| 标准编号 | GB/T 43691.1-2024 (GB/T43691.1-2024) | | 中文名称 | 燃料电池模块 第1部分：安全 | | 英文名称 | Fuel cell modules - Part 1: Safety | | 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 | 38,360 | | 发布日期 | 2024-03-15 | | 实施日期 | 2024-10-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 43691.1-2024: 燃料电池模块 第1部分：安全
ICS 27.070
CCSK82
中华人民共和国国家标准
燃料电池模块 第1部分:安全
Fuelcelmodules-Part1:Safety
(IEC 62282-2-100:2020,Fuelceltechnologies-Part2-100:Fuelcelmodules-
2024-03-15发布
2024-10-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
引言 Ⅳ
1 范围 1
2 规范性引用文件 2
3 术语和定义 3
4 要求 7
4.1 通用安全策略 7
4.2 设计要求 7
5 型式试验 11
5.1 通则 11
5.2 冲击和振动试验 12
5.3 气体泄漏试验 12
5.4 正常运行试验 13
5.5 允许工作压力试验 14
5.6 冷却系统耐压试验 14
5.7 持续和短时电功率 14
5.8 过压试验 14
5.9 耐电压试验 15
5.10 绝缘试验 15
5.11 压差试验 16
5.12 气体泄漏试验(重复) 16
5.13 正常运行(重复) 16
5.14 可燃浓度试验 16
5.15 异常运行条件试验 16
6 例行试验 18
6.1 通则 18
6.2 气密性试验 18
6.3 耐电压试验 18
7 标识和说明书 18
7.1 铭牌 18
7.2 标识 19
7.3 警示标签 19
7.4 文件 19
附录A(资料性) 本文件中处理的重大危险、危险情况和事件 22
附录B(资料性) 性能及评估试验参考信息 25
B.1 用工作气体以外的试验气体评估系统泄漏率 25
B.2 允许工作压力试验“安全系数”的推导(5.5) 27
B.3 验收试验建议 28
参考文献 30
前言
本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
本文件是GB/T 43691《燃料电池模块》的第1部分。GB/T 43691已经发布了以下部分:
---第1部分:安全。
本文件修改采用IEC 62282-2-100:2020《燃料电池技术 第2-100部分:燃料电池模块 安全》。
本文件与IEC 62282-2-100:2020相比做了下述结构调整:
---增加5.10“绝缘试验”,其后编号顺延;
---删除国际标准附录C(见IEC 62282-2-100:2020附录C)。
本文件与IEC 62282-2-100:2020的技术差异及其原因如下:
---用GB/T 4208替换了IEC 60529,以便于标准使用(见4.2.1);
---用GB/T 5169(所有部分)替换了IEC 60695(所有部分),以便于标准使用(见4.2.5.1);
---增加引用了GB/T 5169.11-2017,以便于标准使用(见4.2.5.1);
---用GB/T 5226.1替换了IEC 60204-1,以便于标准使用(见4.1、4.2.8);
---用GB/T 16855.1替换了ISO 13849-1,以便于标准使用(见4.1);
---用GB/T 20438(所有部分)替换了IEC 61508(所有部分),以便于标准使用(见4.1);
---更改了管道设计要求,以便于标准使用(见4.2.7.1);
---增加了型式试验的环境条件,以便于标准使用(见5.1);
---更改了部分试验条件,以便于标准使用(见5.3.2、5.3.3、5.5、5.6、5.11);
---增加了“绝缘试验”内容,以便于标准使用(见5.10)。
本文件做了下列编辑性改动:
