汽车用燃料电池发电系统技术条件（GB/T 25319-2010）

1范围 　　1.1概述 　　本标准规定了汽车用质子交换膜燃料电池发电系统的术语与符号、要求、试验方法、检验规则和标识、说明和技术文件。 　　本标准适用于汽车用质子交换膜燃料电池发电系统（以下简称发电系统）。 　　1.2系统边界 　　系统边界见图1。图中粗实线框内部分为发电系统，相对框内的进出箭头所指为发电系统的输人和输出。 　　2规范性引用文件 　　下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 　　GB/T 2900.18电工术语低压电器 　　GB/T 3512硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化及耐热试验（GB/T 3512-2001,eqv ISO 188:1998) 　　GB 3836.1爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求（GB 3836.1-2000,eqv IEC 60079一：1998) 　　GB/T 4942.1-2006旋转电机整体结构的防护等级（IP代码）一分级（IEC 60034-5:2000,IDT) 　　GB 4943信息技术设备的安全（GB 4943-2001，eqvIEC6095o-1:1999) 　　GB/T 15329.1橡胶软管及软管组合件织物增强液压型第1部分：油基流体用(GB/T 15329.1-2003,ISO 4079-1:2001，MOD) 　　GB/T 17045电击防护装置和设备的通用要求（GB/T 17045-2008 ，IEC 61140:2001，IDT) 　　GB/Z 18333.1-2001电动道路车辆用铿离子蓄电池 　　GB 18655-2002用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的限制和测量方法（idt IEC 60025:1995) 　　GB/T 20042.1质子交换膜燃料电池术语 　　GB/T 20438.1电气／电子／可编程电子安全相关系统的功能安全第1部分：一般要求(GB/T 20438.1-2006,IEC 61508-1:1998,IDT) 　　GB/T 20972.1-2007石油天然气工业油气开采中用于含硫化氢环境的材料第1部分：选择抗裂纹材料的一般原则（ISO 15156-1: 2001，IDT) 　　GB/T 21437.2道路车辆由传导和藕合引起的电骚扰第2部分：沿电源线的电瞬态传导(GB/T 21437.2-2008,ISO 7637-2:2004,IDT) 　　GB/T 24549-2009燃料电池电动汽车安全要求 　　GB/T 24554-2009燃料电池发动机性能试验方法 　　ISO 10605道路车辆静电放电产生的电干扰的测试方法 　　ISO 11452道路车辆窄带辐射的电磁能量产生的电干扰的部件试验方法 　　3术语与符号 　　3.1术语和定义 　　GB/T 2900.18,GB 3836.1,GB 4943和GB/T 20042.1确立的以及下列术语和定义适用于本标准。 　　3.1.1 　　工况work conditions 　　发电系统工作状态，以净输出功率标定工况。 　　3.1.2 　　额定工况rated coedit拓ns 　　制造商用于标定发电系统按100％净输出功率规定的工况． 　　3.1.3 　　怠速工况记le conditions 　　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。 　　3.1.4 　　有效功率effective power 　　燃料电池堆输出功率减去辅助能耗所剩的功率，即发电系统净输出功率。 　　