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

目次
1 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 1
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 8
6.1 试验要求 9
6.2 试验方法 9
6.3 数据处理 11
7 车用燃料电池膜电极耐久性试验方法 12
7.1 试验要求 12
7.2 试验方法 12
7.3 数据处理 15
8 燃料电池发动机用空压机耐久性试验方法 16
8.1 试验要求 16
8.2 试验方法 16
8.3 数据处理 17
9 燃料电池发动机用氢气循环泵耐久性试验方法 17
9.1 试验要求 17
9.2 试验方法 18
9.3 数据处理 19
附录A （规范性） 燃料电池发动机耐久性循环工况 20
附录B （规范性） 燃料电池发动机耐久性试验流程 23
附录C （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 24
附录D （资料性） 燃料电池发动机耐久性试验数据记录表 26
附录E （规范性） 燃料电池堆耐久性循环工况 29
附录F （规范性） 燃料电池膜电极耐久性循环工况 31
附录G （资料性） 燃料电池膜电极可逆损失恢复程序 33

1 范围

本文件规定了燃料电池发动机、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 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和GB/T 28816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（膜电极）数量的比值。
3.2
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I100、I50、I10作为参考电流。
3.3
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0.70 V时的电流。
3.4
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系统，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
试验环境应符合以下要求：
——境温度应处于 23℃±5℃；
——境压力应处于 86~106 kPa 范围内。
5.1.2 燃料电池发动机要求
燃料电池发动机应满足以下要求：
——应保持燃料电池发动机出厂时的外形结构和技术参数；
——料电池发动机各系统应完整；
——料电池发动机应有可靠的安全保障系统；
——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；
——料电池发动机的冷却剂宜采用去离子水。
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应符合以下要求：
——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；
——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 10Hz；
——试验用氢气应符合 GB/T 37244 的规定要求。
5.1.4 燃料电池发动机控制要求
燃料电池发动机的控制应符合以下要求：
——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 的通信协议发送或接收相应指令。
——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动 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、计算应满足以下要求：
——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 应进行一次数据分段保存；
——试验中采集的数据应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；

——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 器风扇的功率不计入辅助系统功率内。
——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
试验准备阶段按照以下步骤进行：
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活化和调整，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 小时；
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以下步骤进行：
a) 在 10 min 之内，开始按照附录 A 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 小时后，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，并应保养情况记录至表 C.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）至 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 C.2 或表 C.3 中；
f) 按照 5.3 处理试验数据，并将结果记录至表 D.2 中。
5.2.1.3 气密性测试 5.2.2 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第8.8.2.1条进行。
5.2.3 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第8.8.2.2条进行。
5.2.4 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第7.4条使燃料电池发动机达到热机状 态，然后按照GB/T 24554-2022第8.9条进行燃料电池发动机的绝缘电阻测试。

5.2.5 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 第 7.4 条使其达到热机状 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) 按照附录 D 中表 D.1 或表 D.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 D.1 或表 D.2 中。
5.2.6 动态响应特性试验

按照GB/T 24554-2022第8.4条进行燃料电池发动机动态响应特性试验。
5.2.7 试验安全要求

试验过程中，燃料电池发动机的安全性应满足以下要求：
——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低于100Ω/V时。
5.2.8 循环工况要求
5.2.8.1 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A。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 n。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-n）加至下一组循环工况中，即连续完成（20-n）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。
5.2.8.2 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±5%PSET kW。

5.2.9 保养要求

图 1 基准曲线和公差

燃料电池发动机的保养应符合以下要求：
——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，不包括燃料电池堆、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；
——按照制造商的要求对燃料电池发动机进行活化。
5.2.10 燃料电池发动机故障分类、试验不可抗力及处理要求

燃料电池发动机的故障分类、试验不可抗力及处理应符合以下要求：
——1 级故障，不影响燃料电池发动机的正常运行。针对 1 级故障，可在试验停机期间，对燃料电 池发动机进行维修；
——2 级故障，影响燃料电池发动机的正常运行，需要限制燃料电池发动机的功率输出的情况。针
对 2 级故障，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 n。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-n）加至下一 组循环工况中，即连续完成（20-n）个循环工况，试验过程中不再停机；
——级故障，最高级别故障，燃料电池发动机必须立即停机。针对 3 级故障，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 n。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-n）加至下一组循环工况中，即连续完成（20-n） 个循环工况，试验过程中不再停机。
——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，若出现因不可抗力（如试验平台故障、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 n。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-n）加至 下一组循环工况中，即连续完成（20-n）个循环工况，试验过程中不再停机。

5.2.11 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 I100 下的功率无法达到 90%PE；
——在任一循环工况（1800s）过程中，燃料电池发动机不满足 5.2.7.2 所规定的功率公差的累
积时间超过 180 s；
——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 1000 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 表D.2中。
5.3.2 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（V）—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，如式（1），得到平均单电池电压衰减速率 v 。

式中：
V ——燃料电池堆平均单电池电压，单位为伏特（V）；
t ——循环工况运行时长，单位为小时（h）；
v f ——平均单电池电压衰减速率拟合值，单位为伏特每小时（V/h）；
b ——初始平均单电池电压拟合值，单位为伏特（V）。

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