---为与现有标准体系协调,将标准名称改为《燃料电池模块 第1部分:安全》;
---删除了“关于某些国家特殊情况的说明清单”的资料性附录。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国电器工业协会提出。
本文件由全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会(SAC/TC342)归口。
本文件起草单位:新源动力股份有限公司、北京英博捷氢科技有限公司、北京神椽科技有限公司、机
械工业北京电工技术经济研究所、同济大学、中国质量认证中心、无锡市检验检测认证研究院、武汉理工
大学、中国科学院大连化学物理研究所、上海电气集团股份有限公司、北京长征天民高科技有限公司、清
华大学、特嗨氢能检测(保定)有限公司、上海捷氢科技股份有限公司、未势能源科技有限公司、中山市深
中标准质量研究中心、上海神力科技有限公司、潍柴动力股份有限公司、无锡威孚高科技集团股份有限
公司、海卓动力(青岛)能源科技有限公司、上海攀业氢能源科技股份有限公司、新研氢能源科技有限公
司、上海挺淳新能源科技有限公司、中国汽车工程研究院股份有限公司、上海骥翀氢能源科技有限公司、
爱德曼氢能源装备有限公司、浙江天能氢能源科技有限公司、深圳市雄韬电源科技股份有限公司、国鸿
氢能科技(嘉兴)股份有限公司、山东国创燃料电池技术创新中心有限公司。
本文件主要起草人:邢丹敏、周斌、王玉玺、马天才、孙昕、杜晓莉、张亮、王刚、陈耀、潘牧、侯明、
靳殷实、蒋北羽、杨敏、裴普成、杨彦博、段志洁、陈沛、韩硕、欧慧敏、甘全全、郗富强、张义煌、谢佳平、
董辉、齐志刚、胡磊、毛占鑫、付宇、徐黎明、曹寅亮、陈宏、赵钢、王彦波。
引 言
燃料电池模块是燃料电池发电系统的重要组成部分。为了完善燃料电池模块标准体系,规范燃料
电池模块的通用安全要求及相关性能试验方法,特制定本文件。
GB/T 43691《燃料电池模块》采用IEC 62282-2系列国际标准制定,重点考虑燃料电池模块的安
全、性能测试方法等方面。
GB/T 43691拟由以下部分构成。
---第1部分:安全。目的在于给出燃料电池模块的通用安全策略和防护、振动等方面的设计要
求,规定基本的型式试验及例行试验的方法和要求。
---第2部分:质子交换膜燃料电池额定功率及功率密度计算。目的在于给出统一的质子交换膜
燃料电池额定功率和功率密度的试验条件和计算方法。
燃料电池模块 第1部分:安全
1 范围
本文件规定了燃料电池模块结构、正常和异常条件下运行以及测试的安全相关要求。
本文件适用于具有下列电解质的燃料电池模块:
---碱性;
---聚合物电解质(包括直接甲醇燃料电池)1);
1) 又称为质子交换膜燃料电池。
---磷酸;
---熔融碳酸盐;
---固体氧化物;
---盐水溶液。
燃料电池模块含有或没有外壳,能在明显的增压或接近环境压力条件下运行。
本文件涉及对人产生危害和对燃料电池模块外部造成损害的条件,不涉及防止燃料电池模块内部
损坏的保护,只要该损坏不会导致模块外部的危险。
针对特殊应用的需要,这些要求被配置有燃料电池模块的设备的其他标准取代。
本文件不涉及道路车辆燃料电池。
本文件并不限制或抑制技术进步,如果电器材料或结构形式有异于本文件所述,根据要求目的进行
检查和试验,若实质等同,视为符合本文件。
燃料电池模块是最终产品的组成部分。对最终产品进行安全评估,以适应终端应用场景的安全
要求。
本文件仅涉及直流输出的燃料电池模块。
本文件不涉及图1所示的外围设备。
本文件不涉及燃料电池模块燃料和氧化剂的储存和输送。
图1 燃料电池发电系统部件
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;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 4208 外壳防护等级(IP代码)(GB/T 4208-2017,IEC 60529:2013,IDT)
GB/T 5169(所有部分) 电工电子产品着火危险试验[IEC 60695(所有部分)]
GB/T 5169.11-2017 电工电子产品着火危险试验 第11部分:灼热丝/热丝基本试验方法 成品
