《燃料電池電動汽車 燃料電池堆臺架試驗方法》編制說明

《燃料電池電動汽車燃料電池堆臺架試驗方法》編制說

明

一、工作簡況

1.1任務(wù)來源

《燃料電池電動汽車燃料電池堆臺架試驗方法》團體標準是由中國汽車工程學(xué)

會批準立項，項目任務(wù)編號為：2022-62。本標準由中國汽車工程學(xué)會汽車測試技術(shù)

分會提出，中汽研新能源汽車檢驗中心（天津）有限公司起草。

1.2編制背景與目標

隨著近年來國內(nèi)外燃料電池技術(shù)的不斷發(fā)展，眾多燃料電池堆產(chǎn)品相繼面世。

由于目前國內(nèi)外缺少統(tǒng)一的性能試驗標準和試驗方法，導(dǎo)致在各大研究機構(gòu)和企業(yè)

的宣傳資料中，燃料電堆的額定功率、峰值功率、體積功率密度、氣密性、環(huán)境安

全性、低溫冷起動性能等燃料電池堆的關(guān)鍵性能參數(shù)一次次的突破記錄。不同的試

驗方案及定義導(dǎo)致對于燃料電池堆關(guān)鍵性能缺乏橫向?qū)Ρ鹊幕A(chǔ)；評價方法的不同

也無法使行業(yè)內(nèi)有足夠的技術(shù)定位，不利于燃料電池堆的行業(yè)標準化。

本標準旨在提出燃料電池電動汽車用燃料電池堆的關(guān)鍵性能試驗方法，以期給

出統(tǒng)一的性能測試的方法，統(tǒng)一性能測試的度量標準，按照統(tǒng)一的方法來測評電堆

的關(guān)鍵性能，結(jié)束之前因缺乏標準而出現(xiàn)各自為戰(zhàn)，評價不一的局面，為鑒別市場

上電堆產(chǎn)品的優(yōu)劣提供可靠依據(jù)。

當(dāng)前，對于燃料電池堆的關(guān)鍵性能測試，主要集中于極化曲線測試、額定功率

測試、體積功率密度等，其中對于燃料電池堆提及的測試方法缺少行業(yè)內(nèi)的共識，

造成了同樣的技術(shù)指標得出的最終結(jié)果并無可比性。由于體積定義差別較大，對燃

料電池堆的功率密度的評價分為四個層級：活性面積層、電池組層、端板層和外殼

層。此外，缺乏完整的性能、氣電安全性、環(huán)境適應(yīng)性及低溫特性的綜合評價測試

標準，無法全方位綜合的評判燃料電池堆產(chǎn)品的性能優(yōu)劣。

GB/TGB/T31035-2014GB/TGB/T

20042.2-2023質(zhì)子交換膜燃33798-201729838-2013

質(zhì)子交換膜料電池電堆低溫道路車輛用燃料電池

燃料電池第特性試驗方法質(zhì)子交換膜模塊

2部分：電池燃料電池模

堆通用技術(shù)條塊

1

件

體積質(zhì)量測試√×××

極化曲線測試√×××

額定功率測試√×√×

峰值功率測試√×√×

氣密性測試√√√√

高低溫氣密性××××

絕緣電阻測試√×√√

環(huán)境適應(yīng)性測試×√√×

低溫冷起動測試×√××

功率密度測試√×××

振動××√√

沖擊×××√

當(dāng)前國內(nèi)對燃料電池堆的性能測試主要參考上表中四項標準，但其中多項關(guān)鍵

性能指標的定義及測試方法并無涉及，且部分指標標準間的定義不同。尚無完整的

覆蓋所有關(guān)鍵性能指標的參考標準。

目前國外尚無可供參考的完整的覆蓋所有關(guān)鍵性能測試項目的測試標準。

1.3主要工作過程

本標準于2020年12月開始標準調(diào)研，2021年3月至2023年7月進行了標準

相關(guān)的試驗操作工作；2022年6月24日正式立項；2022年7月至11月進行了標準

編寫工作。

2022年6月在天津召開了標準立項審查會，會議上由中汽研新能源汽車檢驗中

心（天津）有限公司對本標準的立項背景、內(nèi)容、編制說明等進行了簡要介紹。

2022年11月10日在天津召開了標準討論會，會議上中汽研新能源汽車檢驗中

心（天津）有限公司對標準的測試方法及標準內(nèi)容框架進行了介紹，中國第一汽車

股份有限公司、北京氫璞創(chuàng)能科技有限公司等針對標準的測試方法進行了討論。經(jīng)