3.1.5 　　额定功率rated power 　　发电系统在额定工况时的有效净输出功率，并能够在此功率下稳定持续工作。 　　3.1.6 　　过载功率overload power 　　发电系统在规定的时间内持续工作的最大有效净输出功率。 　　3.1.7 　　效率emciency 　　发电系统单位时间内所消耗燃料的能量转化为有效功率的份额，单位为％。规定用燃料的低热值(LHV）计算。 　　3.1.8 　　体积比功率volume power density 　　发电系统最大有效净输出功率与发电系统总体积之比（不包括散热器与燃料贮存容器），单位为kW/L。 　　3.1.9 　　质量比功率mass power density 　　发电系统最大有效净输出功率与发电系统总质量之比（不包括散热器与燃料贮存容器），单位为kW/kg。 　　3.1.10 　　燃料消耗率fuel consumption 　　特定工况下发电系统在规定时间内消耗的燃料量，单位为kg/h. 　　3.1.11 　　燃料消耗率fuel consumption rate 　　发电系统单位时间、单位功率消耗的燃料量，单位为g/（kW·h)。 　　3.1.12 　　怠速启动时间idle start-up time 　　发电系统由待机状态启动至怠速工况所经历的时间，单位为S. 　　3.1.13 　　燃料利用率fuel utilization 　　发电系统的实际燃料耗量与输人发电系统中的燃料量的比值，单位为％。 　　3.2符号及状态规定 　　4要求 　　4.1正常使用条件 　　a)环境温度：一10℃-45℃; 　　b）海拔：≤1000m。 　　4.2安全性要求 　　4.2.1通用安全性 　　发电系统中使用诸如易燃物质、加压介质、电能、机械能等部分应符合相关标准要求，主要部分包括： 　　a）外壳防护，应符合GB/T 4942.1-2006规定IP55等级； 　　b）控制装置部件及安全功能，应按GB/T 20438.1的规定进行设计开发，具有过流、过压、欠压、氢泄漏以及控制失效等非正常运行状态下的安全保障功能， 　　c)软管及软管组合件至少应符合GB/T 15329.1中1型软管的规定； 　　d)金属管路及其连接件应符合GB/T 20972.1-2007的规定； 　　e)硫化橡胶和热塑性橡胶部件应按GB/T 3512的规定的进行热空气加速老化试验和耐热试验（老化时间为不低于96h)，试验后的性能仍能满足发电系统的使用要求； 　　f)材料和元器件以及结构设计应符合GB 3836.1中II类设备的防爆安全规定； 　　g）电机防护结构设计应符合GB/T 17045中工类设备的规定。 　　4.2.2发电系统燃料供应与处理子系统的安全性 　　4.2.2.1燃料供应安全性 　　发电系统燃料供应端口（燃料贮存容器出口）采用至少两种不同的控制装置（如自动或手动）控制燃料的供应，以确保燃料供应的安全性。 　　4.2.2.2燃料排放安全性 　　发电系统排放燃料时应设有直通车外的排放口，并有安全保护装置。 　　4.2.2.3燃料泄漏安全性 　　发电系统燃料供应管路不得通过乘员舱。燃料贮存和燃料应用端应有泄漏监测传感器，当燃料泄漏时，控制系统应能自动切断燃料供应。 　　4.2.3发电系统的电路系统安全性 　　发电系统的电路系统安全应符合GB/T 24549-2009要求。电路系统中应有短路或漏电保护装置，可自动切断发电系统总输出。 　　4.2.4安全监控、保障子系统 　　发电系统中的各子系统如燃料供应子系统（不包括燃料贮存容器）、氧化剂供应子系统、水／热管理子系统、控制子系统等均应与安全监控、保障子系统相连。安全监控、保障子系统自动控制各子系统安全运转，并可根据发电系统运转情况的变化提供相应声、光提醒和自动开启与关闭控制，保证发电系统运行正常与安全。 　　