本文是学习GB-T 33979-2017 质子交换膜燃料电池发电系统低温特性测试方法. 而整理的学习笔记,分享出来希望更多人受益,如果存在侵权请及时联系我们
本标准规定了低温(零度以下)条件，质子交换膜燃料电池发电系统的通用安全要求、试验条件、试
验平台、低温试验前的例行试验及低温试验方法和试验报告等。
本标准适用于以空气为氧化剂的质子交换膜燃料电池发电系统低温(零度以下)条件的存储、启动、
工作性能的试验。
本部分适用于完整的燃料电池发电系统。
注： 根据需要实现设定的功能，该系统由下列部分或全部的部件组成：
——燃料处理系统：对燃料电池发电系统所需的燃料进行计量、调节、处理并可调压的系统。
——空气处理系统：对燃料电池发电系统所需的空气进行计量、调节、处理并可以加压的系统。
——热管理系统：提供冷却和散热功能以保持燃料电池发电系统内部的热平衡，还可以回收余热以及在启动过
程中协助加热系统中的相关部件。
— 水处理系统：对回收或添加的水进行处理，以供燃料电池系统使用。
— 功率调节系统：控制所产生的电能与用户指定的用电需求相匹配。
—
自动控制系统：由传感器、执行器、阀门、开关和逻辑元件组成，用于将燃料电池发电系统参数维持在制造
商设定范围内而无需人工进行干预。
—通风系统：通过自然或机械的方法，向燃料电池发电系统的机柜内提供空气。
—
燃料电池堆：由多个单电池、极板、冷却板、共用管道及支撑结构构成的组装件。其典型功能在于将富含氢
的气体和空气通过电化学反应转化为直流电、热量、水和其他副产品。
—
燃料电池模块：由一个或多个燃料电池堆、输送电堆电能的电联接装置以及监控装置构成。
——
内置式能量储存装置：系统内部所带的储能装置，用于帮助或补充燃料电池模块向内部或外部负载供电。
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 18384.3—2001 电动汽车 安全要求 第3部分：人员触电防护
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 25319—2010 汽车用燃料电池发电系统 技术条件
GB/T 27748.1 固定式燃料电池发电系统 第1部分：安全
GB/T 27748.2—2013 固定式燃料电池发电系统 第2部分：性能试验方法
GB/T 28816 燃料电池 术语
GB/T 30084—2013 便携式燃料电池发电系统-安全
GB/T 31035 质子交换膜燃料电池堆低温特性试验方法
GB/T 28816 和 GB/T 31035 界定的术语适用于本文件。
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3.1
低温启动 subzero startup
燃料电池系统从0℃以下的冷态达到输出额定功率90%的过程。
质子交换膜燃料电池堆的通用安全要求应符合GB/T 20042.2—2008
中4.2的规定。
汽车用燃料电池发电系统的安全要求应符合 GB/T 25319—2010 中4.2的规定。
固定式质子交换膜燃料电池发电系统应符合 GB/T 27748.1 的规定。
便携式质子交换膜燃料电池发电系统的安全要求应符合GB/T 30084—2013
中1.2的规定。
进行试验时，试验条件应符合如下规定：
——环境温度：环境舱温23℃±2℃,低温环境温度0℃~-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；
——试验环境气压：91 kPa～104 kPa。
燃料电池发电系统试验所需的低温环境试验舱与燃料电池发电系统试验平台至少应满足以下
要求：
—
低温环境试验舱：低温环境试验舱应能满足试验要求的低温环境条件，舱内的温度分布差异不
超过±2℃。除氢气源外，供气、冷却剂以及电路的接口均置于环境试验舱内，且在进气、冷却
剂接口设置温度测量，以保证燃料电池发电系统的空气与燃料入口气体温度为设定的环境温
度。燃料电池发电系统及其控制器和散热器也置于环境试验舱内。舱内应设置氢气报警器、
排风口，以保证试验过程的安全性。
— 燃料电池发电系统试验平台，应具备满足燃料电池测试的必要功能。
——负载，应满足燃料电池系统常规测试的要求。
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)
测量空气条件的仪器：空气流量计，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。
试验设备及仪器应符合相关国家标准的规定。表1为试验中使用仪器的计量单位及精度要求。
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表 1 测量仪器及精度
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试验设备及仪器应符合相关国家标准的规定。
在规定的低温环境条件下，主要在以下3个方面对质子交换膜燃料电池发电系统进行测试：
a) 安全方面：低温环境对燃料电池发电系统存储和运行安全性能的影响；
其中，系统绝缘特性测试，按照GB/T 18384.3—2001
中6.2基本绝缘、附加绝缘、双重绝缘和
加强绝缘的要求，在规定的低温环境条件下进行；
b) 性能方面：燃料电池发电系统的启动、运行和关机的试验；
c) 泄漏试验：按照GB/T 25319—2010中的5.1.1气体泄漏试验的相关规定执行。
在规定低温环境条件下质子交换膜燃料电池发电系统的试验项目及分类如表2所示。
表 2 试验项目及试验分类
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由燃料电池发电系统制造商提供完整的试验用燃料电池发电系统，以及燃料电池发电系统运行所
要求的燃料、空气、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发电系统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：
● 试验所在的环境舱温度；
● 大气压力；
● 启动用燃料输入要求；
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● 启动用辅助能量输入要求。
燃料电池发电系统操作条件要求：
