| 标准编号 | GB/T 31037.2-2014 (GB/T31037.2-2014) | | 中文名称 | 工业起升车辆用燃料电池发电系统 第2部分:技术条件 | | 英文名称 | Fuel cell power system used for industrial lift truck applications - Part 2: Technical specification | | 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 | 18,113 | | 发布日期 | 12/5/2014 | | 实施日期 | 7/1/2015 | | 引用标准 | GB 156-2007; GB/T 2894; GB/T 6104; GB/T 17799.1-1999; GB/T 17799.2-2003; GB 17799.3-2012; GB 17799.4-2012; GB/T 17938-1999; GB/T 18384.3-2001; GB/T 20042.1-2005; GB/T 23645-2009; GB/T 28816-2012; GB/T 29838-2013 | | 标准依据 | 国家标准批准发布公告2014年第27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 31037的本部分规定了工业起升车辆用燃料电池发电系统的技术要求、试验方法、检验规则和技术文件。本部分涉及的工业起升车辆包括:平衡重式叉车、前移式叉车、插腿式叉车、托盘堆垛车、平台堆垛车、操作台可升级的车辆、侧面式叉车、越野叉车、侧面堆垛式叉车(两侧)、三向堆垛式叉车、堆垛用高起升跨车、托盘搬运车、平台搬运车、非堆垛低起升跨车、拣选车。本部分适用于以气态氢为燃料、空气为氧化剂的质子交换膜燃料电池发电系统。本部分考虑的危险情况仅限于因燃料电池发电系统发射非正常运行可能对发电系统自身造成损害时应采取 | GB/T 31037.2-2014
Fuel cell power system used for industrial lift truck applications.Part 2: technical specification
ICS 27.070
K82
中华人民共和国国家标准
工业起升车辆用燃料电池发电系统
第2部分:技术条件
2014-12-05发布
2015-07-01实施
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发布
目次
前言 Ⅰ
1 范围 1
2 规范性引用文件 2
3 术语和定义 3
4 一般要求 3
5 试验前准备工作及试验条件 5
6 性能试验 6
7 检验规则 11
8 标识、说明和技术文件 11
附录A(规范性附录) 泄漏量计算 14
前言
GB/T 31037《工业起升车辆用燃料电池发电系统》计划发布以下部分:
---第1部分:安全;
---第2部分:技术条件。
本部分为GB/T 31037的第2部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本部分由中国电器工业协会提出。
本部分由全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会(SAC/TC342)归口。
本部分起草单位:上海神力科技有限公司、UL美华认证有限公司、宁波拜特测控技术有限公司、同
济大学、机械工业北京电工技术经济研究所、武汉邮电科学研究院、南京大学昆山创新研究院、中国质量
认证中心。
本部分主要起草人:张若谷、周斌、季良俊、黄平、侯永平、孙婷、尹航、齐志刚、胡里清、顾军、王刚、
田超贺。
工业起升车辆用燃料电池发电系统
第2部分:技术条件
1 范围
1.1 概述
GB/T 31037的本部分规定了工业起升车辆用燃料电池发电系统的技术要求、试验方法、检验规则
和技术文件。
为在室内或室外使用的电动工业起升车辆提供动力的燃料电池动力系统包括燃料电池发电系统
(简称发电系统)和能量存储模块。能量存储模块是指用来启动发电系统、帮助或补充燃料电池发电系
