标准实践丨电池堆通用技术条件 GB/T 20042.2-2023

1、新版标准何时实施？与旧版标准有何不同？

GB/T 20042.2-2023《质子交换膜燃料电池 第2部分：电池堆通用技术条件》于2023年10月1日正式实施，对质子交换膜燃料电池堆（包括直接醇类燃料电池堆）的设计和检测做了相应规定，相比于旧版GB/T 20042.2-2008《质子交换膜燃料电池 电池堆通用技术条件》，尤其是在第5节试验方法（旧版为“5 型式检验”）中做了大量修改，包括了外观检查、安全性试验、气体泄漏试验、窜气试验、允许工作压力试验、冷却系统耐压试验、压力差试验、绝缘试验、正常运行试验、额定功率试验、电气过载试验、易燃气体浓度试验、环境适应性试验、燃料电池堆质量比功率、燃料电池堆芯体积比功率等，以适应现阶段燃料电池堆在使用场景上面临的新要求。

表1 新旧检验项目对比

2、新版标准在术语和定义上做了哪些新规定？

燃料电池堆芯定义为：燃料电池堆中集流板之间的部分，由极板、膜电极组件及其他结构件以串联方式层叠组成，需要注意的是燃料电池堆芯不包括端板、绝缘板、集流板，如燃料电池堆中有不输出电能的单电池，则其包含在内，即包括假电池。

图1 燃料电池堆芯体积测量试验示意图

燃料电池堆芯体积比功率定义为燃料电池堆的额定功率与其堆芯体积的比值。

3、新版标准对试验方法更新后，哪些试验值得关注？有哪些容易被忽视的试验细节？

第一点

对绝缘电阻试验的试验电压取值做了相关规定，常用的绝缘电阻表有多个电压档位，需要根据被测燃料电池堆的最高设计电压选择相应的试验电压。且在试验时，应将燃料电池堆冷却液腔内充满制造商指定的冷却液（冷态不循环），冷却液在（23±2）℃下的电导率应≤20μS/cm。

表2 绝缘电阻试验电压

图2 绝缘电阻试验结果图

第二点

新增的额定功率试验，得到燃料电池堆的额定功率，并以此计算电效率、燃料电池堆质量比功率、燃料电池堆芯体积比功率。

额定功率试验的步骤如下:

a）按照制造商规定的条件进行加载，在指定工况点运行条件达到制造商规定的范围后，稳定运行1min，直接加载至额定电流点；

b）在额定电流点至少持续运行60min，持续运行期间，燃料电池堆端电压波动不应超过3%，即该时间段内的燃料电池堆端电压应始终处于平均电压的97%~103%之间；

c）按照制造商规定的正常关机规程停机；

d）若试验中断，应重新执行。

参照附录B记录额定功率试验过程中燃料电池堆的参数，结果取电流稳定运行阶段最后1min内的平均值。以额定电流下最后1min内的功率均值作为额定功率。除单片电压（V）向下保留三位小数外，其余参数均向下保留1位小数。

图3 燃料电池堆正常运行、额定功率电气过载试验结果曲线示意图

第三点

新增的环境适应性试验，其中包括低温储存试验、高温储存试验、耐振动和冲击试验，取消了冻结/解冻循环试验。

其中低温储存试验和高温储存试验中燃料电池堆按照制造商规定的要求处理后，进行低温/高温储存试验。步骤如下:

a) 燃料电池堆置于低温/高温储存试验环境箱中，至试验箱内环境温度与预定的最低/最高储存温度（具体温度根据试验要求确定）的偏差满足±2℃，静置12h以上；

b）试验环境温度升至室温，静置12h以上；

c）重复以上过程，共3次。

图4 低温/高温储存试验

试验后，燃料电池堆不应出现开裂、破损、永久变形或其他物理损伤，如试验使用了冷却液，则不应有冷却液流出。需要继续进行气体泄漏试验、窜气试验、正常运行试验，试验结果应满足制造商的规定。

图5 气体泄漏试验、窜气试验结果图

耐振动试验，按照测试对象实际安装方式和GB/T 2423.43中的规定，将测试对象安装在振动台上。振动试验在三个轴向上进行，试验从Z轴开始，其次为Y轴，最后为X轴。试验过程按照GB/T 2423.56的规定进行，每个轴向试验时间为21h。振动工况如下表：

表3 振动功率谱密度

图6 振动试验工况曲线图

耐冲击试验，将燃料电池堆安装固定后，在3个轴向：X向、Y向、Z向上以5.0g的冲击加速度进行冲击试验。机械冲击脉冲采用半正弦波形、持续时间15ms，每个方向各进行一次。