送燃料管件所用材料的最低热变形温度下限尚低１０Ｋ时，即切断燃料输入。
用于危险区域内的塑料或橡胶材料应是能导电的，除非设计上能做到避免静电电荷累积。
４．３．６．２ 金属管路系统
金属管路系统应适应最高运行温度和压力的共同作用，并能与使用、维修和保养时所接触的其他材
料、化学品相容，金属管路系统应保持完好，应具有足够的机械强度，满足５．４和５．５的要求。
金属成型的弯管在弯曲时不应引起影响使用的缺陷。
４．３．７ 接线端子和电气连接件
对外电路供电的电气连接件应满足下述要求：
ａ） 固定在其安装构件上，不会自行松动；
ｂ） 导电部分不会从其预定位置滑脱；
ｃ） 正确连接以确保导电部分不致受到损伤而影响其功能；
ｄ） 在正常紧固过程中能防止发生旋转、扭曲或永久变形；
ｅ） 裸露的导电连接件有保护层。
在正常使用中，与燃料电池的直接连接不应存在不符合４．３．７ａ）～４．３．７ｅ）项指出的缺陷，接线端
子应符合有关电气和机械方面的要求，是否符合要求，应按５．１的规定进行机械试验和连接质量的检验。
４．３．８ 带电零部件
制造商应在技术文件中详细说明存在的带电零部件，特别是系统关闭后由于残余电压而存在危险
的带电部分，告知燃料电池系统集成制造商应负责防止电击，还应预防燃料电池堆带电部分的意外短路。
４．３．９ 绝缘材料及其绝缘强度
燃料电池堆中带电部分和不带电的导电部分之间的所有绝缘结构设计，都应符合电气绝缘结构有关标准的相应要求。
影响构件功能的材料的机械特性（如抗拉强度）应得到保证，当其所在部位温度比正常运行温度的
最高值还高２０Ｋ（但不应低于８０℃）时，仍应符合设计要求。
４．３．１０ 接地不带电金属零部件应与公共接地点相联。
为了确保良好的电接触，所有电气连接件都不应松动或扭曲，并保持足够的接触压力。所有电气连
接件都应采取防腐措施，相互连接的金属件之间不应发生化学腐蚀。
４．３．１１ 冲击与振动
预期使用中的冲击与振动不应引起任何危险。
４．３．１２ 监控方法
为确保燃料电池堆的安全，应该提供以下参数的监控措施：
ａ）电池堆温度；ｂ）电池堆和／或单电池的电压。
监控点的位置由电池堆制造商规定并向燃料电池系统制造商加以说明。在用其他方式对燃料电池
堆提供安全运行保障的情况下，这些方式必须具有和对温度及电压监控等效的安全保障能力。
５ 型式检验５．１ 概述
除非另有说明，被试样品，对于单件生产，应是准备向用户交货的燃料电池堆本身；批量生产的样品
采用随机抽样的方法按规定的样本数抽取。
型式检验应在燃料电池系统模拟试验装置上进行。
对完整燃料电池堆，应按GB/T １８２９０和GB/T ５０９５．８的规定对其接线端子和电气连接进行检
验，确认是否符合要求。然后，建议按以下顺序进行型式检验。
５．２ 气体泄漏试验
本试验不适用于以下燃料电池堆：
---运行温度高于易燃气体的自燃温度的（见４．３．４），或
---置于已被证明符合相关的压力容器技术法规的气密容器中。
在无法对整个电池堆进行试验时，可以减少单体电池节数，但仍应具有代表性，总的泄漏应依据单
体电池的节数按比例计算。
１） IEC ６２２８２-２中，试验气体仅包括阳极气体和氦气，未提到氮气，此处用氮气是按我国实际情况。
燃料电池堆应在满载电流下运行，直至在最高运行温度下达到热稳定。达到这些条件后，停止运
行，吹扫燃料电池堆并关闭气体出口；燃料电池堆的温度降至规定的最低运行温度甚至更低。然后逐渐
充入阳极气体，也可以是充入氦气或氮气１），直至压力达到最高工作压力，并稳定１ｍｉｎ。在泄漏试验过
程中入口压力应稳定不变，用位于燃料电池堆进气口、泄压装置上游、精度不低于２％的流量计测量漏
