ICS27.020

CCSJ92

團體標準

T/CSICEXXXX-202X

質子交換膜燃料電池快速活化試驗方法

Rapidactivationtestmethodsforprotonexchangemembranefuelcells

XXXX-XX-XX發布XX-XX-XX實施

中國內燃機學會發布

T/CSICEXXX-XXX

質子交換膜燃料電池快速活化試驗方法

1范圍

本標準規定了質子交換膜燃料電池堆的快速活化方法和活化程度評價方法。

本標準適用于各種待活化的質子交換膜燃料電池堆。

2規范性引用文件

下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T20042.1—2017質子交換膜燃料電池第1部分：術語

GB/T29838—2013燃料電池模塊

GB/T36288—2018燃料電池電動汽車燃料電池堆安全要求

GB/T37244—2018質子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣

GB/T38914—2020車用質子交換膜燃料電池堆使用壽命測試評價方法

3術語和定義

GB/T20042.1-2017、GB/T29838—2013界定的以及下列術語和定義適用于本文件。

3.1

快速活化rapidactivation

在短時間內提升燃料電池性能，使其達到預期性能或最優性能。

3.2

額定電流ratedcurrent

燃料電池堆在額定工況下的輸出電流，此電流下燃料電池堆能夠維持運行一段時間。

3.3

氫泵活化hydrogenpumpingactivation

氫泵活化是向電池兩側供應氫氣，在外電流激勵的作用下提升電池性能的一種活化方式。

3.4

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極限電流活化limiting-currentactivation

極限電流活化是使得電池電壓處于較低電壓區間，電流達到最大發電能力的一種活化方式。

3.5

活化程度activationdegree

活化程度是評價燃料電池堆活化完成情況的參數。

4活化對象、活化設備及條件

4.1活化對象

活化對象一般為未經過活化的質子交換膜燃料電池堆。

在活化平臺上安裝活化對象前，檢查確認活化對象無外觀損傷，并確認燃料電池堆符合GB/T

36288—2018的基本安全要求。

4.2活化平臺及活化對象安裝

主要設備器件及精度見表1.

表1主要設備器件及精度

測量器件精度

濕度測量裝置相對濕度不低于±2.0%

溫度測量裝置不低于±0.5%

壓力測量裝置不低于±1.0kPa

陽極流量測量裝置不低于±1.0%FS（滿量程）

陰極流量測量裝置不低于±1.0%FS

電壓測量裝置不低于±0.1%FS，采樣頻率不低于100Hz

高精度直流電源量程不低于0-200V/150A，精度不低于±0.01%FS

燃料電池活化平臺如圖1所示。測試設備應能按照測試程序自動調控，并記錄測量參數；應具備多

通道電壓采集功能，能夠顯示和記錄燃料電池堆每節單片電壓；供氣流量和濕度變化速度不低于活化過

程中規定的變化速度。為了滿足活化過程中冷卻水溫能夠實現交替變化的要求，可采用圖2所示的冷卻

水溫控制的設計方案，其中冷卻水回路H為高溫回路，冷卻水回路L為低溫回路。可使用任何一方提

供的活化平臺，但應滿足本標準要求。

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要求進氣溫度、濕度、壓力傳感器布置在電池進氣口上游100mm之內，電池溫度傳感器布置在冷

