GB/T 34593-2017 燃料电池发动机氢气排放测试方法

　　ICS 43 . 060 . 0 1 T 10

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 34593—2017

　　燃料电池发动机氢气排放测试方法

　　Testmethodsofhydrogenemissionforfuelcellengine

　　2017-10-14 发布 2018-05-01 实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 34593—20 17

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本标准由中华人民共和国工业和信息化部提出。

　　本标准由全国汽车标准化技术委员会(SAC/TC 114)归口 。

　　本标准起草单位：同济大学、中国汽车技术研究中心、上海汽车集团股份有限公司、中科院大连化学物理研究所、浙江大学、深圳市标准化研究院、上海机动车检测中心。

　　本标准主要起草人：侯永平、邵忠瑛、周毅、周錠、黄晨东、侯明、郑津洋、童晓敏、王益群、吴兵、何云堂、缪文泉。

　　GB/T 34593—20 17

　　燃料电池发动机氢气排放测试方法

　　1 范围

　　本标准规定了车用燃料电池发动机的氢气排放测试方法。

　　本标准适用于车用质子交换膜燃料电池发动机。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是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 24554 燃料电池发动机性能试验方法

　　ISO 14687-2 氢燃料 产品规范 第 2 部分：道路车辆用质子交换膜(PEM) 燃料电池的应用

　　[Hydrogen fuel—Product specification—Part 2 : Proton exchange membrane(PEM) fuel cell applica-

　　tions for road vehicles]

　　3 测试用仪器设备的要求

　　测试用仪器设备准确度要求见表 1 。

　　表 1 测试用仪器设备准确度要求

　　4 测量条件

　　4 . 1 燃料电池发动机要求

　　燃料电池发动机应满足以下要求：

　　— 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要完整，与装车状态一致;

　　— 燃料电池发动机的绝缘性能、气密性等涉及安全性能应符合 GB/T 24554 的要求;

　　— 燃料电池发动机要有可靠的安全保障系统;

　　— 氢气质量流量计尽可能安装在靠近燃料电池发动机氢气进气口处;

　　— 燃料电池发动机应使用符合试验要求的商用燃料，如果出现争议，燃料要求应符合 ISO 14687-2规定。

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　　4 . 2 测试前燃料电池发动机状态规定

　　测试前燃料电池发动机状态应符合以下规定：

　　— 冷却液加注完成;

　　— 燃料电池发动机准备工作完成，接受指令即可起动。

　　4 . 3 试验数据采集及功率加载误差要求

　　试验数据采集及功率加载误差要求如下：

　　— 试验数据采样频率不低于 2 Hz;

　　— 功率加载误差不能超过 3%,否则试验结果无效。

　　5 测试方法

　　5 . 1 稳态工况氢气排放测试

　　5 . 1 . 1 试验条件

　　试验前燃料电池发动机处于热机状态，热机方法按照 GB/T 24554 规定的方法进行。 试验过程应自动进行，不能有人工干预。

　　5 . 1 . 2 试验方法

　　试验方法应满足以下要求：

　　a) 在燃料电池发动机工作范围内选择 11 个工况点，分别是怠速、10% PE 、20% PE 、30% PE 、40% PE 、50%PE 、60%PE 、70%PE 、80%PE 、90%PE 、PE ;

　　b ) 燃料电池发动机进行热机，热机过程结束后，回到怠速状态运行 10 s ;

　　c) 按照规定的加载方法加载到预先确定的工况点，在每个工况点至少持续稳定运行 3 min;

　　d) 每个工况点分析数据时间长度不能少于 2 min。

　　注：PE — 额定功率。

　　5 . 1 . 3 试验过程中测量记录的数据

　　试验中测量的数据：氢气流量、燃料电池堆电压、燃料电池堆电流等。

　　5 . 1 . 4 试验结果处理

　　燃料电池堆实际氢耗量、燃料电池堆理论氢耗量、氢气排放量、氢气排放率按照附录 A 提供的方法进行试验结果处理。

　　5 . 2 循环工况下氢气排放量测试

　　5 . 2 . 1 试验条件

　　试验前燃料电池发动机处于热机状态，热机方法按照 GB/T 24554 规定的方法进行。 试验过程应自动进行，不能有人工干预。

　　5 . 2 . 2 试验方法

　　试验按以下方法进行：

　　a) 燃料电池发动机进行热机，热机过程结束后，回到怠速状态运行 10 s ;

