ChinaAutoRegs｜GB/Z 44116-2024英文版翻译《燃料电池发动机及关键部件耐久性试验方法》
Test methods for durability of fuel cell engine and its key components

目 次
前言 m
i范围 1
2规范性引用文件 1
3术语和定义 1
4测量参数、单位和准确度 2
5燃料电池发动机耐久性试验方法 2
5.1 试验要求 2
5.2 试验方法 3
5.3 数据处理 6
6车用燃料电池堆耐久性试验方法 10
6.1 试验要求 10
6.2 试验方法 10
6.3 数据处理… 13
7车用燃料电池膜电极耐久性试验方法 14
7.1 试验要求 14
7.2 试验方法 14
7.3 数据处理 16
8燃料电池发动机用空气压缩机耐久性试验方法 17
8.1 试验要求 17
8.2 试验方法 18
8.3 数据处理 19
9燃料电池发动机用氢气循环泵耐久性试验方法 19
9.1 试验要求 19
9.2 试验方法 20
9.3 数据处理 20
附录A（规范性）燃料电池发动机耐久性试验流程 22
附录B（规范性）燃料电池发动机耐久性循环工况 23
附录C（规范性）燃料电池堆耐久性循环工况 26
附录D（资料性）膜电极测试夹具和组装要求 28
附录E（规范性）燃料电池膜电极耐久性循环工况 29
附录F（资料性）燃料电池膜电极活化运行工况和可逆损失恢复程序 31
附录G（资料性）燃料电池发动机保养、故障、试验不可抗力情况记录表 33
附录H（资料性）燃料电池发动机耐久性试验数据记录表 35
附录1（资料性）燃料电池堆耐久性试验数据记录表 38

1范围
本文件描述了燃料电池发动机、燃料电池堆、膜电极、空气压缩机、氢气循环泵的耐久性试验方法。
本文件适用于车用质子交换膜燃料电池发动机及关键部件。
2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件;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 8170数值修约规则与极限数值的表示和判定
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
GB/T 24548燃料电池电动汽车术语
GB/T 24554—2022燃料电池发动机性能试验方法
GB/T 36288—2018燃料电池电动汽车燃料电池堆安全要求
GB/T 37244质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气
3术语和定义
GB/T 24548界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
平均单电池电压 average cell voltage
燃料电池堆的电压与燃料电池堆单电池数量的比值。
注：如燃料电池堆中有不输出电能的单电池，则其不包含在单电池数量内。
3.3
燃料电池发动机参考电流 reference current of fuel cell engine
燃料电池发动机在耐久性试验前进行稳态特性试验时，选定的功率点对应的燃料电池堆电流。
注：PE为燃料电池发动机额定功率（初始值），本文件选取燃料电池发动机在100%PE、50%PE和10%PE对应的 燃料电池堆电流作为参考电流。
3.4
燃料电池堆参考电流 reference current of fuel cell stack
在耐久性试验中，初始极化曲线测试中燃料电池堆对应平均单电池电压为0.700 V+0.005 V时的 电流。
3.5
氢气循环系统 hydrogen recirculation system
将燃料电池堆阳极出口的流体介质循环输送至燃料电池堆阳极入口的装置。
注：一般由氢气循环泵、引射器的单个或多个组合形式构成。
4测量参数、单位和准确度
表1规定了试验测量的参数、单位和准确度。