的灼热丝可燃性试验方法(GWEPT)(IEC 60695-2-11:2014,IDT)
GB/T 5226.1 机械电气安全 机械电气设备 第1部分:通用技术条件(GB/T 5226.1-2019,
IEC 60204-1:2016,IDT)
GB/T 16855.1 机械安全 控制系统安全相关部件 第1部分:设计通则(GB/T 16855.1-
2018,ISO 13849-1:2015,IDT)
GB/T 20438(所有部分) 电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全[IEC 61508(所有部分)]
注:GB/T 30597-2014 燃气燃烧器和燃烧器具用安全和控制装置通用要求(ISO 23550:2011,MOD)
IEC 60079-10-1 爆炸性环境 第 10-1 部分:区域的分类 爆 炸 气 体 环 境 (Explosive
注:GB 3836.14-2014 爆炸性环境 第14部分:场所分类 爆炸性气体环境(IEC 60079-10-1:2008,IDT)
appliances-Safety-Part1:Generalrequirements)
注:GB 4706.1-2005 家用和类似用途电器的安全 第1部分:通用要求(IEC 60335-1:2004,IDT)
注:GB/T 18290(所有部分) 无焊连接[IEC 60352(所有部分)]
IEC 60512-15(所有部分) 电子设备连接元器件 测试与测量 第15部分:连接元器件测试(机
chanical)]
IEC 60512-16(所有部分) 电子设备连接元器件 测试与测量 第16部分:接触点和接线端的机
获取]
注:GB/T 4728(所有部分) 电气简图用图形符号(IEC 60617database)
注:GB/T 14536.1-2022 电自动控制器 第1部分:通用要求(IEC 60730-1:2013,IDT)
IEC 61010-1 测量、控制和实验室用电气设备的安全要求 第1部分:一般要求(Safetyrequire-
ments)
注:GB 4793.1-2007 测量、控制和实验室用电气设备的安全要求 第1部分:通用要求(IEC 61010-1:2001,IDT)
plies-Part7:Safetyrequirements)
IEC 62061 机械安全 与安全有关的控制系统安全功能(Safetyofmachinery-Functionalsafety
注:GB 28526-2012 机械电气安全 安全相关电气、电子和可编程电子控制系统的功能安全(IEC 62061:2005,
IDT)
IEC 62282-4-101 燃料电池技术 第4-101部分:电驱动工业车辆用燃料电池发电系统 安全
trucks-Safety)
注:GB/T 41134.1-2021 电驱动工业车辆用燃料电池发电系统 第1部分:安全(IEC 62282-4-101:2014,MOD)
IEC 62368-1 音/视频、信息与通信技术设备 第1部分:安全要求(Audio/video,informationand
注:GB 4943.1-2022 音视频、信息技术和通信技术设备 第1部分:安全要求(IEC 62368-1:2018,MOD)
IEC 62477-1:2022 电力电子变流系统和设备的安全性要求 第 1 部分:总则 (Safety
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
燃料电池模块 fuelcelmodule
一个或多个燃料电池堆组成的集合体,如适用可包含适当的附加部件,该集合体用于组装到一个发
电装置或一个交通工具中。
注:一个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。此外,燃料电池模块还包括:输送额外流体(如冷却介质、惰性气
体)的装置,检测正常或异常运行条件的装置,外壳或压力容器和模块的通风系统,以及模块操作和功率调节所
需的电子元件。
[来源:IEC 60050-485:2020,485-09-03]
3.2
验收试验 acceptancetest
合同规定的试验以向客户证明产品满足它的技术指标。
