搜索结果: GB/T 31035-2014, GB/T31035-2014, GBT 31035-2014, GBT31035-2014
| 标准编号 | GB/T 31035-2014 (GB/T31035-2014) | | 中文名称 | 质子交换膜燃料电池电堆低温特性试验方法 | | 英文名称 | Test methods for proton exchange membrane fuel cell stack at subzero environment | | 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 | 20,272 | | 发布日期 | 12/5/2014 | | 实施日期 | 7/1/2015 | | 引用标准 | GB/T 28816; GB/T 20042.2-2008 | | 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 | 本标准规定了低温(O℃以下)条件下, 质子交换膜燃料电池电堆的通用安全要求、试验条件、试验仪器精度、低温试验前的例行试验及低温试验方法和试验报告。本标准适用于质子交换膜燃料电池电堆低温(0℃以下)条件下的存储、启动、工作性能的试验。 | GB/T 31035-2014
Test methods for proton exchange membrane fuel cell stack at subzero environment
ICS 27.070
K82
中华人民共和国国家标准
质子交换膜燃料电池电堆
低温特性试验方法
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 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 通用安全要求 2
5 试验条件 2
6 试验平台 2
7 低温试验前的例行试验 4
8 低温试验 5
9 试验报告 9
附录A(资料性附录) 启动程序 11
附录B(资料性附录) 低温存储用关机程序 12
附录C(资料性附录) 试验报告 13
前言
本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本标准由中国电器工业协会提出。
本标准由全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会(SAC/TC342)归口。
本标准起草单位:中国科学院大连化学物理研究所、机械工业北京电工技术经济研究所、上海神力
科技有限公司、同济大学、新源动力股份有限公司、清华大学、武汉理工大学、宁波拜特测控技术有限
公司。
本标准起草人:俞红梅、卢琛钰、衣宝廉、张若谷、侯永平、侯中军、裴普成、詹志刚、燕希强、陈晨、
黄平。
质子交换膜燃料电池电堆
低温特性试验方法
1 范围
本标准规定了低温(0℃以下)条件下,质子交换膜燃料电池电堆的通用安全要求、试验条件、试验
仪器精度、低温试验前的例行试验及低温试验方法和试验报告。
本标准适用于质子交换膜燃料电池电堆低温(0℃以下)条件下的存储、启动、工作性能的试验。
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/T 28816 燃料电池 术语
GB/T 20042.2-2008 质子交换膜燃料电池 电池堆通用技术条件
3 术语和定义
GB/T 28816界定的及下列术语适用于本文件。
3.1
环境试验箱 climatechamber
温度、湿度可按实验要求稳定控制,内部可放置被测燃料电池电堆的设备。
3.2
冷却剂 coolant
在设定的零度以下低温环境中不发生相变,对燃料电池电堆材料没有物理与化学的影响,在燃料电
池电堆工作时,通入燃料电池电堆冷却腔将燃料电池电堆的热量交换到外围环境的循环介质。
3.3
在燃料电池电堆低温启动时所消耗的电能,单位为焦[耳](J)。计算公式为:
