(高清版)GBT 42847.2-2023 储能系统用可逆模式燃料电池模块 第2部分：可逆模式质子交换膜单池与电堆性能测试方法

储能系统用可逆模式燃料电池模块Part2:Testproceduresfortheperformanceofsfortheperformanceofsinglecellsand国家标准化管理委员会国家市场监督管理总局发布国家标准化管理委员会I Ⅲ 12规范性引用文件 1 13.1术语与定义 1 53.3气体温度与压力的标准值 7 7 85.1通则 85.2可逆质子交换膜单池/电堆组件 85.3分离式可逆质子交换膜单池/电堆 9 95.5参数控制与测量 5.6试验输入参数及试验输出参数的测量方法与控制精确度 6测量仪器与测量方法 6.1仪器的不确定度 6.2推荐的测量仪器与方法 6.3参考试验条件与制造商建议 6.4数据采集方法 7试验程序与结果计算 7.2电流-电压(I-V)特性试验 7.3稳态试验 7.4耐久性试验 7.6电流循环耐久性试验 7.7加压试验 8试验报告 8.2报告项目 8.3试验单元数据说明 Ⅱ8.4试验条件说明 8.5试验数据说明 8.6不确定度评估 附录A(规范性)试验程序指南 21附录B(规范性)公示汇编 30参考文献 31ⅢGB/T42847.2—2023/IEC6228 1储能系统用可逆模式燃料电池模块第2部分：可逆模式质子交换膜单池与本文件规定了质子交换膜单池/电堆在燃料电池模式、电解和/或可逆模式下的性能试验用质子交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IEC60050-485:2020国际电工术语第485部分：燃料电池技术(Internationalelectrotechnicalvocabulary(IEV)—Part485:FuGB/T28817—2022聚合物电解质燃料电池单电池测试方法(IECTS622822燃料fuel将燃料(3.1.12)和氧化剂(3.1.22)的化学能转化为电能[直流(DC)电]、热和反应产物的电化学3最低电池电压minimumcellvoltage最高电池电压maximumcellvoltage4氧化剂oxidant通过单池/电堆组件中指定电极转化了的物质流与 5试验输入参数testinputparameter;TIP表1给出的符号及单位适用于本文件。定义a仪器规格书指明的误差限制单池/电堆中电极的电极活性面积F法拉第常数(96485.3)施加在单池/电堆上的压紧力NI电堆电流AJ电堆电流密度kn一N串联电池的数量p压力负极进口处的流体压力6定义正极进口处的流体压力负极出口处的流体压力正极出口处的流体压力PW电功率密度P电功率W流体组分i的体积流量(标准温度及压力)负极流体的体积流量(标准温度及压力)正极流体的体积流量(标准温度及压力)负极进口处流体的总体积流量负极出口处氢气的体积流量负极出口处氢气的摩尔流量R内电阻ΩR摩尔气体常数(8.3145)数据采集时间s运行时间s测量开始时间s测量结束时间s给定工作点的驻留时间sI到达给定工作点的平衡时间s给定工作点的采集时间sT℃℃电堆端板温度℃℃℃7表1符号(续)定义Tng.o℃℃℃电堆内部温度℃℃℃负极上反应物的利用率(燃料电池模式下的燃料利用率)正极上反应物的利用率(燃料电池模式下的氧化剂利用率)VV电堆中所有单池的平均电压VZx负极和正极之间的压差电压变化V电流中断时电池电压的瞬时变化V·所选择的计算衰减率的量Y为单池/电堆的电压、功率密度或AS见3.3。——po=101.325kPa。