气速率。如果用氦气或氮气做试验气体，漏气速率应该按照式（１）校正：
应采用式（２）和式（３）计算修正系数R，取较高值，并应写入试验报告。
应记录气体泄漏速率，包括气体通过泄压阀的流速率，并写入试验报告。
如果因为压力滞后现象或压力设定而在试验中没有采用泄压装置，总泄漏值应该是测得值与泄压
装置在最大燃料供应压力下的单独测得的泄漏量之和。
考虑参考条件和气体种类的修正，若用燃料气体或氦气作为试验气体，则将测得的气体泄漏速率乘
以１．５，若用氮气作为试验气体，则将测得的气体泄漏速率乘以２。这一最终计算的结果，应不超过给用
户提供的技术文件中的气体泄漏速率的规定［见８．５．１ｅ）］，并应向燃料电池系统集成制造商说明，要求
将此信息提供给产品最终使用者，以便计算必要通风量。
５．３ 正常运行试验
正常运行就是燃料电池堆在制造商说明书规定的正常条件下运行，具体为：
---电功率输出为额定值；
---热能输出（如果有的话）为额定值（对于冷却剂温度和流量）；
---燃料电池堆温度在正常范围内；
---燃料成分在正常范围内；
---燃料和氧化剂的流量在正常范围内；
---燃料和氧化剂的压力在正常范围内；
---冷却剂（如果有的话）的温度、压力和流量在正常范围内；
---输出功率变化率在正常范围内。
为了进行正常运行的型式试验，燃料电池堆应在上述规定的正常条件下运行，直至达到热稳定。应
测量以下参数，记录测量结果并应符合如下要求：
ａ）满载电流条件下燃料电池堆的端电压，其测得值应不低于８．５．１ｔ）的规定；
ｂ）燃料电池堆的运行温度、最高表面温度及环境温度，其测得值应不超出８．５．１ｍ）、８．５．１ｎ）、
８．５．１ｊ）规定的范围；
ｃ）燃料压力，其测得值应不超出８．５．１ｃ）规定值的９５％～１０５％或相应规定值±１ｋＰａ（两者中取较高值）；
ｄ）燃料耗用速率，其测得值应不超出８．５．１ｄ）规定值的９５％～１０５％；
ｅ）氧化剂消耗速率，其测得值应不超出８．５．１ｄ）规定值的９５％～１０５％；
ｆ）氧化剂压力，其测得值应不超出８．５．１ｃ）规定值的９５％～１０５％或相应规定值±１ｋＰａ（两者中取
较高值）；ｇ）冷却剂（如果有的话）的入口和出口温度、压力、流量，其测得值应分别符合
８．５．１ｐ）、８．５．１ｑ）中的相应规定。
５．４ 允许工作压力试验
燃料电池堆的允许工作压力试验应在最高或最低运行温度下进行（取两者中较为严格的条件），试
验介质为氮气或压缩空气。
如果在正常运行时燃料电池堆的燃料侧和氧化剂侧的内部压力相同或相近，试验时可将其相互连
通。如果燃料电池堆有冷却通道而且工作压力与燃料腔和氧化剂腔相同或相近，则该通道也可同时按
相同方法进行允许工作压力试验。
应对燃料电池堆（阳极和阴极通道、冷却剂通道）逐步加压，直到压力达到它们的允许工作压力（按
较高压力的）的１．３倍，至少保持压力稳定１ｍｉｎ。
如果燃料电池堆有泄压阀，则应将其拆下或令其不起作用。
如果能满足试验条件，此项试验应在气体泄漏试验或正常运行试验期间进行。
如果不能满足试验条件，燃料电池堆可以在压力不低于允许工作压力１．５倍、温度为环境温度的条件下进行试验。
允许工作压力试验中，燃料电池堆不应出现开裂、破碎、永久变形或其他物理损伤。
５．５ 冷却系统的压力试验
如果在允许工作压力试验中没有对冷却系统进行试验，则应对冷却系统进行压力试验，试验介质采用规定的冷却介质。
燃料电池堆温度应......
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