GB/T 38914-2020.Evaluation method for lifetime of proton exchange membrane fule cell stack in vehicle application.
1范围
GB/T 38914规定了车用质子交换膜燃料电池堆的使用寿命测试和计算方法。
GB/T 38914适用于道路车辆和非道路车辆用质子交换膜燃料电池堆的寿命测试和评价。
注:本标准暂不考虑实验室与道路环境空气质量差异的影响。
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 20042.1质子交换 膜燃料电池第1部分:术语
GB/T 23645-2009乘用车用燃料电池发电系统测试方法
GB/T 28183-2011客车用燃料电池发电系统测试方法
GB/T 29838-2013燃料电池模块
GB/T 36288-2018燃料电 池电动汽车燃料电 池堆安全要求
GB/T 37244-2018质 子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气
3术语和定义
GB/T 20042.1、GB/T 23645-2009 、GB/T 28183-2011、GB/T 29838-2013 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
怠速电流 idling current
被测燃料电池堆对应车载燃料电池系统在怠速工况下燃料电池堆的输出电流,此电流下燃料电池堆能够维持燃料电池系统自身工作一定时间,但对外不输出功率。
3.2
额定电流 rated current
被测燃料电池堆对应车载燃料电池系统在额定工况下燃料电池堆的输出电流,此电流下燃料电池堆能够维持运行一定时间。
3.3
基准电流工况 reference current condition
在燃料电池寿命测评中以某特定电流为基准的工况。
3.4
工况循环 operation mode cycle
被测燃料电池堆对应车载燃料电池系统从启动到停机连续运行中燃料电池堆的工况变化历程。

ICS27.070
中华人民共和国国家标准
GB/T38914—2020
车用质子交换膜燃料电池堆使用寿命测试评价方法
Evaluation method forlifetime of proton exchange membrane fule cellstackinvehicleapplication
2020-06-02发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2020-12-01实施
规范性引用文件
术语和定义
测试设备及条件
测试对象
测试平台及测试对象安装
测试环境与基本要求
特别规定
使用寿命测试方法
活化、测试及稳定性考核
分工况测试
寿命测试结束时的发电性能测试循环工况谱的确定
性能衰减率和燃料电池使用寿命计算测评报告
宏考文献
GB/T38914—2020
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草GB/T38914—2020
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这些专利的责任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：清华大学、中国科学院大连物理化学研究所、武汉理工大学、新研氢能科技有限公司、广东国鸿氢能科技有限公司、新源动力股份有限公司、南京大学、机械工业北京电工技术经济研究所、北京上电科赛睿科技有限公司、中国质量认证中心、上海神力科技有限公司、上海市质量监督检验技术研究院、航天新长征电动汽车技术有限公司、广东合即得能源科技有限公司、北京氢璞创能科技有限公司、上海重塑能源科技有限公司、上海攀业氢能源科技有限公司、上海恒劲动力科技有限公司、东莞众创新能源科技有限公司、苏州弗尔赛能源科技股份有限公司、南京东焱氢能源科技有限公司、中国船舶重工集团公司第七一二研究所、福建亚南电机有限公司、无锡市产品质量监督检验院、上海机动车检测认证技术研究中心有限公司、丰田汽车（中国）投资有限公司、北京亿华通科技股份有限公司、上海博暄能源科技有限公司、浙江高成绿能科技有限公司、山东东岳未来氢能材料有限公司。本标准主要起草人：裴普成、衣宝廉、潘牧、齐志刚、燕希强、邢丹敏、刘建国、张亮、卢琛钰、王刚、周斌、李松丽、侯明、俞红梅、王诚、靳殷实、黄平、朱俊娥、胡哲、董辉、胡磊、徐伟强、徐加忠、顾军、叶东浩、林玉祥、陈耀、裴冯来、张倩、刘然、田丙伦、侯向理、邹业成。m
1范围
车用质子交换膜燃料电池堆使用寿命测试评价方法
本标准规定了车用质子交换膜燃料电池堆的使用寿命测试和计算方法。GB/T38914—2020