Eele=∫
t=tstart
t=0
UIdt
式中:
U ---外加电压,单位为伏(V);
I ---外加电流,单位为安(A);
t ---时间,单位为秒(s);
tstart ---燃料电池电堆从静置状态启动达到额定工作点时的启动时间,单位为秒(s)。
3.4
在燃料电池电堆低温启动时所消耗的热能,单位为焦[耳](J)。计算公式为:
Eheat=∫
t=tstart
t=0
Qindt
式中,
Qin---输入的热流量,单位为焦[耳]每秒(J/s);
t ---时间,单位为秒(s)。
4 通用安全要求
质子交换膜燃料电池电堆的通用安全要求应符合GB/T 20042.2-2008中4.2的规定。
进行燃料电池电堆试验的人员应进行操作培训,有操作燃料电池电堆试验系统的经验,并应熟知燃
料电池电堆试验过程中涉及的安全操作规程(包括电器设备操作、化学反应、压缩气体)。安全操作燃料
电池电堆试验平台需要适当的技术培训和经验,以及安全设施和设备,上述内容不在本标准规定的范
围内。
5 试验条件
进行试验时,试验条件应符合如下规定:
---环境温度:室温25℃,低温环境温度0℃、-5℃、-10℃、-20℃、-30℃、-40℃。具体的
试验中,试验各方根据试验目的协商确定试验采用的环境温度,环境温度控制误差在±1℃范
围内;
---试验环境气压:86kPa~106kPa。
试验前准备工作:
燃料电池电堆泄漏检查,依据GB/T 20042.2-2008中5.2的规定,对燃料电池电堆进行气体泄漏
试验,燃料电池电堆的外部和内部泄漏不应超过制造商规定的最大泄漏量,燃料电池电堆内隔膜两侧的
压差不应该超过制造商规定的最大压差。
6 试验平台
6.1 试验设备及要求
燃料电池电堆试验所需的低温环境试验箱与燃料电池电堆试验平台至少应满足以下要求:
---低温环境试验箱
低温环境试验箱应能满足试验要求的低温环境条件、箱内的温度均匀性及温度控制精度(设定温度
±2℃)。供气、冷却剂以及电路的接口均置于环境试验箱内,以保证燃料电池电堆的空气与燃料入口
气体温度为设定的环境温度。箱内应设置氢气报警器、排风口,以保证试验过程的安全性。
---燃料电池电堆试验平台,燃料电池电堆试验平台应具备以下功能:
● 反应气体流量的调节:测量燃料电池电堆在所要求的化学计量比下的燃料和氧化剂气体
的流率。
● 反应气体增湿的控制:在气体输送给燃料电池电堆前增湿反应气体达到所需的露点。
注:可加热增湿器与电池之间的气体传输管线,至少在露点温度以上5℃ ~10℃,以使得冷凝最小。为降低热量
损失,应将该段管线作隔热处理。
● 反应气体压强的控制:调节燃料电池电堆反应气体进气压强。
● 负载控制:加载燃料电池电堆达到规定的电流。负载控制应既能以恒电流模式,又能以恒
压模式、恒功率运行。
● 燃料电池电堆温度的监测:根据供货商提供的要求监测燃料电池电堆的温度(建议提供燃
料电池电堆中心位置与边缘位置的温度监测值,即电堆内部最高温度与最低温度点)。
● 燃料电池电堆的电流、电压、功率监控和数据采集仪器:在试验过程中实时测量和记录燃
料电池电堆电流、电压、功率。
● 外加功耗的控制:根据供货商的要求提供燃料电池电堆运行所需的外加功耗,包括辅助
电/热能功耗、气体、冷却剂用量。
● 试验台控制:试验台应能够控制并实时记录试验参数。
● 安全系统:安全系统应该能够在监测到电池堆报警情况下自动停止试验。建议阳极和阴
极管路具备惰性气体吹扫能力。也建议对高/低单电池电压、压强和温度以及气体泄漏有
实时联动保护功能,同时应配备合适的通风设备。
6.2 试验仪器及精度
用于试验的仪器及精度要求如下:
a) 测量环境条件的仪器:气压计、湿度计和温度传感器;
b) 测量燃料条件的仪器:燃料流量计、压力传感器、温度传感器、湿度传感器;
c) 测量氧化剂条件的仪器:氧化剂流量计、压力传感器、温度传感器、湿度传感器;
d) 测量电能输出、输入的仪器:功率表、电压表、电流表、其他附件;
e) 测量启动时间的仪器:电子计时器。