過此次會議，初步確定了極化曲線測試時長，電堆體積測試方法、氣密性試驗壓力、

絕緣電阻冷卻液電導(dǎo)率要求等，為下一步工作奠定了基礎(chǔ)。

2023年4月11日在天津召開了第二次標準討論會，針對這一階段的試驗驗證

成果進行了討論，中汽研新能源汽車檢驗中心（天津）有限公司、中國第一汽車股

份有限公司、北京氫璞創(chuàng)能科技有限公司等對標準的測試細節(jié)及試驗驗證結(jié)果進行

了充分的討論和交流，初步完成了標準草案的制定。

二、標準編制原則和主要內(nèi)容

2.1標準制定原則

2

在充分總結(jié)和比較了國內(nèi)外對于燃料電池堆臺架試驗標準的基礎(chǔ)上，參考了

GB/T20042.2-2008《質(zhì)子交換膜燃料電池電池堆通用技術(shù)條件》、GB/T31035-2014

《質(zhì)子交換膜燃料電池電堆低溫特性試驗方法》、GB/T33798-2017《道路車輛用

質(zhì)子交換膜燃料電池模塊》、GB/T29838-2013《燃料電池模塊》標準中有關(guān)內(nèi)容

的編寫。本標準對測試時間、絕緣電阻測試中冷卻液狀態(tài)、高低溫氣密性試驗要求、

冷起動氣體預(yù)冷溫度等方面做出了較詳細的規(guī)定，并通過對不同類型燃料電池堆的

多次試驗對標準的內(nèi)容進行了調(diào)整及驗證，以確保測試的準確性及不同燃料電池堆

測試條件的一致性。

2.1.1通用性原則

本標準提出的燃料電池堆臺架試驗方法適用于任何車用質(zhì)子交換膜燃料電池堆，

對不同功率等級具有同等適用性，通用性高。

2.1.2指導(dǎo)性原則

本標準提出的方法能為車用燃料電池堆的氣密性、絕緣電阻、極化曲線、額定

功率、體積功率密度等測試提供指導(dǎo)作用。目前使用的GB/T31035-2014《質(zhì)子交

換膜燃料電池電堆低溫特性試驗方法》中對燃料電池堆的在低溫冷起動中的預(yù)冷溫

度沒有做要求，本標準的提出可以填補該項測試的空白。

2.1.3協(xié)調(diào)性原則

本標準提出的方法與目前使用的國家標準中的方法協(xié)調(diào)統(tǒng)一、互不交叉。僅作

為一種標準補充。

2.1.4兼容性原則

本標準提出的試驗方法充分考慮了燃料電池堆的實際使用工況及安全要求，具

有普遍適用性。

2.2標準主要技術(shù)內(nèi)容

本標準共分為6章，規(guī)定了燃料電池電動汽車燃料電池堆臺架試驗的方法和要

求。內(nèi)容包括范圍、通用性要求、術(shù)語及定義、測量參數(shù)、單位及準確度、試驗條

件及試驗要求、試驗方法。

2.3關(guān)鍵技術(shù)問題說明

本標準提出的高低溫工況下的氣密性測試，氫氣的密度很小，且燃料電池堆中

含有大量的密封部件，高低溫情況下密封部件的形變和膜電極的透氣率對于燃料電

池堆的氣密性影響較大，由于氫氣的密度很小，特別在低溫情況下電堆的密封材料

3

形變，容易發(fā)生氫氣的大規(guī)模泄漏。為測量在高低溫環(huán)境下的電堆氣密性，對電堆

在高低溫環(huán)境下的存儲時間做出規(guī)定，另一方面考慮到低溫狀況下需要對電堆進行

低溫冷起動時初始工作壓力不同，因此對電堆在低溫環(huán)境下的試驗溫度和試驗壓力

做出要求。

本標準提出的低溫冷起動試驗是模擬燃料電池堆在實車狀態(tài)下的低溫冷起動工

況，考慮到在實車運行時，車上所供應(yīng)的氫氣與環(huán)境溫度基本一致，空氣溫度由于

車上空壓機壓縮后進入電堆的溫度上升，因此根據(jù)探究試驗，對低溫冷起動時的氣

體預(yù)冷溫度做出要求；另一方面對冷卻液大小循環(huán)的切換作出規(guī)定。

2.4標準主要內(nèi)容的論據(jù)