统对内部或外部负载供电的电能储存装置,由铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、超级电容器或其他具有
相应功能的能量存储模块组成。本部分仅涉及燃料电池发电系统部分的技术条件,不包括对能量存储
模块的要求。
本部分涉及的工业起升车辆包括:平衡重式叉车、前移式叉车、插腿式叉车、托盘堆垛车、平台堆垛
车、操作台可升降的车辆、侧面式叉车、越野叉车、侧面堆垛式叉车(两侧)、三向堆垛式叉车、堆垛用高起
升跨车、托盘搬运车、平台搬运车、非堆垛低起升跨车、拣选车。
本部分适用于以气态氢为燃料、空气为氧化剂的质子交换膜燃料电池发电系统。
本部分考虑的危险情况仅限于因燃料电池发电系统发生非正常运行可能对发电系统自身造成损害
时应采取的安全措施。
1.2 系统边界
系统边界示意图如图1所示。其中,粗实线框内为燃料电池发电系统的部件,框边界的进出箭头为
针对燃料电池发电系统的输入和输出。
图1 发电系统的系统边界示意图
本部分所适用的发电系统由图1中的发电系统边界内的全部或部分部件组成,但总体设计应满足
实现设定的功能。发电系统边界内的组成及功能包括:
---燃料电池模块:由以下几个主要部分组成:一个或多个燃料电池堆、输送燃料、氧化剂和废气的
管路系统、电池堆输电的电路连接、监测和/或控制手段;
---燃料(氢气)储存系统:安装在发电系统内部或在起升车辆上,固定或可更换的,用于存储燃料
氢气的部件及其相关配件;
---燃料(氢气)供应系统:包括但不限于管路、阀门、传感器、燃料加压/减压/稳压装置等能对输入
发电系统的燃料进行加压或减压或稳压等处理,再将燃料从燃料储存系统输送至燃料电池模
块的装置,部件;
---氧化剂(空气)供应系统:包括但不限于过滤器、管路、空压机(鼓风机)、传感器件、阀门等,能对
输入发电系统的氧化剂(空气)进行调压以及过滤等处理,再将氧化剂空气输送至燃料电池模
块的装置;
---热管理系统:包括但不限于散热器和配套风扇、管路、循环流体泵、阀门、传感器件、冷却流体储
存箱与补充箱等,通过加热或冷却或排热保持发电系统在制造商规定的工作温度范围内运行;
---增湿系统:用以对燃料和氧化剂(空气)进行增湿,提高相对湿度的装置;
---水处理系统:包括但不限于管路、循环水泵、阀门、传感器件、水储存与补充箱等。发电系统生
成水回收用于增湿燃料或氧化剂或其他使用用途时,应去除水中对发电系统有害的物理颗粒
与金属离子;
---控制系统:由进行调节与监控所必需的传感器件、线路、执行器件、控制器件、软件程序等组成,
使发电系统在无需人工干预时,运行参数能保持在制造商给定的限值范围内,保障发电系统正
常运行;
---功率调节系统:包括但不限于DC/DC或DC/AC、线路等,燃料电池堆输出功率将根据发电系
统内部装置所需功率和对外输出功率的要求,通过其对电流、电压进行调节,提供符合使用要
求的功率输出;
---通风系统:通过强制或自然的方式实现发电系统内外空气交换的系统;
---燃料电池发电系统:指由发电系统的边界示意图中全部或部分部件组成,与能量存储模块组合
成燃料电池动力系统。根据其结构不同分为一体式和整合式两种:
● 一体式系统:发电系统的部件全部装入一个外壳内。显示器和控制界面或功能按钮可根
据实际情况安装在操作人员方便操作的地方。
● 整合式系统:发电系统的各个部件根据工业起升车辆的结构空间及重心,分散的安装在工
业起升车辆上,但所有部件通过线路或管路连接在一起,构成一套完整的燃料电池发电
系统。
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(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB 156-2007 标准电压
GB/T 2894 安全标志及使用导则
GB/T 6104-2005 机动工业车辆名词术语
GB/T 17799.1-1999 电磁兼容 通用标准 居住、商业和轻工业环境中的抗扰度试验
GB/T 17799.2-2003 电磁兼容 通用标准工业环境中的抗扰度试验
GB 17799.3-2012 电磁兼容 通用标准 居住、商业和轻工业环境中的发射
GB 17799.4-2012 电磁兼容 通用标准 工业环境中的发射
GB/T 17938-1999 工业车辆电动车辆牵引用铅酸蓄电池优先选用的电压