[来源:GB/T 2900.83-2008,151-16-23,有修改---删除术语“接收试验”]
3.3
由制造商指定,在可承受范围内对燃料电池模块没有任何损坏或永久性损伤的阳极和阴极之间的
最大压差。
注:最大允许工作压差单位为帕(Pa)。
[来源:IEC 60050-485:2020,485-17-02,有修改---“燃料电池”修改为“燃料电池模块”]
3.4
由制造商指定,在可承受范围内对燃料电池模块没有任何损坏或永久性损伤的最大表压。
注:对于装有减压装置的燃料电池模块,通常用来确定设备的压力设定值。
3.5
环境温度 ambienttemperature
处于仪器、设备或安装设施周围可能影响其性能的介质温度。
3.6
活化 conditioning
能保证燃料电池模块(3.1)正常运行的(和电池/电池堆有关)预备步骤,按照制造商规定的规程来
实现预期的性能。
注:根据电池技术,活化可能包括可逆和/或不可逆过程。
[来源:IEC 60050-485:2020,485-11-08,有修改---“燃料电池”修改为“燃料电池模块”]
3.7
燃料电池 fuelcel
将一种燃料和一种氧化剂的化学能直接转化为电能(直流电)、热和反应产物的电化学装置。
注:燃料和氧化剂通常存储在燃料电池的外部,当它们被消耗时输入到燃料电池中。
[来源:IEC 60050-485:2020,485-08-01]
3.8
燃料电池堆 fuelcelstack
由单电池、分隔板、冷却板、歧管和支承结构组成的设备,通过电化学反应(通常)把富氢气体和空气
反应物转换成直流电、热和其他反应产物。
[来源:IEC 60050-485:2020,485-06-01]
3.9
额定电流 ratedcurrent
制造商规定的最大连续电流,燃料电池模块设计在该电流下运行。
[来源:IEC 60050-485:2020,485-12-02,有修改---“发电系统”修改为“模块”,删除注释]
3.10
串漏 crossover
交叉泄漏 crossleakage
燃料电池的燃料端和氧化剂端之间任一方向的泄漏,一般是穿过电解质。
[来源:IEC 60050-485:2020,485-06-25]
3.11
气体泄漏量 gasleakage
除有意排出的废气之外,离开燃料电池模块的气体的总和。
注:气体泄漏可能产生于:
---燃料电池堆;
---相关压力释放装置;
---其他气体管路和流体控制部件。
[来源:IEC 60050-485:2020,485-06-24,有修改---增加注释]
3.12
危险 hazard
可能导致伤害的潜在根源。
[来源:ISO/IEC 指南51:2014,3.2]
3.13
伤害 harm
对人体健康的损害或损伤,对财产或环境的损害。
[来源:ISO/IEC 指南51:2014,3.1]
3.14
危险区域 hazardousarea
爆炸性气体存在或可能存在的区域,且爆炸性气体能达到一定量以至于在该区域进行电气设备的
施工、安装和使用时要有特别的预防措施。
注:IEC 60079-10-1规定了含有爆炸性气体环境的危险区域的划分(见IEC 60050-426中的426-03-03、426-03-04和
426-03-05)。
[来源:IEC 60050-426:2008,426-03-01,有修改---删除注2]
3.15
标准测试样棒在负载下产生指定形变时的温度。
注:用以确定短时间耐热性。
3.16
燃料-空气混合物能被火源点燃的最低浓度。
注:若火源可引发燃烧则该燃料-空气混合物易燃,其主要因素是燃料-空气混合物的比例或构成。混合物浓度低于
低可燃极限(LFL)或高于高可燃极限(UFL)的临界比例不会引发燃烧。
3.17
由部件或系统制造商规定的最大表压,系统或部件被设计成在该压力下能连续运行。
注1:最大运行压力单位为帕(Pa)。
注2:最大运行压力包括所有正常运行、稳态和瞬变状态。
[来源:IEC 60050-485:2020,485-17-04,有修改---增加注2]
3.18
通风 ventilation
由于风力、温度梯度或人工方式(如风机或排气扇)作用造成的空气流通,实现新鲜空气与原来空气
置换的过程。
[来源:IEC 60050-426:2008,426-03-14]