5燃料电池发动机耐久性试验方法
5.1 试验要求
5.1.1 环境要求
试验环境符合以下要求：
——环境温度应处于23 ℃±5 ℃；
——环境压力应处于96 kPa〜106 kPa范围内。
5.1.2 燃料电池发动机要求
燃料电池发动机满足以下要求：
— —应保持燃料电池发动机出厂时的外形结构和技术参数；
— —燃料电池发动机各系统应完整；
— —燃料电池发动机应有可靠的安全保障系统；
— —燃料电池发动机的绝缘性能、气密性等涉及安全的性能应符合制造商要求;
— —燃料电池发动机的冷却剂宜采用专用防冻液。
5.1.3 试验平台及试验用氢气要求
试验平台和使用的氢气符合以下要求：
— —试验平台应提供稳定可靠的高低压电源，试验过程中燃料电池发动机的辅助系统可采用外部 电源供给的方式；
— —试验平台应提供满足燃料电池发动机所需的散热条件；
— —试验平台通过CAN通信向燃料电池发动机发送指令的频率应不低于10 Hz；
— —试验用氢气应符合GB/T 37244的规定。
5.1.4 燃料电池发动机控制要求
燃料电池发动机的控制符合以下要求。
——试验过程中，燃料电池发动机的起动、加载、降载、停机等均应由试验平台按照制造商提供的通 信协议进行控制。
——燃料电池发动机的停机时长应自试验平台发送停机指令开始计时，至下一次由试验平台发送 起动指令停止计时;待燃料电池发动机的停机过程（含吹扫过程）结束后，应切断试验平台提供 的高低压电源和氢气供给。
5.1.5 试验数据采集、计算要求
试验数据采集、计算满足以下要求：
— —试验数据采样频率应不低于5 Hz；
— —循环工况试验过程中，宜每连续采集不超过5 h进行一次数据分段保存；
— —试验中采集的数据应至少包括燃料电池堆的电压、燃料电池堆的电流、单电池电压（若有）、环 境温度和湿度、冷却液温度、辅助系统各部件的电压、辅助系统各部件的电流、氢气流量；
— —辅助系统功率应包括空气压缩机、氢气循环系统、冷却泵、控制器等部件所消耗的功率,散热器 风扇和空气压缩机散热系统的功率不计入辅助系统功率内；
— —在数据处理过程中，应按照GB/T 8170的规定修约至小数点后2位，特殊说明除外。
5.2 试验方法
5.2.1 耐久性试验
5.2.1.1 试验准备阶段
试验准备阶段按照附录A进行以下步骤：
a）按照5.2.2对燃料电池发动机进行气密性测试，然后按照5.2.3进行绝缘电阻测试，测试结果 应满足5.2.6的要求；
b）按照制造商的要求对燃料电池发动机进行准备和活化，但总时间不应超过100 h；
c）按照5.2.4进行第一次稳态特性试验，按照5.2.5进行第一次动态响应特性试验，然后停机
2 h；
d）按照5.2.4进行第二次稳态特性试验，按照5.2.5进行第二次动态响应特性试验，然后使燃料 电池发动机运行在怠速状态（或燃料电池发动机最低功率点）。
5.2.1.2 耐久性试验阶段
完成试验准备阶段后，燃料电池发动机耐久性试验按照附录A进行以下步骤。
a）在10 min之内，开始按照附录B的循环工况进行加载，加载过程中燃料电池发动机的净输出
功率应满足5.2.7规定的循环工况功率公差要求。
b）每累计完成5 h循环工况（即10个循环工况，记为一组）后，停机15 min。
c）每累计完成20 h循环工况（即40个循环工况）后，停机5 h。
d）每累计完成200 h循环工况（即400个循环工况）后，进行以下步骤：
1）按照5.2.4进行一次稳态特性试验，按照5.2.5进行一次动态响应特性试验，然后停机，在 热机状态下按照5.2.3进行绝缘电阻测试，待停机达到5 h后，按照5.2.2.1进行氢气流道 气密性测试；