4.3燃料供应 　　供给发电系统的燃料应符合相关特定燃料电池发电系统标准和要求，其所含可能对发电系统产生有害影响的杂质含量应在制造商规定范围内． 　　4.4燃料供应子系统 　　发电系统燃料供应子系统包含的管路、阀门、传感器、燃料处理装置等，应符合相应标准和使用要求。 　　连接发电系统和燃料贮存容器的连接装置应适合使用要求。补给然料时与燃料供应站的快速燃料接插管件连接方法应符合相关压力、安全等标准和规定．非标准徽料贮存容器的补给端口与标准燃料贮存容器的接续器必须是不能相配的。 　　无论是固定的或可更换的，一次性的或可再充装的燃料贮存容器（加压或不加压），这些燃料贮存容器应符合国家相关压力、安全使用标准和规定要求。 　　4.5氧化剂处理子系统 　　氧化剂处理子系统包括过滤器、管路、处理装置、传感器件、阀门等，应符合相应标准。氧化剂供应子系统中过滤器仅对颗粒级灰尘等进行过滤处理。 　　4.6热管理子系统 　　热管理子系统包括散热器和配套风扇、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，应符合相应标准。 　　4.7水管理子系统 　　水管理系统包括管路、循环水泵、阀门、传感器件、水储存与补充箱等，应符合相应标准。发电系统生成水回收用作燃料或氧化剂增湿使用或其他使用用途时，应去除水中对发电系统有害的物理颗粒与金属离子。 　　4.8自动控制子系统 　　自动控制子系统包括为保障发电系统正常运行进行调节与监控所必须的传感器件、线路、执行器件、控制器件、软件程序等，应符合相应标准。 　　4.9功率调节子系统 　　燃料电池堆输出功率将根据发电系统内部装置所消耗的功率和对外输出功率的要求，通过DC/DC或DC/AC装置对电流、电压进行调节，提供符合使用要求的功率输出。 　　4.10起动时间 　　发电系统按5.2进行起动试验时，从启动至怠速工况所需时间应符合制造商的规定。 　　4.11动态响应 　　发电系统按照5.4进行动态响应试验时，最大输出功率与制造商标定的额定功率之比不小于80%。 　　4.12温度适应性 　　按照5.5规定进行高温适应性试验和低温适应性试验时，发电系统工作正常。 　　4.13抗振可靠性 　　发电系统应具备一定的抗冲击振动的能力，满足标准GB/Z 18333.1-2001，应保证正常使用中所产生的冲击振动不会对发电系统各个零部件产生损害，保证整个发电系统的正常运行。 　　4.14防水防尘 　　发电系统中需要具备防水防尘能力的部件应按5.7的要求进行试验，试验结果符合GB/T 4942.1-2006中IPX5等级或IP55以上等级的要求。 　　4.15电磁兼容性 　　发电系统的各控制器应满足标准GB 18655-2002，GB/T 21437.2,ISO 11452,ISO 10605的电磁兼容性要求，测试项目的发射限值应符合相关标准规定，抗扰度应达到II级。 　　5试验方法 　　5.1安全性试验 　　5.1.1气体泄漏试验 　　将发电系统中的燃料电池堆中的燃料腔、氧化剂腔及冷却流体腔出口封闭；只通过一个电堆端板上燃料管路进口与压力表和流量计相连，将惰性气体（氮气、氢气等）按不超过电堆最大工作压力经过燃料进口通人电堆，保持压力稳定60s，使腔内气体压力达到平衡；用气体流量计测量单位时间内的气体流量，所得到的值为发电系统的燃料气体窜到氧化剂及冷却流体腔内与外泄漏量的总和，应符合制造商规定。 　　5.1.2绝缘强度试验 　　用兆欧表测量发电系统的燃料电池堆正负极分别引出的电流母板与发电系统封装架电阻，正负电极对车身绝缘电阻应大于100Ω/V。 　　5.2起动特性试验 　　按GB/T 24554-2009的规定进行．应符合制造商规定。 　　