GB/T 18384.3-2001 电动汽车 安全要求 第3部分:人员触电防护
GB/T 20042.1-2005 质子交换膜燃料电池 术语
GB/T 23645-2009 乘用车用燃料电池发电系统测试方法
GB/T 28816-2012 燃料电池 术语
GB/T 29838-2013 燃料电池 模块
3 术语和定义
GB/T 6104-2005、GB/T 20042.1-2005、GB/T 28816-2012中界定的及下列术语和定义适用于
本文件。
3.1
额定功率 ratedpower
在生产商规定的正常运行条件下,所设计的燃料电池发电系统的最大连续输出的电功率。
注:本部分中PE 代表额定功率,单位为千瓦(kW)。
3.2
峰值功率 maximumpower
在峰值工况下燃料电池发电系统所输出的电功率。
3.3
怠速工况 idleconditions
发电系统处于工作状态,能维持自身工作,但不对外输出功率。
3.4
发电系统单位时间内所消耗燃料的能量转化为有效电功率的份额,规定以氢气低热值(LHV)
计算。
3.5
燃料消耗量 fuelconsumption
特定工况下发电系统在规定时间内消耗的燃料量,单位为千克每小时(kg/h)。
3.6
燃料消耗率 fuelconsumptionrate
发电系统单位时间、单位功率消耗的燃料量,单位为克每千瓦小时[g/(kW·h)]。
3.7
配重 balanceweight
为保障工业起升车辆平衡、稳定运行,在发电系统内或外添加的辅助质量。
4 一般要求
4.1 发电系统完整性要求
4.1.1 概述
发电系统的设计应能满足设定功能的需要,其组成可能包括燃料电池模块、燃料储存系统、燃料供
应系统、氧化剂供应系统、热管理系统、增湿系统、水处理系统、控制系统、功率调节系统、通风系统等,且
发电系统中采用的所有部件应符合相应国家标准。
4.1.2 燃料电池模块
燃料电池模块应符合GB/T 29838-2013中的规定。
4.1.3 燃料储存系统
燃料储存系统与燃料电池模块的连接装置应符合使用安全要求。补给燃料时,燃料存储系统与燃
料供应站的快速燃料接插件连接方法应符合相关压力、安全等标准和规定。非标准燃料贮存容器的补
给端口与标准燃料贮存容器的接续器应是不匹配的。
无论是固定的或可更换的,一次性的或可再充装的储氢装置,应符合国家相关压力、安全使用标准
和规定要求。
4.2 发电系统输出电压
发电系统输出电压应满足使用该系统的工业起升车辆的电输入电压要求,并符合GB/T 17938-
1999中的规定,或使用该发电系统的工业起升车辆所要求的直流或交流电输入电压。
4.3 安全防护
发电系统中的自动控制系统应能自动控制各个子系统正常运转,并可根据发电系统运转情况的非
正常变化提供相应的声、光或其他具有同等效果的方式提醒操作人员或自动开启安全防护联锁装置,保
证发电系统运行正常与安全。
4.4 启动特性要求
发电系统按照6.3进行启动特性试验时,从启动至怠速工况所需时间应符合制造商的规定。
4.5 功率输出特性
按照6.4进行试验时,发电系统的额定功率、峰值功率和过载能力的试验结果应符合制造商的
规定。
4.6 动态响应特性
动态响应特性主要反映发电系统动态加载响应及适应加载冲击的能力。按照6.6进行动态响应试
验,发电系统从怠速工况到额定功率工况的响应时间、从额定功率工况到峰值功率工况的响应时间应符
合制造商的规定。
4.7 氢气消耗量
按照6.4进行试验中的氢气消耗量试验时,记录额定工况下发电系统在规定时间段内氢气的消耗
量,测试结果应符合制造商规定的氢气消耗量。
4.8 发电系统电效率
按照6.7进行电效率试验时,在额定功率工况下发电系统电效率应不低于40%。
4.9 环境温度适应性
发电系统可在制造商规定的环境温度中储存并正常运行。
4.10 噪声
按照6.9进行噪声测试时,发电系统的噪声应不大于75dB。
4.11 绝缘强度
4.11.1 电压分级
根据发电系统及其内部电路的工作电压U,将电路分为以下等级,如表1所示:
表1 电路的电压分级
电压级别
工作电压U
直流系统 交流系统(15Hz~150Hz)
A 0V< U≤60V 0V< U≤25V
B 60V< U≤1000V 25V< U≤660V