表1为试验中使用仪器测量值的计量单位及试验仪器的精度要求。
表1 测量仪器及精度
测量仪器 计量单位 精度
气压计 MPa ±1%
湿度计/湿度传感器 % ±5%RH
温度传感器 ℃ ±1℃
压力传感器 MPa ±1%
质量流量计 g/s ±1%
电压表 V ±1%
电流表 A ±1%
试验设备及仪器应符合相关国家标准的规定。
6.3 试验项目
在规定的低温环境条件下,主要在以下两个方面对质子交换膜燃料电池电堆进行评估:
a) 安全方面:低温环境对燃料电池电堆存储、运行安全性能的影响;
b) 性能方面:燃料电池电堆的启动、关机、运行的试验。
在规定低温环境条件下质子交换膜燃料电池电堆的试验项目及分类如表2所示。
表2 试验项目及试验分类
项目 试 验
安全方面
1 燃料电池电堆气体泄漏试验
性能试验
1 启动特性试验
2 关机特性试验
3 发电性能试验
7 低温试验前的例行试验
7.1 概述
由燃料电池电堆制造商提供完整的试验用燃料电池电堆,以及燃料电池电堆运行所要求的燃料、氧
化剂、冷却剂、辅助电输入、辅助热输入等相关技术参数。
试验开始前应由燃料电池电堆或部件制造商规定以下的标准试验条件。如果没有规定,将根据实
施的试验确定条件,并应记录这些试验条件。
---试验环境条件:
● 试验所在的环境箱温度;
● 大气压力。
---燃料电池电堆本身特性:
● 燃料电池电堆温度(推荐使用电池堆内部的温度,并提供燃料电池电堆端板处温度);
● 燃料电池电堆排气温度(代表值:紧靠燃料电池电堆的上下游,按照温度、湿度、压强的顺
序取值);
● 燃料进气与排气流量;
● 氧化剂进气与排气流量;
● 燃料运行压强(代表值:紧靠燃料电池电堆的上游取值);
● 氧化剂运行压强(代表值:紧靠燃料电池电堆的上游取值);
● 燃料电池工作温度下的燃料湿度(代表值:紧靠燃料电池电堆的上、下游取值);
● 燃料电池工作温度下的氧化剂湿度(代表值:紧靠燃料电池电堆的上、下游取值);
● 燃料电池关机时的燃料湿度(代表值:紧靠燃料电池电堆的下游取值);
● 燃料电池关机时的氧化剂湿度(代表值:紧靠燃料电池电堆的下游取值);
● 燃料组成;
● 氧化剂组成;
● 燃料化学计量比;
● 氧化剂化学计量比;
● 工作电流密度;
● 工作电压;
● 最大电流密度;
● 最小电池电压。
在标准室温环境下,应按照以下顺序进行燃料电池电堆的气密性试验、运行试验、允许工作压力试
验、冷却系统压力试验、窜气试验、压力差试验、启动试验、关机试验、发电性能试验。
7.2 气密性试验
按照GB/T 20042.2-2008中5.2的规定进行燃料电池电堆的气体泄漏试验。
7.3 运行试验
按照GB/T 20042.2-2008中的5.3的规定进行燃料电池电堆的正常运行试验。
7.4 允许工作压力试验
按照GB/T 20042.2-2008中5.4的规定进行燃料电池电堆的允许工作压力试验。
7.5 冷却系统压力试验
按照GB/T 20042.2-2008中5.5的规定进行燃料电池电堆的冷却系统压力试验。
7.6 窜气试验
按照GB/T 20042.2-2008中5.6的规定进行燃料电池电堆的燃料腔、氧化剂腔、冷却剂腔的窜气
试验。
7.7 压力差试验
按照GB/T 20042.2-2008中5.10的规定进行燃料电池电堆的压力差试验。
7.8 启动试验
根据燃料电池电堆制造商规定的启动程序进行燃料电池电堆启动试验,分别记录燃料电池电堆冷
启动到怠速状态、额定功率输出所需的时间、燃料输入与输出流量、氧化剂(空气)输入与输出流量、辅助
电能输入、辅助热能输入、吹扫时间及能耗。
7.9 发电性能试验
根据燃料电池电堆制造商规定,燃料电池电堆稳定运行在怠速状态和额定功率输出状态,分别记录
燃料电池电堆在规定运行时间段内的燃料输入、氧化剂(空气)输入、辅助电能输入、辅助热能输入,以及
电能输出和热能输出。
7.10 关机试验
根据燃料电池电堆制造商规定的关机程序进行燃料电池电堆关机试验,分别记录燃料电池电堆从
额定功率输出、怠速状态、过载输出功率到关机所需时间、燃料输入与输出流量、氧化剂(空气)输入与输