5.3工况试验 　　在怠速、部分加载、额定工况、过载工况等各个工况时，分别测取燃料消耗量，电池堆的输出电流和电压、发电系统净输出的电流电压；测量辅助支持运行系统的功耗；记录进气温度、进气压力、冷却水温度、环境温度和湿度等；在额定工况和过载工况时，记录发电系统输出电流和电压随时间变化的历程。 　　试验方法应符合GB/T 24554-2009的规定。 　　额定工况下发电系统稳定运行1h，过载工况下发电系统稳定运行60s。 　　5.4动态响应特性试验 　　考核发电系统动态加载响应及加载冲击能力．主要进行动态响应时间测试和动态循环加载测试。 　　5.4.1动态响应时间测试 　　试验方法应符合GB/T 24554-2009的规定。应符合制造商规定。 　　5.4.2动态循环加载测试 　　试验方法应符合GB/T 24554-2009的规定。应符合制造商规定。． 　　5．5温度适应性试验 　　5.5.1高温适应性试验 　　发电系统与散热器均置于环境温度45℃±2℃，发电系统在标定功率工况下运行。发电系统稳定运行60min。 　　5.5.2低温适应性试验 　　发电系统在正常操作至稳定状态后停机，然后将发电系统置于一10℃环境中1h，之后将环境温度升到10℃进行解冻，此过程重复10次，再按制造商规定的要求启动发电系统，发电系统应能按制造商的规定正常启动。 　　5.6耐振动性试验 　　发电系统耐振动性试验应符合GB/Z 18333.1-2001的规定。试验后，发电系统应能正常启动。 　　5.7防水防尘试验 　　按照GB/T 4942.1-2006中试验方法进行检测，应符合IP55等级要求。 　　5.8电磁兼容性试验 　　5．8.1发射试验 　　按照标准GB 18655-2002中试验方法进行检测，检测结果应符合标准规定的发射限制。 　　5.8.2抗扰度试验 　　5.8.2.1传导抗扰度试验 　　按照标准GB/T 21437.2中试验方法进行检测，抗扰度应达到II级。 　　5.8.2.2辐射抗扰度试验 　　按照标准ISO 11452中试验方法进行检侧，抗扰度应达到II级。 　　5.8.2.3静电放电抗扰度 　　按照标准ISO 10605中试验方法进行检测，抗扰度应达到II级。 　　6检验规则 　　6.1每台燃料电池发电系统都须经检验合格才能出厂并附有产品合格证。针对不同的产品，检验分为型式试验、例行试验和验收试验。 　　6.2凡遇下列情况的产品，应进行型式试验。型式试验试验样品应不少于两台。型式试验应符合第5章规定的试验方法。 　　a)新产品试制或小批试生产； 　　b）定期抽试，连续批量生产的产品每年不得少于一次， 　　c)设计或工艺的变化足以引起产品的性能改变时； 　　d)产品转厂生产或长期停止（超过定期抽试期限）生产后又恢复生产； 　　e)上级质量监督部门有要求时。 　　6.3对于在型式试验有效期内正常生产的每台产品，可仅进行产品的例行试验。例行试验的项目包括气密性检查和绝缘强度试验，试验方法按如下规定： 　　6.3.1气密性检查 　　连接所有接受气密测试的发电系统每个子系统的管路、连接件和承受压力元件；只通过一个电堆端板上燃料管路进口与压力表和流量计相连；给燃料腔、氧化剂腔、冷却剂腔及管路、连接件和承受压力元件通人不超过电堆最大工作压力的试验惰性气体（氮气、氩气等），保持压力稳定60s，使各腔内和管路内气体压力达到平衡；用气体流量计测量单位时间内的气体流量，所得到的值为发电系统的气体外泄漏量，应符合制造商规定。 　　发电系统的所有管路连接接头和各个元件联接部位涂上渗漏检测液，在发电系统通人惰性气体（如氮气、氩气等），压力不超过最大工作压力的条件下进行试验，应不产生气泡。 　　检查流程示意如图3所示。 　　6.3.2绝缘强度试验 　　在批量生产时，试验电压可提高到规定的1.2倍，试验时间可缩短至1s，允许被试发电系统的试验在室温下进行，但应保证被试发电系统在最高运行温度下绝缘强度合格。 　　