儲能系統用可逆模式燃料電池模塊Part2:Testproceduresfortheperformanceofsfortheperformanceofsinglecellsand國家標準化管理委員會國家市場監督管理總局發布國家標準化管理委員會I Ⅲ 12規范性引用文件 1 13.1術語與定義 1 53.3氣體溫度與壓力的標準值 7 7 85.1通則 85.2可逆質子交換膜單池/電堆組件 85.3分離式可逆質子交換膜單池/電堆 9 95.5參數控制與測量 5.6試驗輸入參數及試驗輸出參數的測量方法與控制精確度 6測量儀器與測量方法 6.1儀器的不確定度 6.2推薦的測量儀器與方法 6.3參考試驗條件與制造商建議 6.4數據采集方法 7試驗程序與結果計算 7.2電流-電壓(I-V)特性試驗 7.3穩態試驗 7.4耐久性試驗 7.6電流循環耐久性試驗 7.7加壓試驗 8試驗報告 8.2報告項目 8.3試驗單元數據說明 Ⅱ8.4試驗條件說明 8.5試驗數據說明 8.6不確定度評估 附錄A(規范性)試驗程序指南 21附錄B(規范性)公示匯編 30參考文獻 31ⅢGB/T42847.2—2023/IEC6228 1儲能系統用可逆模式燃料電池模塊第2部分：可逆模式質子交換膜單池與本文件規定了質子交換膜單池/電堆在燃料電池模式、電解和/或可逆模式下的性能試驗用質子交下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文IEC60050-485:2020國際電工術語第485部分：燃料電池技術(Internationalelectrotechnicalvocabulary(IEV)—Part485:FuGB/T28817—2022聚合物電解質燃料電池單電池測試方法(IECTS622822燃料fuel將燃料(3.1.12)和氧化劑(3.1.22)的化學能轉化為電能[直流(DC)電]、熱和反應產物的電化學3最低電池電壓minimumcellvoltage最高電池電壓maximumcellvoltage4氧化劑oxidant通過單池/電堆組件中指定電極轉化了的物質流與 5試驗輸入參數testinputparameter;TIP表1給出的符號及單位適用于本文件。定義a儀器規格書指明的誤差限制單池/電堆中電極的電極活性面積F法拉第常數(96485.3)施加在單池/電堆上的壓緊力NI電堆電流AJ電堆電流密度kn一N串聯電池的數量p壓力負極進口處的流體壓力6定義正極進口處的流體壓力負極出口處的流體壓力正極出口處的流體壓力PW電功率密度P電功率W流體組分i的體積流量(標準溫度及壓力)負極流體的體積流量(標準溫度及壓力)正極流體的體積流量(標準溫度及壓力)負極進口處流體的總體積流量負極出口處氫氣的體積流量負極出口處氫氣的摩爾流量R內電阻ΩR摩爾氣體常數(8.3145)數據采集時間s運行時間s測量開始時間s測量結束時間s給定工作點的駐留時間sI到達給定工作點的平衡時間s給定工作點的采集時間sT℃℃電堆端板溫度℃℃℃7表1符號(續)定義Tng.o℃℃℃電堆內部溫度℃℃℃負極上反應物的利用率(燃料電池模式下的燃料利用率)正極上反應物的利用率(燃料電池模式下的氧化劑利用率)VV電堆中所有單池的平均電壓VZx負極和正極之間的壓差電壓變化V電流中斷時電池電壓的瞬時變化V·所選擇的計算衰減率的量Y為單池/電堆的電壓、功率密度或AS見3.3。——po=101.325kPa。8 9熱水氫氣電解分離式可逆質子交換膜單池/電堆組件結構如圖2所示，包括質子交換膜燃料電池(PEMFC)和質燃料電池燃料電池熱水熱完整的試驗環境如圖3所示，包括質子交換膜單池/電堆組件(試驗對象)和相應的試驗與控制設控制控制質子交換膜單體電壓監控氣體壓力GB/T42847.2—2023/IEC62282-8-10 ——準確度是測量值與其真值間的一致程度。誤差是測量值與被測量真實值——不確定度是報告值的組成部分，表征了被測量結果的不可信程度。不確定每臺測量儀器在校準時得到的或根據儀器類別估計的擴展不確定度(包含因子k=2,詳見ISO/IECGuide98-3)應不低于表2的要求。I電流V電壓±0.5%相對于OCV(燃料電池模式)或最大單池/電堆電壓(電解模式)T±2%額定值士0.3mol%相對于氧氣濃度(氮氣平衡)壓力±2%最大預估值注：電流和電壓的不確定度指的是它們各自的直流部分，在阻抗測量中沒有為這些量提供合適的器類別估計的不確定度及其對環境條件的依賴程度。