出流量、辅助电能输入、辅助热能输入、吹扫时间及能耗。
7.11 结论
通过7.2~7.10可得出燃料电池电堆的气体泄漏率、启动时间及能耗、关机时间及能耗、吹扫时间
及能耗、外部能量消耗量等燃料电池电堆的性能参数。
8 低温试验
8.1 试验时燃料电池电堆的状态
对于燃料电池电堆低温存储、低温启动试验项目,应根据试验目的在燃料电池电堆处于不同的状态
下进行,按照表3记录燃料电池电堆状态。
表3 试验项目和燃料电池电堆状态
项目 试验 试验值 备注
低温储存安全特性
燃料电池电堆气体泄漏量
燃料电池电堆窜气量
低温启动特性
功率输出为0~怠速状态的时间
怠速状态~额定功率输出的时间
额定功率输出~峰值功率输出的时间
注:每一个试验项目的过程都应测量并记录如下环境条件:
---试验所在的环境试验箱温度;
---大气压力。
8.2 试验项目的最大容许偏差
试验期间的涉及到的参数的最大允许偏差见表4。
表4 试验项目最大容许偏差
参数 试验项目容许偏差
试验地点大气压力 ±1%
电功率输出/kW ±1%
气态燃料输入压力 ±1%
燃料输入温度 ±2℃
燃料输出温度 ±2℃
燃料输入流量 ±1%
燃料输出流量 ±1%
燃料热值(单位体积) ±1%
氧化剂(空气)输入绝对压力 ±1%
氧化剂(空气)输入温度 ±2℃
氧化剂(空气)输出温度 ±2℃
氧化剂(空气)输入流量 ±1%
氧化剂(空气)输出流量 ±1%
排气绝对压力 ±1%
注:表4不适用于燃料电池电堆的启动和关机试验。
8.3 试验数据采集
燃料电池燃料电池电堆气体泄漏、启动特性、关机特性和发电性能试验所需采集的数据如下:
---燃料电池电堆泄漏试验项目:通过燃料电池电堆气密性试验、允许工作压力试验、冷却系统压
力试验、窜气试验、压力差试验,测量燃料电池电堆的气体泄漏量和泄漏速率。
---启动特性试验项目与热平衡试验项目:应同时测量启动时间、燃料输入、氧化剂(空气)输入、外
部辅助电输入、辅助热能输入、吹扫气体输入、燃料输出温度与流量、氧化剂(空气)输出与
流量。
---关机特性试验项目:应同时测量关机时间、燃料输入、氧化剂(空气)输入、外部辅助电输入、辅
助热能输入、吹扫气体输入。
---发电性能试验项目:应同时测量燃料输入、氧化剂(空气)输入、外部辅助电输入、辅助热能输
入、电输出和热输出。
应根据被测燃料电池电堆的类型确定适当的试验持续时间,数据采集频次应大于或等于1次/min。
8.4 低温试验过程
8.4.1 概述
根据试验要求,进行燃料电池电堆在低温环境(如0℃、-5℃、-10℃、-20℃、-30℃、-40℃)
下的存储以及启动试验,具体环境温度根据试验要求而定。试验过程中燃料电池电堆按照制造商的要
求或者附录A给出的启动程序自动运行。
本标准只描述了试验方法,未设定性能指标。
8.4.2 低温存储试验
8.4.2.1 试验步骤
应按以下步骤进行燃料电池电堆的低温存储试验:
a) 燃料电池电堆正常稳定运行条件下且燃料电池电堆内部温度达到正常工作温度,按照制造商
规定的低温存储前的关机程序或附录B给出的关机程序进行燃料电池电堆关机,记录关机所
用的时间与消耗的能量与物质的量;
b) 将燃料电池电堆置于低温存储试验箱中,按试验要求设置试验箱温度,静置12h以上;
c) 将燃料电池电堆试验环境温度升至室温,静置12h以上;
d) 按照制造商规定的燃料电池电堆低温存储后的启动程序,或者按照附录A给出的启动程序进
行燃料电池电堆的启动;
e) 重复a)、b)、c)过程,达到连续成功启动2次;
f) 在室温下,按照7.2~7.10进行燃料电池电堆的气密性试验、运行试验、允许工作压力试验、冷
却系统压力试验、窜气试验、压力差试验、启动试验、关机试验、发电性能试验。
8.4.2.2 试验数据处理
按照如下要求对试验数据进行处理:
a) 燃料电池电堆在进行8.4.2.1e)试验时,按照7.2~7.10试验的要求采集试验数据,并进行
计算;
b) 试验数据按7.11中的规定进行汇总;