2）按照5.2.8的规定，由制造商对燃料电池发动机进行保养，保养过程的总时间不应超过 5 h,并应将保养情况记录至附录G的表G.1中；
3）保养结束后，再次按照5.2.2.1进行氢气流道气密性测试，按照5,2.3进行绝缘电阻测 试，测试结果应满足5.2.6的要求；
4）再次按照5.2.4进行一次稳态特性试验，按照5.2.5进行一次动态响应特性试验，然后使 燃料电池发动机运行在怠速状态（或燃料电池发动机最低功率点）。
e）重复上述步骤a）〜d）,直至达到5.2.10规定的试验终止条件后，使燃料电池发动机停机。停 机后，可根据制造商要求选择是否按照5.2.2.2对燃料电池发动机进行整体气密性测试，完成 以上步骤后，终止试验。试验过程中，如果出现燃料电池发动机故障或试验不可抗力，则按照 5.2.9的规定进行处理，并应将相关情况记录至表G.2或表G.3中。
D 按照5.3处理试验数据，并将结果记录至附录H的表H.2中。
5.2.2 气密性测试
5.2.2.1 氢气流道气密性测试
燃料电池发动机的氢气流道气密性测试按照GB/T 24554—2022中8.8.2.1进行。
5.2.2.2 整体气密性测试
燃料电池发动机的整体气密性测试按照GB/T 24554—2022中8.8.2.2进行。
5.2.3 绝缘电阻测试
若燃料电池发动机未处于热机状态，应按照GB/T 24554—2022中7.4使燃料电池发动机达到热 机状态，然后按照GB/T 24554—2022中8.9进行燃料电池发动机的绝缘电阻测试。
5.2.4 稳态特性试验
燃料电池发动机稳态特性试验按照以下步骤进行：
a）若燃料电池发动机未处于热机状态，则首先按照GB/T 24554—2022中7.4使其达到热机 状态；
b）热机过程结束后，回到怠速状态（或燃料电池发动机最低功率点）运行10 s；
c）按照表H.1或表H.2规定的工况点进行燃料电池发动机稳态特性试验，测试平台向燃料电池 系统发送加载指令，在每个工况点至少稳定运行3 min；
d）每个工况点的分析数据时间长度不应少于2 min,将试验数据记录到表H.1或表H.2中。
5.2.5 动态响应特性试验
按照GB/T 24554—2022中8.4进行燃料电池发动机动态响应特性试验。
5.2.6 试验安全要求
试验过程中，燃料电池发动机的安全性满足以下要求：
——燃料电池发动机的气密性应满足制造商的要求；
——燃料电池发动机的正负极对地的绝缘电阻应不低于100。/V。
5.2.7 循环工况要求
5.27.1 一般要求
燃料电池发动机的耐久性循环工况及加载要求见附录Bo燃料电池发动机在功率加载或电流加载 的方式下，均以燃料电池发动机的净输出功率作为循环工况功率公差判定对象。当燃料电池发动机的 净输出功率出现衰减且无法满足5・2.7.2的要求时，可选用以下任一方式进行修正。
——在试验停机期间，通过提高加载电流或加载功率的方式对循环工况进行调整，使燃料电池发动 机的净输出功率满足循环工况功率公差要求。记录停机前的一组循环工况中符合公差要求的 循环工况数九。调整后，继续进行循环工况试验，将上一组不符合公差要求的循环工况数 （10 —九）加至下一组循环工况中，即连续完成（20一九）个循环工况，试验过程中不再停机。
——在循环工况试验期间，通过试验平台自动对提高加载电流或加载功率，使燃料电池发动机的净 输出功率满足循环工况功率公差要求。
5.27.2 公差要求
燃料电池发动机实际功率和循环工况规定功率之间的允许公差规定为（如图1所示）：
——当循环工况规定的功率PSET不大于60 kW时，功率公差为±3 kw；
——当循环工况规定的功率PSET大于60 kW时，功率公差为士5%尸SET kWo