應設計儀器校準與更換的電流測量裝置應位于電池的載流電路中。電流測量裝置可由低阻抗安培計或校準過的分流器(可電流也可通過恒電位/恒電流電源(電解模式)或電子負載(燃料電池模式)來測推薦的內電阻測量方法有電流中斷法和電化學阻抗譜(圖4是質子交換膜電池阻抗譜(組合阻抗的虛部對實部)的示意圖。質子交換膜電池阻抗測量值在實軸的截距一般位于1kHz和20kHz之間，如A點所示。在A點測量或插值得到的阻抗代表內電Z′——阻抗的實部；典型的內電阻測量儀器是恒電位儀/恒電流測量電極氣體的流速應采用容積式流量計、質量流量計或渦輪式流量計等方式。如以上方法操作溫度傳感器應位于緊鄰單池/電堆組件的下游。建議在緊鄰單池/電堆組件的上游放置另一個傳于正極和負極流場板的中心位置(符合5.5和附錄A的要求)。靜壓測量端口應直接放置在單池/電堆的上游或下游。電極氣體壓力可在為確定試驗條件和范圍，應對單池/電堆組件制造商推薦的參考試驗條件和典型試驗范圍進行評b)單池/電堆組件允許的溫度分布(適用于多個測點);h)正極流體壓力i)負極的燃料利用率(燃料電池模式);j)氧化劑利用率(燃料電池模式);k)電流或電流密度；1)單池/電堆組件的最小電壓(燃料電池模式);m)單池/電堆組件的最大電流(在給定氫利用率的燃料電池模式下);超過該值可能會因過度衰減n)機械負荷。次數。如適用，應縮短采樣間隔(如1s),以獲得充足的時間分辨率觀察單個測量參數的變化。應確定7.1通則式(PEMFC)、電解池模式(PEMWE)及其混合模式或可逆模式(Re-PEM)。各種模式均考察性能和耐框架中，目標是盡可能使下列試驗程序與電能儲存系統(見IEC62282-8-201)的要求保持一致。GB/T28817—2022中給出的直接適用于在可逆模式下運行的質子交換膜單池/電堆組件的試驗程序堆組件的響應。由試驗得到的I-V曲線可計算出面電阻率(ASR)。試驗的主要作用是確定單池/電堆組件在設定電流下的電壓。試驗的持續時間取決于測量方法(步標準試驗條件(Pa)下的電力輸出(燃料電池模式)/輸入(電解模式)根據附錄B進行試驗結果Rint=△Vci/I…………(1)R.=Rin×Aatvf)使用的試驗臺b)電極活性面積； (規范性)A.1試驗目的a)檢查控制設備和測量設備是否有泄漏。測漏的方法有很多法的選擇取決于所使用的設備。試驗設備的正常運行應通過與6.1(儀器不確定度)中規定的以確定是否有短路。測量電池電壓接線點之間的電阻，以確定它們是否絕緣。測量電池間的e)如有需要，檢查接線和其他設備對地絕緣情況。建議在連接輸出控制設備或測量設備前檢查A.3.1試驗輸入參數(TIPs)和靜態試驗輸入如表A.1所示。根據試驗的目的，對電流設定值(步驟數量，級別和變化速率)詳細單池/電堆電流(恒流控制)I給定工作點的駐留時間給定工作點的平衡時間給定工作點的采集時間單池/電堆電壓(恒壓控制)V負極流體入口溫度正極流體入口溫度負極進口處的流體壓力正極進口處的流體壓力在燃料電池模式下，通過背壓控制調節出口壓力來改變進口壓力。在電解模式下，出口參數。在給定的試驗條件下，I-V曲線在恒電流控制下進行。試驗輸入參數從達到其規定的值開始以及A.3.2試驗輸出參數(TOPs)表A.2列出了在此試驗應用程序中確定的試驗輸出參數(TOPs)。關鍵試驗輸出參數是單池/電符號單池/電堆電壓(恒流控制)V單池/電堆電流(恒壓控制)I負極流體出口溫度正極流體出口溫度電堆端板溫度表A.3列出了可從試驗輸入參數和/或試驗輸出參數得到或計算出的相關量。電流密度J電功率GB/T42847.2—2023/IEC62282-8-102:2019表A.3電流-電壓特性試驗的導出量(續)R負極反應物利用率質子交換膜電池電壓應根據所述的試驗輸入參數穩定性或單池/電堆溫度在規定的范圍內進行測和靜態試驗輸入如表A.4所示。表A.4穩態試驗的試驗輸入參數(TIPs)負極進口處流體的總體積流量I給定工作點的駐留時間給定工作點的平衡時間l給定工作點的采集時間負極流體入口溫度正極流體入口溫度負極進口處的流體壓力*正極進口處的流體壓力在燃料電池模式下，通過背壓控制調節出口壓力來改變進口壓力。在電解模式下，出口在給定的試驗條件下，I-V曲線在恒電流控制下進行。試驗輸入參數從達到其規定的值開始以及表A.5列出了在此試驗應用程序中確定的試驗輸出參數(TOPs)。關鍵試驗輸出參數是單池/電表A.5穩態試驗的試驗輸出參數(TOP符號單池/電堆電壓(恒流控制)V單池/電堆電流(恒壓控制)I負極流體出口溫度T正極流體出口溫度負極出口氫氣的體積流量qy.H2..