注1:60V(DC)或25V(AC)的电压时因考虑了空气的湿度条件,对非交流电但是重复脉冲电压,如果峰值持续
时间大于10ms,则取工作电压最大峰值。如果峰值持续时间小于10ms,则取工作电压为均方根(rms)
值,记录下的交流电压值在规定的频率范围内是非常重要的。
注2:波动电压的均方根不超过10%。
注3:B级的最高电压按GB 156-2007的规定。
4.11.2 绝缘电阻
发电系统的输出端对支架或外壳的绝缘电阻值应符合表2的要求。
表2 绝缘电阻的要求
设备类型 测量阶段最小瞬间绝缘电阻 测量阶段计算的最小绝缘电阻
Ⅰ类 0.1kΩ/V 1kΩ/V
Ⅱ类 0.5kΩ/V 5kΩ/V
注:绝缘电阻按照发电系统的额定电压计算。
4.12 电磁兼容性
发电系统应有足够的抗电磁干扰水平,从而能在预设的环境中正常运行,同时不会产生高于规定水
平的电磁干扰。
在住宅、商业和轻工业环境中,发电系统应符合GB/T 17799.1-1999和GB 17799.3-2012中规定
的电磁兼容性要求。在其他工业环境中,发电系统应符合GB/T 17799.2-2003和GB 17799.4-2012
中的相关规定。
5 试验前准备工作及试验条件
5.1 试验前准备工作
对发电系统进行试验时,应满足以下要求:
---制造商在测试前向测试方提供发电系统相关技术参数及8.3中规定的相关技术文件;
---在试验前不对发电系统本身进行任何改动,并应确保发电系统的状态符合以下规定:
● 储氢装置加满氢气;
● 确定发电系统按制造商规定方式启动后即可工作;
---确保测试现场通风良好或具有有效的通风措施;
---测试现场安装氢气泄漏报警装置等安全保障设施;
---在完成6.1常规性能检测后,将发电系统与5.2.3规定的辅助电源装置和5.2.4规定的负载装
置连接,同时确保发电系统各个管路、电路正确连接。
5.2 试验条件
5.2.1 试验环境温度与压力为:
参考温度:15℃~35℃;
参考压力:86kPa~106kPa。
5.2.2 试验中所用仪器及精度要求如表3所示。
表3 试验用仪表及其精度要求
名称 规定精度 备注
电压传感器 ≤0.5% -
电流传感器 ≤0.5% -
温度计 ±1K -
湿度计 ±3% 相对湿度
氢气流量计 ≤1% 按照相对误差计
冷却液流量计 ≤1% -
声级计 ≤1% -
称重衡器 ≤0.5% -
欧姆表 ≤0.5% -
注:试验中,使用量程为试验用仪表最大量程33%以上。
5.2.3 试验方应该提供符合制造商要求的辅助电源装置,模拟燃料电池动力系统中的能量存储模块。
5.2.4 试验方应提供可模拟工业起升车辆运行的负载装置。
5.2.5 试验方应提供试验中所用到的数据采样设备,该设备应能对所规定的量测和记录的数据进行采
样间隔为1s的连续采集。
6 性能试验
6.1 常规性能检测
6.1.1 发电系统质量测量
按如下要求测量一体式系统和整合式系统中的部件的质量:
---一体式系统:分别测量发电系统、配重的质量,包括冷却液、加湿用水的质量。在不影响工业起
升车辆静止或运行中平衡和稳定性的情况下,位于发电系统外壳外的显示器和控制界面或功
能按钮的质量可不测量;
---整合式系统:分别测量发电系统的各个分散模块的质量和配重质量,包括冷却液、加湿用水的
质量。在不影响工业起升车辆静止或运行中平衡和稳定性的情况下,显示器和控制界面或功
能按钮的质量可不测量。
6.1.2 发电系统体积测量
按如下要求测量一体式系统和整合式系统的体积:
---一体式系统:如果发电系统和配重在同一封装外壳内,测量外壳三个方向的尺寸;如果发电系
统与配重不在同一封装外壳内,需分别测量,两者的加和即为系统的体积。在确定工业起升车
辆上有足够的空间安装位于发电系统外壳外的显示器和控制界面或功能按钮的情况下,显示
器和控制界面或功能按钮的体积可不测量。
---整合式系统:分别测量发电系统的各个分散的模块和配重在安装时所占的体积,通过加和计算
得到的总体积即为系统的体积。
6.2 气密性试验
6.2.1 燃料(氢气)和氧化剂(空气)的管路、连接件和承压部件气密性试验
发电系统按照制造商规定程序启动运行,达到制造商规定的正常工作状态之后,停止运行,吹扫发
电系统,并关闭所有气体出口,只留一路气体进口,如图2所示;发电系统的温度降至环境温度;将氮气