3.19
开路电压 open-circuitvoltage;OCV
空载电压 no-loadvoltage
燃料电池有燃料和氧化剂但没有外部电流流动时电池堆的端电压。
注:开路电压单位为伏(V)。
[来源:IEC 60050-485:2020,485-13-02]
3.20
例行试验 routinetest
对制造中或完工后的每一个产品所进行的合格试验。
注:不要与以下两项混淆:
---“合格试验”[GB/T 2900.83-2008,151-16-15]:为合格评价所做的试验;
---“合格评价”[GB/T 2900.83-2008,151-16-14]:对产品、过程或服务达到规定要求的程度所进行的系统的
检查。
[来源:GB/T 2900.83-2008,151-16-17,有修改---增加注释]
3.21
防护 safeguarding
根据工艺参数而采取的控制系统的措施,以避免可能对人员有伤害或对燃料电池及周围环境造成
损害的状况出现。
[来源:IEC 60050-485:2020,485-09-15]
3.22
正常和单次故障情况时,不超过4.2.8中有关应用标准所规定值的电压。
3.23
间隔15min读取一次温度,由温度变化不超过3K(5℉)或绝对工作温度的1%的相对高者确定
的恒定温度条件。
3.24
型式试验 typetest
对一个或多个具有代表性的产品进行的合格与否的试验。
注:不要与以下两项混淆:
---“合格试验”[GB/T 2900.83-2008,151-16-15]:为合格评价所做的试验;
---“合格评价”[GB/T 2900.83-2008,151-16-14]:对产品、过程或服务达到规定要求的程度所进行的系统的
检查。
[来源:GB/T 2900.83-2008,151-16-16,有修改---增加注释]
3.25
正常运行 normaloperation
燃料电池模块在制造商规定的正常条件下运行,其环境条件、预期气体、电网等要求处于规定的允
许范围内。
3.26
自燃温度 auto-ignitiontemperature
在规定的试验条件下,使可燃性气体(或蒸气)与空气(或空气-惰性气体)混合物点燃的(热表面)最
低温度。
[来源:ISO/IEC 80079-20-1:2017,3.3,有修改---增加“热”]
3.27
由入口液体静压驱动的压力安全阀,开启度与超压成正比。
3.28
安全阀 safetyvalve
由入口静压驱动的泄压阀,具有快速开启或泄压作用。
注1:ANSI/CSANGV2-2000[21]中以下条款:
---“压力释放装置(PRDs)的有效性应按照18.9(燃烧试验)进行验证”;
---燃烧试验的目的是验证在某些特定的火灾条件下,装有设计中规定的压力释放装置的成品容器,其压力
释放装置能防止容器破裂。
注2:CGA12.6-M94[22]使用较大的安全系数。这些部件在4倍设计压力下测试1min。
本文件没有对PRD(s)进行性能测试。
注3:因燃料电池模块不是最终产品,其PRD的有效性无法测试。目前在模块阶段,燃料储罐的大小和压力以及燃
气阀组可能是未知的,无法预知模块在异常状态下的压力承受情况。因此,在模块级别上进行性能测试并不
具有代表性,并且使用较高的安全系数可能会在设计上受到限制。
注4:模块制造商向最终用户至少提供以下信息:
a) 使用的PRD/PRV类型;
b) PRD/PRV开启压力的设定;
c) 泄压能力;
d) 终端用户宜研究模块PRD/PRV在最终产品中的有效性。
3.29
电池堆接线端 stackterminal
母线 busbar
从燃料电池堆向外供应电力的输出端。
[来源:IEC 60050-485:2020,485-06-08]
4 要求
4.1 通用安全策略
制造商应进行下列书面的风险分析。
a) 识别燃料电池发电系统寿命期限内所有合理的可预见危险、危险情况和危险事件(典型危险的
清单见附录A)。
b) 结合危险发生的可能性和预期严重性对各种危险的风险进行评估。
c) 在实际可能的范围内,将评估风险的两个因素(可能性和严重性)消除或减少到可接受的风险
级别,通过:
1) ......
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