卻液出口下游100mm之內或電池堆內部，進氣流量計布置于氣體增濕之前的管路。

圖1燃料電池活化平臺示意圖

圖2冷卻水溫控制示意圖

4.3活化環境與基本要求

規定活化的環境條件為：海拔不超過1000m，環境溫度為5℃~40℃，實驗室與室外應保持通風。

基本要求：所用氫氣純度應不低于99.97%，符合GB/T37244—2018的規定。

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4.4特別規定

燃料電池堆額定電流：由委托方指定，或對應活化后燃料電池平均每節電壓0.65V時的電流。

5快速活化試驗方法

5.1總則

要求依次完成下面的各項操作，除特殊說明，不得隨意調整操作順序、增減操作步驟以及更改各項

操作的相關參數。如果實驗對象和實驗設備的零部件出現損壞，應及時終止活化操作。當發生意外停機

時，應及時降低燃料電池各單片電壓至0.3V以下。

5.2活化準備工作

在進行正式的活化操作前，應確保活化的實驗環境滿足本標準中4.3的要求；應完成對待活化電池

的檢查，并確認活化對象符合GB/T36288—2018的基本安全要求；應完成活化平臺和相關設備的常規

檢測，保證氣路、水路通暢以及各部件能正常運行。檢查完畢后，正確地將待活化電池與活化平臺和其

他相關設備連接，核查無誤即可進行正式的活化操作。

5.3活化流程

5.3.1活化流程要求

應依次完成活化前性能測試、氫泵活化和極限電流活化等操作。

本標準適用于各種質子交換膜燃料電池堆的快速活化流程，除標準中的特殊說明外，不得隨意調整

操作順序、增減操作步驟以及更改各項操作的相關參數。在本標準允許的范圍內，如果對活化流程和操

作參數進行了調整，沒有嚴格按照本標準中規定的方法和參數進行活化，應在測評報告中作特殊說明。

活化過程中，燃料電池不得進行拆裝和調整緊固力，如果出現膜電極、雙極板或者密封件損壞，應

及時終止活化操作。如果發生意外停機，應及時降低燃料電池堆各單片電壓至0.3V以下，排除意外后，

可繼續進行活化的相關操作。

5.3.2活化前性能測試

活化前，對燃料電池堆的發電性能進行測試。測試中燃料電池堆的進氣溫度、進氣濕度、進氣壓力、

供氣化學計量比、冷卻液溫度及冷卻液壓力等參數由委托方指定。

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發電性能測試方法：在開路至平均每節燃料電池電壓0.60V范圍，至少測量10個工況點記錄各

工況穩定時的輸出電流和電壓。

由活化前發電性能的測試結果，燃料電池平均每節電壓0.75V時的電流設定為后續氫泵活化的氫

泵電流大小，平均每節電壓0.7V時的電流設定為后續極限電流活化的供氣參考電流大小。

5.3.3氫泵活化

當兩條冷卻水回路的溫度都達到預設值時，可開展氫泵活化操作，氫泵活化過程共耗時20min，操

作規程及參數如下：

a）向陽極和陰極通入氫氣，標準狀況兩側氫氣流量按照下式計算：

?

?H2=0.000698614×?H2×?×?H×?MEA

式中，為氫氣供氣化學計量比，為電堆單電池數目，為氫泵電流密度，單位為-2，

?H2n?HmA·cm

2

?MEA為膜電極有效面積，單位為cm。待電壓穩定后，通過電源施加電流激勵，開展氫泵活化。

相關工況參數見表2，本標準只提供進氣溫度、進氣濕度、背壓的推薦值，實際操作中按照委托方

要求進行設定。除進氣溫度、進氣濕度、背壓外，其余參數不得隨意更改。

b）在施加電流激勵的同時，開啟閥門L1、H2和H3，關閉閥門H1、L2和L3，即冷卻水回路H流

經電堆，冷卻水回路L保持旁通狀態，電堆在該溫度下運行5min；

c）開啟閥門H1、L2和L3，關閉閥門L1、H2和H3，即冷卻水回路L流經電堆，冷卻水回路H保

持旁通狀態，電堆在該溫度下運行5min；

d）重復步驟b）與c）一共2次，該步驟共耗時約20min。

表2氫泵活化工況參數

陽/陰極供氣化學計背壓

操作名稱進氣溫度進氣濕度冷卻水溫時長

氣體量比（絕對壓力）

陽極：280與40℃間

氫泵活化氫氣/氫氣80℃100%1bar20min

陰極：2交變

5.3.4極限電流活化

極限電流活化過程共耗時20min，操作規程及參數如下：

a）開啟閥門L1、H2和H3，關閉閥門H1、L2和L3，即冷卻水回路H流經電堆，冷卻水回路L保

持旁通狀態；

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b）向電堆陽極通入氫氣，陰極通入空氣，氫氣與空氣流量分別按照下式計算：

?

?H2=0.000698614×?H2×?×?L×?MEA

?air?=0.0165622×?air×?×?L×?MEA

式中，為供氣參考電流密度，單位為-2，為氫氣供氣化學計量比，為空氣供氣化學

?LmA·cm?H2?air

計量比。相關工況參數見表3，本標準只提供進氣溫度、進氣濕度、背壓的推薦值，實際操作中按照委

托方要求進行設定。除進氣溫度、進氣濕度、背壓外，其余參數不得隨意更改；

c）監測電堆各節電池電壓，對電堆施加負載，使得最低單片電壓從開路逐步降低至0.1±0.05V的

區間內，記錄此時的電流大小，電堆在此電流下持續運行20min。運行期間可微調工作電流，維持最低

單片電壓始終在上述電壓區間內。

表3極限電流活化工況參數

陽/陰極供氣化學計背壓

操作名稱進氣溫度進氣濕度冷卻水溫時長

氣體量比（絕對壓力）

極限電流活陽極：>1

氫氣/空氣80℃100%1bar80℃20min

化陰極：1

5.3.5其他活化方法

特指委托方指定的除氫泵活化、極限電流活化之外的可能有效的活化方法，比如裝堆前清洗膜電極、

向陰陽極流道通入去離子水等，這些操作應嚴格安排在本標準中5.2所規定的操作之前，并且需要詳細

記錄操作過程和操作參數，并在測評報告中作特殊說明。

5.4活化程度評估

5.4.1活化后性能測試

完成活化后，再次對燃料電池堆的發電性能進行測試，發電性能測試方法與活化前測試相同。由發

電性能的測試結果，確定活化后燃料電池堆的額定電流。

5.4.2活化程度評價方法

本標準中的活化程度特指極限電流活化結束后的燃料電池活化程度，如果委托方要求在極限電流

活化之