c) 将低温存储试验后的燃料电池电堆性能参数与低温存储试验前标准温度环境下燃料电池电堆
的性能参数进行比较;
d) 从上述比较中得出燃料电池电堆在低温存储前后的气体泄漏、启动时间及能耗、关机时间及能
耗、吹扫时间及能耗、外部能量消耗量等燃料电池电堆性能参数的变化。进而得出该燃料电池
电堆的低温存储特性。
8.4.3 低温启动试验
8.4.3.1 试验步骤
应按照以下步骤进行燃料电池电堆低温启动试验:
a) 燃料电池电堆正常稳定运行情况下,按照制造商规定或者附录B的关机程序,对低温存储前
的燃料电池电堆进行关机;
b) 将燃料电池电堆置于低温存储试验箱中,按试验要求设置试验箱温度,静置12h以上;
c) 将燃料电池电堆在低温试验环境中,按照制造商规定的低温启动程序或附录A的程序启动,
记录达到额定功率输出的时间、气体消耗及相关的电流、电压;
d) 将燃料电池电堆在额定功率输出稳定运行10min(功率加载误差≤2%);
e) 重复a)、b)、c)、d),达到连续成功启动2次;
f) 在室温下,按照7.2~7.10进行燃料电池电堆的气密性试验、运行试验、允许工作压力试验、冷
却系统压力试验、窜气试验、压力差试验、启动试验、关机试验、发电性能试验;
g) 按照燃料电池电堆制造商提供的程序关机并保存燃料电池电堆。
8.4.3.2 试验数据处理
按照如下要求对试验数据进行处理:
a) 燃料电池电堆在进行8.4.3.1f)试验时,按照7.2~7.10试验的要求采集试验数据,并计算;
b) 试验数据按7.11的规定进行汇总;
c) 将低温启动试验后的燃料电池电堆性能参数与低温启动试验前标准温度环境燃料电池电堆的
性能参数进行比较;
d) 从上述比较中得出燃料电池电堆在低温启动前后的流体泄漏、启动时间及能耗与燃料与氧化
剂的消耗量、关机时间及能耗、吹扫时间及能耗、外部能量与物质消耗量等燃料电池电堆性能
参数的变化,进而得出该燃料电池电堆的低温启动特性。
表5给出了燃料电池电堆低温启动能耗、气体消耗及热平衡数据。表6给出了燃料电池电堆低温
存储前后性能参数及差别。
表5 燃料电池电堆低温启动的能耗与气体消耗及热平衡数据
项目 参数 试验值 备注
低温启动时间 时间
低温启动能耗
燃料电池电堆外加电能
燃料电池电堆外加热能
低温启动气体消耗
燃料气流量
氧化剂流量
输入燃料气与输出燃料气温差
输入氧化剂与输出氧化剂温差
表6 低温存储和启动前后燃料电池电堆数据比较
项目 试验 低温存储启动前数据 低温存储启动后数据 差别/%
安全特性
1 燃料电池电堆气体泄漏
2 燃料电池电堆气体内窜
运行特性
1 额定输出功率
2 峰值输出功率
9 试验报告
9.1 概述
试验报告应提供足够多的准确、清晰和客观的试验数据以用来进行分析和参考。报告包括三种形
式:摘要、详细和完整。每种形式的报告都应包含相应的标题页和目录。根据本标准进行的试验,摘要
报告将提供给有关各方。
9.2 标题页
标题页应介绍下列信息:
a) 报告编号(可选);
b) 报告形式(摘要、详细和完整);
c) 报告作者;
d) 试验执行单位;
e) 报告日期;
f) 试验地址;
g) 试验名称;
h) 试验日期和时间;
i) 发电系统标识和制造商名称。
9.3 目录
每种形式的报告都应提供相应目录。
9.4 摘要报告
摘要报告应包括下列信息:
a) 试验目的;
b) 试验、仪器和设备的描述;
c) 试验项目的顺序和日期,以及所有的试验结果;
d) 相应结论。
9.5 详细报告
详细报告应在摘要报告内容外增加下列信息:
a) 燃料电池电堆的类型、规格、运行配置和说明试验边界的流程图;
b) 仪器和设备的安排、布置和运行条件的描述;
c) 仪器设备校准情况;
d) 计算方法;
e) 显示试验结果的表格和图形;
f) 试验及其结果的讨论(如,评论和记录)。
9.6 完整报告
完整报告应在详细报告内容外增加原始数据表复印件。原始数据表应在测量数据中增加下列
信息:
a) 试验进行日期和时间;
b) 用于试验的设备的型号和测量精度;
......
|