6.4对于供需双方有合同规定的产品，如果合同对检验项目和试验方法有明确规定的，按合同规定进行验收试验；如果无明确规定，属于新产品，则应进行型式试验；如果属于老产品，可仅进行例行试验。 　　7标识、说明和技术文件 　　发电系统产品上应有可靠固定的产品铭牌、各类标识牌及警示牌，这些标志牌上的标志信息在产品的整个使用期内应清晰易读，并且能抵抗环境条件侵蚀能力而不会被磨灭。 　　制造商向用户提供的技术文件或资料（包括产品的安装使用说明书等）可以视为供货合同的一部分。 　　7.1产品铭牌 　　发电系统产品铭牌标识内容至少应包含以下信息： 　　a)制造商名称或其注册商标； 　　b）发电系统型号； 　　c)发电系统生产日期或序列号。 　　7.2标记 　　如果由于发电系统的连接件位置接错会导致危险的发生，则这些连接件都应给出明显的标志，电连接的正负极也应给予说明． 　　7.3替示牌 　　警示牌的警示内容至少应包括： 　　a)振动危险， 　　b）高温； 　　c)可燃气体或液体； 　　d)腐蚀和有毒介质； 　　e)高电压。 　　7.4技术文件 　　产品说明书要对发电系统的系统集成、安装、操作和维护进行说明，其中包括安装手册、操作手册、维护手册和备品备件清单等文件或内容。这些信息可以图样、表格或说明的形式给出。 　　除非发电系统的制造商与客户另有协议，否则，每台发电系统都应附有一套完整的技术文件。 　　一套文件若由多个文件组成，每个文件都应列出其他文件的文件代号和名称。 　　7.4.1产品说明书 　　提供给用户的产品说明书的信息包括： 　　a)符合4.2.1规定的通用安全措施； 　　b)燃料和氧化剂的种类，可用的燃料和氧化剂种类（包括气体成分，杂质含量等）； 　　c)燃料和氧化剂气体的最高和最低供气压力； 　　d）在额定及最大功率下燃料和氧化剂的消耗量； 　　e)最大气体外泄漏量限值， 　　f)料和氧化剂供气的允许温度范围； 　　g）典型排放物； 　　h）发电系统存储时的周围环境（温度和湿度范围）； 　　i)正常运行时的周围环境条件（允许的海拔范围、温度、湿度范围）； 　　注：输出功率有赖于氧的浓度，在高海拔地区运行时可能降低性能。 　　J）允许的冲击和振动水平； 　　k)发电系统的正常运行温度，允许的最高和最低运行温度； 　　1)冷却剂种类和品质； 　　m）发电系统的启动时间（热启动时间、冷启动时间）； 　　n）尺寸和重量； 　　o)电气输出定额（额定电压、额定电流、额定功率、开路电压、满载电流时的端电压）； 　　P）最大过载电流和过载时间； 　　q）接地点的位置。 　　7.4.2安装手册 　　安装手册应对发电系统的安装和固定，电气线路、燃料管路、氧化剂管路、冷却系统管路的连接，给出清晰、详细的说明。 　　安装指南包括的内容： 　　——装卸、运输和存储； 　　——安装前的准备； 　　——安装方位（向上或向下等）； 　　——固定方法； 　　——输气管路和冷却剂管路的连接方法； 　　——电路和传感器的连接方法， 　　——注意事项和禁止的操作； 　　——安装图。 　　7.4.3操作手册 　　技术文件中应包含操作手册，详尽地说明发电系统正确启动和使用的程序，对安全措施和可能出现的不正确操作应予以特别提醒。 　　当发电系统编程运行时，应提供程序设计的详细资料和必要的安全规程的详细信息。 　　操作手册应包含： 　　——启动和操作规程； 　　——操作顺序； 　　——检测频次； 　　——正常和紧急关机规程； 　　——储存要求； 　　——注意事项和禁止的操作； 　　——自然环境（如振动烈度、冲击强度、大气污染物等）信息。 　　7.4.4维护手册 　　技术文件应包含维护手册。维护手册应详尽地说明调试、维修和预防性检查、修理的要求和时间间隔。应详细说明正确操作的确认方法（如软件测试程序）。 　　维护手册中最好还应包括维修记录。 　　发电系统制造商还应对零部件和元器件的处置和再生利用加以说明。