或氦气通过配置了减压阀、压力传感器、截止阀和气体流量计等器件的气体试压装置进入发电系统的气
腔入口,在大约1min内逐渐加压至制造商规定的最大允许工作压力的(110±5)%,保持此压力
30min。记录流量计测量的气体泄漏速率。
泄漏率总和,应不会导致燃料电池系统外壳内的氢气浓度超过25%LFL。
采用流量计测量气体泄漏速率,流量计精度≤1%,所测泄漏率的值应超过使用流量计满量程的
33%。泄漏速率计算见附录A。
说明:
0---过滤器;
1---泄压阀;
2---流量计;
3---压力传感器;
4---截止阀;
A---燃料电池模块的燃料气腔出入口;
B---燃料电池模块的氧化剂气腔出入口。
图2 燃料电池发电系统燃料(氢气)和氧化剂(空气)的管路、
连接件和承受压力部件气密性检查方法示意图
6.2.2 冷却剂管路、连接件和承压部件气密性试验
将液体(水或冷却液)通过配置了减压阀、压力传感器、截止阀等器件的通路进入发电系统的冷却剂
腔,该腔出口处于密闭状态,使管路中压力达到制造商规定的最大允许工作压力的(110±5)%。
试验过程中冷却剂的所有管路连接接头和各个部件连接部位都应无液体泄漏现象。
说明:
0---过滤器;
1---减压阀;
2---压力传感器;
3---截止阀;
4---截止阀;
C---燃料电池模块的冷却剂流体腔入口。
图3 燃料电池发电系统冷却剂管路、连接件和承受压力部件气密性检查方法示意图
6.3 启动特性试验
6.3.1 冷态启动试验
6.3.1.1 试验要求
依次按照6.3.1.2所列步骤进行发电系统冷态启动试验,试验结果中,启动时间应符合制造商规定。
试验中需量测和记录的数据包括:环境温度、环境湿度、冷却液起始温度。
试验中需量测和连续记录的数据包括:发电系统输出电压、输出电流;燃料电池堆输出电压、输出
电流。
6.3.1.2 试验步骤
试验步骤包括:
a) 试验前,将发电系统在常温环境中静置12h以上;
b) 按照制造商规定的启动操作步骤启动发电系统;
c) 发电系统启动后,在怠速状态下能够持续稳定运行10min,则认为启动成功;
d) 按照制造商规定的关机步骤关闭发电系统;
e) 计算发电系统的冷态启动时间。
6.3.2 热态启动试验
6.3.2.1 试验要求
依次按照如下6.3.2.2所列步骤进行发电系统热态启动试验,试验结果中,启动时间应符合制造商
规定。
试验中需量测和记录的数据包括:环境温度、环境湿度、冷却液起始温度。
试验中需量测和连续记录的数据包括:发电系统输出电压、输出电流;燃料电池堆输出电压、输出
电流。
6.3.2.2 试验步骤
按照如下步骤进行发电系统的热态启动试验:
a) 确保当发电系统运行时,冷却液出口温度在正常工作温度范围内,按照制造商规定的关机步骤
关闭发电系统;
b) 接着按照制造商规定的启动操作步骤启动发电系统;
c) 发电系统启动后,在怠速工况下能够持续稳定运行10min,则认为启动成功;
d) 按照制造商规定的关机步骤关闭发电系统;
e) 计算发电系统的热态启动时间。
6.4 额定功率特性试验
6.4.1 试验要求
依次按照以下6.4.2所列步骤进行发电系统额定功率特性试验:试验结果中,额定功率、额定功率
持续稳定工作时间、氢气消耗量应符合制造商的规定。
试验中需量测和连续记录的数据包括:运行时间、发电系统输出电压、输出电流;燃料电池堆的输出
电压、输出电流;辅助系统的电压、电流,氢气的消耗量。
6.4.2 试验步骤
试验步骤包括:
a) 按照6.3.2.2中的规定启动发电系统,进入怠速工况;
b) 按制造商规定向发电系统发送工作指令,对发电系统进行加载,直至制造商规定的额定功率,
发电系统应能够保持该输出功率至少持续稳定运行60min;
c) 按照制造商规定的关机步骤关闭发电系统。
6.5 峰值功率特性试验
6.5.1 试验要求
依次按照以下6.5.2所列步骤进行发电系统的峰值功率特性试验:试验结果中,峰值功率、峰值功
率持续工作时间应符合制造商的规定。
试验中需量测和连续记录的数据包括:运行时间、发电系统输出电压、输出电流;燃料电池堆的输出
电压、输出电流;辅助系......
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