電堆溫度電池溫度T表A.6列出了可從試驗輸入參數和/或試驗輸出參數導出或計算出的相關量。電流密度J電功率負極反應物利用率負極出口干燥氫氣的摩爾流量質子交換膜電池電壓應根據所述的試驗輸入參數穩定性或單池/電堆溫度在規定的范圍內進行測A.5.1試驗輸入參數(TIPs)GB/T42847.2—2023/IEC6228單池/電堆電流(恒壓模式)I單池/電堆電壓(恒流模式)V負極流體入口溫度正極流體入口溫度負極進口處流體的總體積流量Qy..pos.in負極出口的流體壓力正極出口的流體壓力·在燃料電池模式下，通過背壓控制調節出口壓力來改變進口壓力。在電解模式下，出口壓力即為試驗輸入參數。單池/電堆電流(恒壓模式)I單池/電堆電壓(恒流模式)V負極反應物出口溫度正極反應物出口溫度T電堆內部溫度電池溫度通過試驗輸入參數的穩定性來測量質子交換膜電池的電壓。在試驗過程中，所有的試驗輸入參數A.5.3導出量表A.9列出了可從試驗輸入參數和/或試驗輸出參數得到或計算的相關量。表A.9恒載耐久性試驗的導出量電流密度J電功率P功率密度負極反應物利用率·計算衰減率所選擇的Y值可為單池/電堆電壓、功率密度或面電阻單池/電堆組件在試驗開始前應在參考試驗條件下處于穩態。如已知，單池/電堆組件在試驗開始在整個試驗過程中，應仔細記錄電流I和單池/電堆溫度Talsnck下的單池/電堆電壓Vsme/ea隨時間的變化。也可通過設置截止電壓(根據燃料電池或電解模式),在預期的持續運行時間to未到達前，在本試驗過程中，靜態和動態的試驗輸入參數(TIPs)的定義見表A.10和表A.11。反應物的流量和組分被評估為靜態(單一模式)或動態(混合模式)試驗輸入參數，取決于當前循環是否只包含一種操作模式(燃料電池或電解)或混合兩種模式。當從燃料電池模式切換到電解模式時，需要一個明確的步驟(在OCV)改變反應物組分和流量。靜態TIPs負極進口處流體的總體積流量負極出口的流體壓力正極出口的流體壓力在燃料電池模式下，通過背壓控制調節出口壓力來改變進口壓力。在電解模式下，出口靜態TIPs動態TIPs負極出口的流體壓力負極進口處流體的總體積流量正極出口的流體壓力電流斜率駐留時間在燃料電池模式下，通過背壓控制調節出口壓力來改變進口壓力。在電解模式下，出口表A.12列出了在此試驗程序中確定的試驗輸出參數。在其他參數不變情況下，該試驗的主要輸V負極流體入口溫度Tng.i正極流體入口溫度Tp.in負極流體出口溫度正極流體出口溫度電堆內部溫度電池溫度表A.13列出了可從試驗輸入參數和/或試驗輸出參數導出或計算符號公式電流密度J電功率P正極反應物利用率U負極反應物利用率轉換轉化速率△I/△t,應基于目標試驗程序定義，并參考制造商的建議。應確定試驗的循環次數Nesls。燃料/空氣利用率宜對應其各自的試驗電流。電流|I|(提供給單池/電堆組件或從單池/電堆組在設置電流值下持續運行to,然后根據選定的電流轉化率△I/△t調整電流值。首個循環完成后，重復上一個循環Ncd.-1次。當循環持續時間足夠長時，可在每個完整循環之間進也可通過設置截止電壓(根據燃料電池或電解模式),在預估持續運行時間top未到達前，提前自動終止A.7加壓試驗表A.14加壓試驗的試驗輸入參數(TIP正極入口的流體壓力Ppon.i負極出口的流體壓力動態TIPs符號正極出口的流體壓力表A.15列出了在此試驗應用程序中確定的試驗輸出參數(TOPs)。表A.15加壓試驗的試驗輸出參數(TOP在給定工作點的駐留時間負極腔和正極腔之間的壓差池/電堆組件的運行歷史數據宜監測并記錄。此時，設定具體的試驗輸入參數并開始計算試驗運行GB/T42847.2—2023/IEC(規范性)公示匯編Pe=Vel/stack×I式中：Pa=Vel/stack×J…………(B.2)式中：Pa——電功率密度，單位為瓦每平方厘米(W/cm2);Vel/stck——單池/電堆組件電壓，單位為伏(V);J——電堆電流密度，單位為安每平方厘米(A/cm2)。stacks,includingreversiblecellmodulesinreversemode—Testproceduresfortheperformaofuncertaintyinmeasurement[4]ISO/IECGuide98-3Uncertcertaintyinmeasurement(GUM:1995)[5]ISO/IECGuide98-3-SP1Supplement1—Uncertheexpressionofuncertainty