● 燃料进气与排气流量；
● 空气进气与排气流量；
● 燃料运行压力(代表值：紧靠燃料电池堆的上游取值);
● 空气运行压力(代表值：紧靠燃料电池堆的上游取值);
● 燃料组成；
● 空气组成；
● 燃料化学计量比；
● 空气化学计量比；
● 工作电流；
● 工作电压。
在环境舱温(23℃±2℃)环境下，应按照7.2～7.5的顺序对燃料电池发电系统进行测试。
通过7.2～7.5可得出燃料电池发电系统的气体泄漏率、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发电系统的性能参数。
按照GB/T 25319—2010 中5.1.1的规定进行燃料电池发电系统的气体泄漏试验。
根据燃料电池发电系统制造商规定的启动程序进行燃料电池发电系统启动试验，分别记录燃料电
池发电系统从冷启动到怠速状态、额定功率输出、峰值功率所需的时间、燃料输入与输出流量、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。
根据燃料电池发电系统制造商规定，燃料电池发电系统稳定运行在怠速状态和额定功率输出状态，
分别记录燃料电池发电系统在规定运行时间段内的燃料输入流量、空气输入流量、辅助电能输入、辅助
热能输入，以及电能输出和热能输出。
根据燃料电池发电系统制造商规定的关机程序进行燃料电池发电系统关机试验，分别记录燃料电
池发电系统从额定功率输出、怠速状态到关机所需时间、燃料输入与输出流量、空气输入与输出流量、辅
助电能输入、辅助热能输入、吹扫流量、时间及能耗，其中吹扫流量的测量按照
GB/T 27748.2—2013 中
7.3.4的规定进行。
对于燃料电池发电系统低温存储、低温启动试验项目，应根据试验目的在燃料电池发电系统处于不
同的状态下进行。
试验期间涉及的参数的最大允许偏差见表3。
注： 表3不适用于燃料电池发电系统的启动和关机试验。
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表 3 试验项目最大容许偏差
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需要采集的试验数据：启动时间、氢气的质量流量，燃料电池堆的电压、燃料电池堆的电流、外部辅
助系统的电压、外部辅助系统的电流、控制系统电压(12 V、24
V)、控制系统电流(12 V、24 V)。
试验数据采集频率不小于1 Hz。
燃料电池燃料电池发电系统气体泄漏、关机特性和发电性能试验所需采集的数据如下：
——燃料电池发电系统泄漏试验项目：通过燃料电池发电系统气密性试验，测量燃料电池发电系统
的气体泄漏量和泄漏速率；
启动特性试验项目：启动时间、燃料输入流量与温度、外部辅助电输入、辅助热能输入、吹扫气
体输入；
——关机特性试验项目，关机时间、燃料输入、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、外部辅助电输入、辅助热能输入、电输出和热输出。
应参照规范性引用文件对应的燃料电池发电系统的类型，确定适当的试验持续时间，数据采集频次
应大于或等于1 Hz。
根据试验要求，进行燃料电池发电系统在零度以下低温环境(如0℃～
—40℃)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发电系统按照制造商的要求自动运行。
8.4.2.1 试验步骤
应按以下步骤进行燃料电池发电系统的低温存储试验：
a)
将燃料电池发电系统置于低温存储试验舱中，燃料电池发电系统正常稳定运行条件下，按照制
造商规定的低温存储前的关机程序或参照附录 A
给出的关机程序进行燃料电池发电系统关
机，记录关机所用的时间与消耗的能量与物质的量；
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b) 按试验要求设置试验舱温度，静置12 h;
c)
将燃料电池发电系统试验环境温度升至23℃±2℃,至燃料电池发电系统内温度达到23℃
±2℃后，静置12 h;
d) 重复 a)、b)、c)过程，共2次；
e)
在23℃±2℃下，按照7.2～7.5进行燃料电池发电系统的气密性试验、启动试验、发电性能试
验、关机试验。
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)
燃料电池发电系统在进行8.4.2.le)试验时，按照7.2～7.5试验的要求采集试验数据，并进行
计算；
b) 试验数据按7.6中的规定进行汇总；
c)
将低温存储试验后的燃料电池发电系统性能参数与低温存储试验前标准温度环境下燃料电池
发电系统的性能参数进行比较；
d)
从上述比较中得出燃料电池发电系统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发电系统性能参数的变化。进而得出该
燃料电池发电系统的低温存储特性。
8.4.3.1 试验步骤
应按照以下步骤进行燃料电池发电系统低温启动试验：
a) 燃料电池发电系统冷却液加注完成，
一切准备就绪，之后在试验期间不对燃料电池系统进行任 何操作；
b)
将环境舱的温度设置到规定的温度，环境舱温度达到规定温度以后开始计时，静置12
h;
c) 向燃料电池发电系统发送启动命令，同时开始记录相关试验数据；
d) 燃料电池发电系统功率达到额定功率后持续运行10 min;
e) 然后向燃料电池发电系统发送关机命令，进行正常关机操作；
f) 关机结束后，燃料电池发电系统在该环境中继续静置12 h;
g) 向燃料电池发电系统发送启动命令；
h) 燃料电池发电系统功率达到额定功率后持续运行10 min;
i) 然后向燃料电池发电系统发送关机命令，进行正常关机操作；
j) 关机结束后，试验结束。
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)
燃料电池发电系统在进行8.4.3.1f)试验时，按照7.2～7.5的要求采集试验数据，并计算；
b) 试验数据按7.6的规定进行汇总；
c)
将低温启动试验后的燃料电池发电系统性能参数与低温启动试验前标准温度环境燃料电池发
电系统的性能参数进行比较；
d)
从上述比较中得出燃料电池发电系统在低温启动前后的流体泄漏、启动时间及能耗与燃料与
空气的消耗量、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发电系