氫氣無色無味，易燃易爆，且是世界上已知的密度最小的氣體。由于氫氣易燃，

對于在常規(guī)狀態(tài)下及高低溫狀態(tài)下的氣密性有著很高的要求，燃料電池堆中含有大

量的密封部件，高低溫情況下密封部件的形變和膜電極的透氣率對于燃料電池堆的

氣密性影響較大，由于氫氣的密度很小，特別在低溫情況下電堆的密封材料形變，

容易發(fā)生氫氣的大規(guī)模泄漏。

燃料電池堆在高濕環(huán)境中容易出現(xiàn)絕緣問題，因此提出在較高濕度下且?guī)в欣?/p>

卻液進行絕緣電阻測試。

表1空壓機低溫運行時溫升試驗表

各轉(zhuǎn)速下出口平均溫

空壓機狀態(tài)環(huán)境溫度（℃）溫升（℃）

升（℃）

-40114.4

-30112.3

高速112.1

-15110.3

0111.2

-4050.5

-3049.7

中速50.2

-1548.5

051.9

-4013.9

-3012.3

低速13.1

-1511.2

014.8

4

在實車運行時電堆的低溫冷起動的氫氣氣體溫度與環(huán)境溫度高度吻合，而空氣

端由于空壓機工作具有一定的溫升作用，通過模擬空壓機的低溫工作情況為電堆冷

起動時空氣端的遇冷溫度做出指導(dǎo)，且起動過程中存在冷卻液的大小循環(huán)的切換過

程，同樣在標準中進行開啟大小循環(huán)切換的流程。

2.5標準工作基礎(chǔ)

編寫組主要起草單位中汽研新能源汽車檢驗中心（天津）有限公司具備完整的

新能源汽車檢測能力。在燃料電池相關(guān)汽車、零部件以及材料級的部件測試方面積

累了大量的經(jīng)驗和測試數(shù)據(jù)。自項目開展以來，中汽研新能源汽車檢驗中心（天津）

有限公司在相關(guān)研究上投入了大量的精力，相繼對國內(nèi)外多款不同材質(zhì)、不同功率

等級燃料電池堆進行了測試，大量的對比試驗結(jié)果顯示，本標準提出的燃料電池電

堆在臺架試驗方法具有一定的先進性、通用性、科學(xué)性和可操作性。

三、主要試驗（或驗證）情況分析

1)通過對電堆在不同溫度下進行氣密性測試，在高溫下電堆的內(nèi)漏較常溫更高，

在低溫環(huán)境中電堆的整體外漏情況相比常溫情況更差。

2)低溫氣密性測試時對電堆進行不低于12小時的浸機，保證電堆內(nèi)部溫度與

環(huán)境溫度一致，還原工作場景。

3)將冷卻液的電導(dǎo)率及溫度以及環(huán)境的溫濕度繼續(xù)記錄。

綜上所述，本標準提出的方法對當(dāng)前燃料電池堆檢測具有良好的適用性。

四、標準中涉及專利的情況

尚無。

五、預(yù)期達到的社會效益、對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用的情況

燃料電池汽車技術(shù)的快速發(fā)展使得燃料電池堆產(chǎn)品開始進入產(chǎn)品化階段。國外

已有豐田、EK等電堆產(chǎn)品，國內(nèi)北京氫璞、上海神力等也都推出了自己的電堆產(chǎn)品，

產(chǎn)品的快速發(fā)展推動了標準需求。但是對于燃料電池電動汽車用燃料電池堆的關(guān)鍵

性能試驗方法，并未給出統(tǒng)一的性能測試的方法，統(tǒng)一性能測試的度量標準，按照

統(tǒng)一的方法來測評電堆的關(guān)鍵性能，本標準的提出結(jié)束之前因缺乏標準而出現(xiàn)各自

為戰(zhàn)，評價不一的局面，為鑒別市場上電堆產(chǎn)品的優(yōu)劣提供可靠依據(jù)。服務(wù)燃料電

池汽車行業(yè)的健康發(fā)展。

六、采用國際標準和國外先進標準情況，與國際、國外同類標準水平的對比情況，國內(nèi)外關(guān)鍵

指標對比分析或與測試的國外樣品、樣機的相關(guān)數(shù)據(jù)對比情況

5

6.1采用國際標準和國外先進標準情況

燃料電池電動汽車用燃料電池堆性能試驗相關(guān)標準主要集中在氣密性、功率等

常見項目，且對于關(guān)鍵參數(shù)定義不清，對關(guān)鍵性能指標的要求不一致。本標準的提

出可豐富燃料電池電動汽車測試標準體系，填補國內(nèi)在燃料電池堆性能測試方面的

標準空白。目前國外尚無可供參考的完整的覆蓋所有關(guān)鍵性能測試項目的測試標準。

6.2測試電堆相關(guān)數(shù)據(jù)對比情況

6.2.1燃料電池堆體積功率測試情況對比

分別對A、B、C、D、E、F六款電堆進行了體積功率密度測試，情況如下所示。

表1燃料電池堆體積功率密度測試情況

電堆編號體積功率密度（kW/L）

A3.6

B2.8

C3.6

D2.5

E3.2

F4.0

6.2.2燃料電池堆額定功率效率測試情況對比

分別對A、B、C、D、E、F六款電堆進行了額定功率效率測試，情況如下所示。

表2燃料電池堆額定功率點效率測試情況

電堆編號電壓效率（%）效率（%）

A44.5029.66

B48.6032.36

C46.6530.27

D44.2329.54

E50.1433.35

F43.5429.99

七、在標準體系中的位置，與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標準，特