本标准适用于道路车辆和非道路车辆用质子交换膜燃料电池堆的寿命测试和评价。注：本标准暂不考虑实验室与道路环境空气质量差异的影响，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/T20042.1质子交换膜燃料电池第1部分：术语GB/T23645—2009乘用车用燃料电池发电系统测试方法GB/T28183—2011客车用燃料电池发电系统测试方法GB/T29838—2013燃料电池模块
GB/T36288—2018
燃料电池电动汽车燃料电池堆安全要求GB/T37244—2018
3质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气3术语和定义
GB/T20042.1、GB/T23645—2009、GB/T28183—2011、GB/T29838—2013界定的以及下列术语和定义适用于本文件，
急速电流idlingcurrent
被测燃料电池堆对应车载燃料电池系统在急速工况下燃料电池堆的输出电流，此电流下燃料电池堆能够维持燃料电池系统自身工作一定时间，但对外不输出功率。3.2
额定电流
ratedcurrent
被测燃料电池堆对应车载燃料电池系统在额定工况下燃料电池堆的输出电流，此电流下燃料电池堆能够维持运行一定时间。
基准电流工况
referencecurrentcondition
在燃料电池寿命测评中以某特定电流为基准的工况3.4
工况循环operationmodecycle
被测燃料电池堆对应车载燃料电池系统从启动到停机连续运行中燃料电池堆的工况变化历程。GB/T38914—2020
车用燃料电池堆使用寿命lifetimeoffuelcellstackinvehicleapplication燃料电池堆在车用工况循环下从开始使用至伏安特性衰减到规定的最低程度时的累计使用时间。4测试设备及条件
测试对象
测试对象一般为单一燃料电池堆或多个燃料电池堆的组合体。所测的电池堆，内部膜电极及双极板的结构尺寸和材料与实际应用的燃料电池堆相同。对于燃料电池系统中多电池堆组合的情况，可取其中一个电池堆为测试对象，也可取部分或全部电池堆组合体为测试对象。测试对象需要从系统中取出后安装于测试平台进行测试在测试平台上安装测试对象前，检查确认测试对象无外观损伤，并确认燃料电池堆符合GB/T36288—2018的基本安全要求。2测试平台及测试对象安装
主要测量器件及测量精度见表1。表1主要测量器件及精度
测量器件
湿度测量装置Www.bzxZ.net
温度测量装置
压力测量装置
燃料质量流量测量装置
空气质量流蛋测量装置
电压测量装置
电流测量装置
相对湿度不低于±3.0%
不低于±1.0℃
不低于±1.0kPa
不低于±1.0%FS(满量程
不低于±1.0%FS
不低于±0.5%FS
不低于±0.5%FS
燃料电池堆测试平台如图1所示。测试设备应能按照测试程序自动调控，并记录测量参数；应具备多通道电压采集功能，能够显示和记录燃料电池堆每节燃料电池的电压；供气流量和湿度变化速度不低于测试所用工况谱中的变载速度。可使用任何一方提供的测试平台，但应满足本标准要求要求进气温度、湿度、压力传感器布置在电池堆进气口上游100mm之内，电池堆温度传感器布置在冷却液出口下游100mm之内或电池堆内部，进气流量计布置于气体增湿之前的管路。如果燃料电池堆或模块外壳的特殊设计造成传感器布置位置无法达到前述位置（100mm范围之内），则可由测试方与委托方协商解决。
流量和压
力控制
流量和压
力控制
总体控制
显示器
负截系统
增湿和温
度控制
增湿和温
度控制
电压监测
燃料电池堆
（被测）
图1燃料电池堆测试平台示意图
热管理
GB/T38914—2020
>(含水)）
（含水）
完成测试设备与燃料电池堆或模块连接后，确认燃料电池堆各接口处不泄漏，并用手持式或其他类型的氢气检测仪检查燃料电池堆的氢气密封性。4.3测试环境与基本要求
规定测试环境条件为：海拔不超过1000m，环境温度为5℃～40℃，实验室与室外应保持通风。基本要求：所用氢气纯度应不低于99.97%，符合GB/T37244一2018的规定。4.4特别规定
燃料电池堆的测试评价应依据以下规定执行：燃料电池堆额定电流：由委托方指定，或对应燃料电池平均每节电压0.65V时的电流；燃料电池堆怠速电流：由委托方指定，或对应燃料电池平均每节电压0.85V时的电流；燃料电池堆基准电流：在完成初步活化后对应燃料电池平均每节电压0.70V时的电流；车用燃料电池堆使用寿命的评价准则：从开始伏安曲线至最终伏安曲线，在基准电流下燃料电池平均每节电压衰减10%。
5使用寿命测试方法
5.1总则
要求依次完成下面的各项测试，不得调整测试顺序。除特别规定的情况外，加载和减载过程一般按委托方要求的控制方法完成操作。当发生意外停机时，要及时降低燃料电池堆电压至各节0.3V以下。下列情况可判定为电堆损坏或寿命终结，可结束寿命测试：燃料电池堆不能稳定运行；
额定电流工况下某节燃料电池电压低于0.3V(水淹情况除外)；试验过程中燃料电池堆空气侧排气中氢气的体积浓度高于0.5%。5.2活化、测试及稳定性考核