统性能参数的变化，进而得出该燃料电池发电系统的低温启动特性。
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表4为燃料电池发电系统低温启动能耗、气体消耗及热平衡数据，表5为燃料电池发电系统低温存
储前后性能参数及差别，表6为燃料电池发电系统低温启动前后性能参数及差别。
表 4 燃料电池发电系统低温启动的能耗与气体消耗及热平衡数据
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表 5 低温存储前后燃料电池发电系统数据比较
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表 6 低温启动前后燃料电池发电系统数据比较
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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
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报告将提供给有关各方。
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。
style="width:0.53336in;height:0.5467in" />
每种形式的报告都应提供相应目录。
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。
详细报告应在摘要报告内容外增加下列信息：
a) 燃料电池发电系统的类型、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)
完整报告应在详细报告内容外增加原始数据表复印件。
附录 B 为试验报告的参考模板。
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(资料性附录)
低温保存用关机程序
低温保存之前的关机按如下程序进行：
a) 根据燃料电池发电系统的操作要求进行卸载，至开路状态。
b)
调节进气管道开关，在燃料电池发电系统内部温度测温点温度降至零度之前，将燃料气与空气
进气分别切换为不增湿的干燥惰性气体，如 N2;
根据燃料电池发电系统制造商的操作压力与
流量调节惰性气体进气压力与流量，对燃料电池发电系统进行吹扫，记录吹扫压力、流量与起
始时间。
c)
根据尾气排放处湿度传感器测定的相对湿度控制吹扫时间，当相对湿度达到规定值(10%~
20%)时，停止吹扫，记录吹扫停止时间与湿度。
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(资料性附录)
试 验 报 告
以下为质子交换膜燃料电池低温特性试验的试验报告参考模板。
B.1 概要信息
B.1.1 试验报告的概要信息
按照表 B.1 的信息，给出试验报告的概要信息。
表 B.1 试验报告概要信息
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B.1.2 有关试验的概要信息
按照表 B.2 的信息，给出试验的概要信息。
表 B.2 试验的概要信息
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B.2 介绍
供试验者参考：
—— 实施过程和试验程序选择的解释；
——试验者和顾客之间约定的试验方案，可能包括验收标准；
——试验报告或试验中用到的其他文件(专业术语文件，符号统一等)。
B.3 试验目的和范围
试验目的是确定在规定环境条件下燃料电池的特性。
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测量电池性能从开路电压一直到最大电流密度，设定如下：
— — 试验对象的特性；
— — 考虑应用的技术规范；
— — 测量方法
试验目的：
质子交换膜燃料电池系统的低温储存性能；
— 质子交换膜燃料电池系统的低温启动性能；
— — 质子交换膜燃料电池系统的低温启动耗能情况。
B.4 试验对象描述
按照表 B.3 的格式要求，给出试验对象的描述。
表 B.3 试验对象描述
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注： 制造商提供的燃料电池发电系统其他补充说明或信息。
B.5 试验对象的状况
简单描述有关燃料电池的试验历史包括所有的诊断试验，特别或者基本试验及其相应的顺序标识。
B.6 试验方案的描述
详细描述使用的试验设备和方案，包括传感器类型、位置以及特殊装置(如，加热/冷却和增湿子系
统),都应在试验报告中给出，以利于对试验结果的理解。
B.7 运行条件，输入和输出的描述
表 B.4～ 表 B.5 列举了试验中所有的输入、输入值和试验中的运行条件。
试验者将填写每个试验的输入值栏。
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表 B.4 试验输入参数
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表 B.5 试验输出参数
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B.8 试验过程和结果
B.8.1 启动和活化步骤描述
表 B.6 中给出了测量步骤前的功能性运行数据(启动和活化)。
表 B.6 测量步骤前的功能性参数
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B.8.2 测试步骤和结果的描述
测量步骤和结果描述如下：
— — 设定试验条件(初始试验输入);
— — 测试步骤终止的原因；
— — 测量结果。
将测试的基本信息填写在表 B.7 中 。
表 B.7 测量步骤后的功能性参数
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B.8.3 关机描述
B.8.4 操作步骤引起的偏差
B.9 数据后处理
B.10 结论
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