　　GB/T 34593—20 17

　　b ) 按照附录 B规定的循环工况进行加载;

　　c) 循环工况结束后按照制造商规定的方法停机;

　　d) 工况转换之间可以增加阶梯，工况运行期间如果出现中断，则试验失败，允许重新测试一次。

　　5 . 2 . 3 试验过程中测量记录的数据

　　试验中测量的数据：氢气流量、燃料电池堆电压、燃料电池堆电流等。

　　5 . 2 . 4 试验结果处理

　　燃料电池堆实际氢耗量、燃料电池堆理论氢耗量、氢气排放量、氢气排放率按照附录 A 提供的方法进行试验结果处理。

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　　附 录 A (规范性附录)相关计算公式

　　A.1 燃料电池堆实际氢耗量

　　如果氢气质量流量计以流量单位记录结果，则燃料电池堆在某段时间内的实测氢耗量按式(A. 1)计算：

　　T2

　　mqH2 · dt …………………………( A.1 )

　　式中：

　　mH2 —燃料电池堆实测氢气消耗量，单位为克(g) ;

　　qH2 —燃料电池堆实测氢气流量，单位为克每秒(g/s) ;

　　T1 —起始时间，单位为秒(s) ;

　　T2 —结束时间，单位为秒(s) 。

　　A.2 燃料电池理论氢耗量

　　燃料电池堆在某段时间内的理论氢耗量按式(A. 2)计算：

　　T2

　　mqH2_theo · dt …………………………( A.2 )

　　式中：

　　mH2_theo —燃料电池堆理论氢气消耗量，单位为克(g) ;

　　qH2_theo —燃料电池堆理论氢气流量，单位为克每秒(g/s) ;

　　T1 —起始时间，单位为秒(s) ;

　　T2 —结束时间，单位为秒(s) 。

　　理论氢气流量按法拉第公式计算：

　　qH2_theo =(M × I × N)/(n× F) …………………………( A.3 )

　　式中：

　　qH2_theo —燃料电池堆理论氢气流量，单位为克每秒(g/s) ;

　　M —氢气摩尔质量，2.016 g/mol;

　　I —燃料电池堆电流，单位为安(A) ;

　　N — 燃料电池堆单电池片数;

　　n —每个氢分子释放的电子数，2 ;

　　F —法拉第常数，96 485 C/mol。

　　A.3 氢气排放量

　　燃料电池堆在某段时间内排放的氢气按式(A. 4)计算：

　　mH2_emis = mH2 - mH2_theo …………………………( A. 4 )

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　　式中：

　　mH2_emis —排放的氢气质量，单位为克(g) ;

　　mH2 —燃料电池堆实测氢气消耗量，单位为克(g) ;

　　mH2_theo —理论消耗氢气质量，单位为克(g) 。

　　A.4 氢气排放率

　　燃料电池堆在某段时间内的氢气排放率按式(A. 5)计算：

　　bH2_emis = 3 600 ·mH2_emis /QS …………………………( A. 5 )

　　式中：

　　bH2_emis —氢气排放率，单位为克每千瓦时[g/(kW · h)] ;

　　mH2_emis —排放的氢气质量，单位为克(g) ;

　　QS —燃料电池堆能量，单位为千焦(kJ) 。

　　燃料电池堆能量计算见式(A. 6) :

　　T2

　　QPS · dt …………………………( A.6 )

　　式中：

　　QS —燃料电池堆能量，单位为千焦(kJ) ;

　　PS —燃料电池堆功率，单位为千瓦(kW) 。

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　　附 录 B

　　(规范性附录)

　　循环工况加载方法

　　燃料电池发动机循环工况加载方法由以下阶段组成(见图 B. 1 和表 B. 1) 。

　　图 B.1 燃料电池发动机动态循环工况加载曲线

　　表 B.1 燃料电池发动机动态循环加载阶段

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　　表 B.1(续)