时间/s
标引序号说明：
1一一循环工况规定的功率曲线；
2——功率公差，单位为千瓦（kW）。
图1基准曲线和公差
5.2.8保养要求
燃料电池发动机的保养符合以下要求:
——可按照制造商的要求更换燃料电池发动机的耗材，耗材包括空气滤清器、氢气过滤器、去离子 器、冷却液杂质过滤器、冷却液；
——不应更换燃料电池堆、空气压缩机、氢气循环系统、空气或氢气的增湿器、冷却泵、控制器；
——允许变更燃料电池发动机的控制程序；
——可按照制造商的要求对燃料电池发动机进行活化。
5.2.9 试验因故障或试验条件中断的处理要求
试验因故障或试验条件中断的处理符合以下要求。
— —1级故障，或不影响燃料电池发动机正常运行的故障。针对此类情况，可在试验停机期间，对 燃料电池发动机进行维修。
— —2级故障，或影响燃料电池发动机的正常运行，且需要限制燃料电池发动机的功率输出的故 障。针对此类情况，应立即停机，对燃料电池发动机进行维修，并记录停机时本组循环工况中 已完成的个数九。维修后，继续进行循环工况试验,将本组未完成的循环工况数（10 —〃）加至 下一组循环工况中，即连续完成（20 一九）个循环工况，试验过程中不再停机。
— —3级故障，或燃料电池发动机必须立即停机的故障。针对此类情况，应立即停机，对燃料电池 发动机进行检查,并记录停机时本组循环工况中已完成的个数九。如果该故障必须通过更换 关键零部件（燃料电池堆、空压机、氢气循环系统、冷却泵、增湿器、控制器）后才能修复,则终止 试验。如果该故障无需更换关键零部件即可修复，则维修后，继续进行循环工况试验,将本组 未完成的循环工况数（10 —九）加至下一组循环工况中，即连续完成（20 —〃）个循环工况，试验 过程中不再停机。
— —若2级故障或3级故障出现于无维修人员在场的时段（如夜间、节假日等），应使燃料电池发动 机立即停机，待维修人员到场后，按照相应的故障处理方法进行处理。
— —试验过程中，若出现因试验平台故障、恶劣天气等导致的试验中断，应记录试验中断时本组循 环工况中已完成的个数九。再次开始试验前，允许制造商对燃料电池发动机进行检查和活 化,然后继续进行循环工况试验，并将本组未完成的循环工况数（10 —九）加至下一组循环工况 中，即连续完成（20 一九）个循环工况，试验过程中不再停机。
5.2.10 试验终止条件
试验过程中，达到以下任意一项条件则终止试验：
— —燃料电池发动机在参考电流八。。下的功率无法达到90%PE；
— —在任一循环工况（1 800 s）过程中，燃料电池发动机不满足5.2.7.2规定的功率公差的累积时间 超过180 s,且按照5.2.7.1调整后仍无法满足要求；
— —燃料电池发动机出现3级故障，且必须更换关键部件（燃料电池堆、空气压缩机、氢气循环系 统、空气或氢气的增湿器、冷却泵、控制器）后才能修复；
— —循环工况加载的累计时间超过燃料电池发动机设计寿命的10%，且不少于1 000 h时。
5.3数据处理
5.3.1 一般要求
在耐久性试验前及循环工况试验过程中，在每个性能测试环节,稳态特性和动态响应特性试验均进 行了两次，在数据处理过程中，对每项指标应统一选择第一次或第二次测试的数据进行分析，并记录在 附录D中表D.3中。
5.3.2 燃料电池发动机参考电流下燃料电池堆的电压衰减速率
5.3.2.1 线性拟合法
根据所记录的稳态特性测试中燃料电池发动机参考电流所对应的燃料电池堆电压，绘制”燃料电池 堆平均单电池电压(VA循环工况运行时间(h)”图，如图2所示。对所测得的不同稳态特性测试后的燃 料电池发动机参考电流中对应的燃料电池堆平均单电池电压进行线性拟合,如公式(D,得到平均单电 池电压衰减速率Vss」。

式中：
vss——燃料电池发动机参考电流下燃料电池堆平均单电池电压，单位为伏特(V)；
tss ——循环工况运行时长，单位为小时(h);
以Lf ——平均单电池电压衰减速率拟合值，单位为伏特每小时(V/h)；
bss——拟合常数项。
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图2燃料电池发动机参考电流下燃料电池堆平均单电池电压(V)■循环工况运行时间(h)图
5.322首末作差法
根据所记录的燃料电池发动机耐久性试验前和耐久性试验后,稳态特性测试中燃料电池发动机参 考电流所对应的燃料电池堆平均单电池电压,按公式(2)计算

式中：
VssO ——耐久性试验前，燃料电池发动机参考电流所对应的燃料电池堆平均单电池电压,单位为 伏特(V)；
Vssl ——耐久性试验后，燃料电池发动机参考电流所对应的燃料电池堆平均单电池电压,单位为 伏特(V)；
4_end——循环工况运行总时长，单位为小时(h)；
%_d——平均单电池电压衰减速率计算值，单位为伏特每小时(V/h)。
5.3.3 燃料电池发动机参考电流下燃料电池堆的电压衰减幅度
5.3.3.1 线性拟合法

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