5.2.1燃料电池堆活化
按照委托方规定的方法对燃料电池堆进行活化3
GB/T38914—2020
5.2.2燃料电池堆性能测试与电流参数的确定完成活化后，测试燃料电池堆发电性能。测试中燃料电池堆进气温度、进气湿度、进气压力、供气化学计量比、冷却液温度及冷却液压力等参数由委托方指定。发电性能测试方法：在急速至平均每节燃料电池电压0.60V范围，至少测量10个工况点，记录各工况稳定时的输出电流和电压，并记录开路电压（OCV）。在燃料电池平均单节电压0.70V土0.005V工况，记录各节燃料电池电压，由“电流-电压”测试结果，确定燃料电池的基准电流、急速电流和额定电流。5.2.3燃料电池堆稳定性考核与初始电压V。的确定按照图2和表2进行100h运行。工况谱为：每小时启停1次、加载27次、怠速21min、额定工况18min。燃料电池堆每运行4h，停机休息1h。1h完成1个工况循环。最后一个循环结束时，按照5.2.2方法测试燃料电池堆发电性能，并记录基准电流下燃料电池各节电压。利用燃料电池堆发电性能曲线，确定基准电流工况下平均单节燃料电池电压V。，作为寿命计算公式中的初始电压。
V/聚审
循环变载
14401680
D2880312033603600
1920216024002640
时间/s
图2用于燃料电池堆稳定性考核的参比工况谱表2燃料电池堆稳定性考核操作规程要求
前提条件
停留时间
加载过程时间
加载终点
额定电流停留时间
减载过程
减载终点
怠速停留时间
各节燃料电池电压<0.3V
按委托方要求的控制方法完成启动180 s
计数完成变载27次
额定电流
急速电流
按委托方要求的控制方法完成停机，燃料电池堆在停机后1min内电压降至开路电压50%以下5.3分工况测试
5.3.1分工况测试要求
应依次完成怠速工况、额定工况、变载工况、启停工况等试验，GB/T38914—2020
试验过程中，燃料电池堆不得进行拆装和调整紧固力，如果出现膜电极、双极板或密封件损坏，应终止寿命测试。如果发生意外停机，应及时降低燃料电池堆电压至各节0.3V以下，可继续试验分工况的测试，适用于对燃料电池堆一般使用寿命的评价，要求不增加其他特殊控制策略。如要预测燃料电池堆在其他特殊控制策略下的使用寿命，可参考分工况测试方法重新制定测试方法进行测试，但利用本标准所计算的使用寿命应注明其特殊条件5.3.2怠速工况
怠速实验循环工况包括启动、怠速考核、测基准电流工况电压、停机过程，测试循环如图3所示，操作规程见表3。
V/驱审
时间/s
图3燃料电池堆急速测试循环
表3燃料电池堆怠速测试循环操作规程步骤
基准电流工况
前提条件
停留电流
运行电流
各节燃料电池电压<0.3V
开始计时
急速电流
每隔约1h，从怠速加载到基准电流工况，维持90s，记录电压，减载至怠速工况条件
停机及处理
急速工况及基准电流工况连续运行4h按委托方要求的控制方法完成停机，燃料电池堆在停机后1min内电压降至开路电压50%以下每4h完成1个测试循环，至少完成15个循环，每个循环停机后至少休息1h。根据所记录基准电流工况的电压，绘制“燃料电池平均单节电压-急速时间(h)图。对每个怠速循环最后所测基准电流工况电压进行线性拟合，得电压变化率V\。按式(1)计算急速工况致使燃料电池电压变化率U1：U',=V'
.（1)
GB/T38914—2020
式中：
急速工况致使燃料电池电压变化率，单位为伏每小时（V/h）；U
V\———每个急速循环最后所测基准电流工况电压进行线性拟合，单位为伏每小时(V/h)；V'
每次启停的电压衰减率［见5.3.5式（4)]，单位为伏每次（V/次）。5.3.3额定工况
额定工况试验循环包括启动、急速、额定电流工况、记录基准电流工况电压、急速-停机，测试循环如图4所示，具体操作规程见表4。3
V/吸申
时间/s
图4燃料电池堆额定工况测试循环表4燃料电池堆额定工况测试循环操作规程步骤
额定工况
基准电流工况
急速-停机
前提条件
停留电流
停留时间
运行电流
变载过程时间
各节燃料电池电压0.3V
开始计时
额定电流
加载过程30s，减载过程16s
每隔约1h，从额定工况变载到基准电流工况，维持90.s，记录电压，再回额定工况条件
怠速停留时间
停机及处理
额定工况及基准电流工况连续运行4h30s
按委托方要求的控制方法完成停机，燃料电池堆在停机后1min内电压降至开路电压50%以下每4h完成1个测试循环，至少完成15个循环，每个循环停机后至少休息1h。根据所记录基准电流工况的电压，绘制“燃料电池平均单节电压-额定工况时间（h）”图，对每个额定工况循环最后所测基准电流工况电压进行线性拟合，得电压变化率V\部。按式(2)计算额定工况致使燃料电池电压变化率U'2：U'2=V'm
式中：
额定工况致使燃料电池电压变化率，单位为伏每小时（V/h）；..(2)
每个额定工况循环最后所测基准电流工况电压进行线性拟合，单位为伏每小时（V/h)；
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