8 9热水氢气电解分离式可逆质子交换膜单池/电堆组件结构如图2所示，包括质子交换膜燃料电池(PEMFC)和质燃料电池燃料电池热水热完整的试验环境如图3所示，包括质子交换膜单池/电堆组件(试验对象)和相应的试验与控制设控制控制质子交换膜单体电压监控气体压力GB/T42847.2—2023/IEC62282-8-10 ——准确度是测量值与其真值间的一致程度。误差是测量值与被测量真实值——不确定度是报告值的组成部分，表征了被测量结果的不可信程度。不确定每台测量仪器在校准时得到的或根据仪器类别估计的扩展不确定度(包含因子k=2,详见ISO/IECGuide98-3)应不低于表2的要求。I电流V电压±0.5%相对于OCV(燃料电池模式)或最大单池/电堆电压(电解模式)T±2%额定值士0.3mol%相对于氧气浓度(氮气平衡)压力±2%最大预估值注：电流和电压的不确定度指的是它们各自的直流部分，在阻抗测量中没有为这些量提供合适的器类别估计的不确定度及其对环境条件的依赖程度。应设计仪器校准与更换的电流测量装置应位于电池的载流电路中。电流测量装置可由低阻抗安培计或校准过的分流器(可电流也可通过恒电位/恒电流电源(电解模式)或电子负载(燃料电池模式)来测推荐的内电阻测量方法有电流中断法和电化学阻抗谱(图4是质子交换膜电池阻抗谱(组合阻抗的虚部对实部)的示意图。质子交换膜电池阻抗测量值在实轴的截距一般位于1kHz和20kHz之间，如A点所示。在A点测量或插值得到的阻抗代表内电Z′——阻抗的实部；典型的内电阻测量仪器是恒电位仪/恒电流测量电极气体的流速应采用容积式流量计、质量流量计或涡轮式流量计等方式。如以上方法操作温度传感器应位于紧邻单池/电堆组件的下游。建议在紧邻单池/电堆组件的上游放置另一个传于正极和负极流场板的中心位置(符合5.5和附录A的要求)。静压测量端口应直接放置在单池/电堆的上游或下游。电极气体压力可在为确定试验条件和范围，应对单池/电堆组件制造商推荐的参考试验条件和典型试验范围进行评b)单池/电堆组件允许的温度分布(适用于多个测点);h)正极流体压力i)负极的燃料利用率(燃料电池模式);j)氧化剂利用率(燃料电池模式);k)电流或电流密度；1)单池/电堆组件的最小电压(燃料电池模式);m)单池/电堆组件的最大电流(在给定氢利用率的燃料电池模式下);超过该值可能会因过度衰减n)机械负荷。次数。如适用，应缩短采样间隔(如1s),以获得充足的时间分辨率观察单个测量参数的变化。应确定7.1通则式(PEMFC)、电解池模式(PEMWE)及其混合模式或可逆模式(Re-PEM)。各种模式均考察性能和耐框架中，目标是尽可能使下列试验程序与电能储存系统(见IEC62282-8-201)的要求保持一致。GB/T28817—2022中给出的直接适用于在可逆模式下运行的质子交换膜单池/电堆组件的试验程序堆组件的响应。由试验得到的I-V曲线可计算出面电阻率(ASR)。试验的主要作用是确定单池/电堆组件在设定电流下的电压。试验的持续时间取决于测量方法(步标准试验条件(Pa)下的电力输出(燃料电池模式)/输入(电解模式)根据附录B进行试验结果Rint=△Vci/I…………(1)R.=Rin×Aatvf)使用的试验台b)电极活性面积； (规范性)A.1试验目的a)检查控制设备和测量设备是否有泄漏。测漏的方法有很多法的选择取决于所使用的设备。试验设备的正常运行应通过与6.1(仪器不确定度)中规定的以确定是否有短路。测量电池电压接线点之间的电阻，以确定它们是否绝缘。测量电池间的e)如有需要，检查接线和其他设备对地绝缘情况。建议在连接输出控制设备或测量设备前检查A.3.1试验输入参数(TIPs)和静态试验输入如表A.1所示。根据试验的目的，对电流设定值(步骤数量，级别和变化速率)详细单池/电堆电流(恒流控制)I给定工作点的驻留时间给定工作点的平衡时间给定工作点的采集时间单池/电堆电压(恒压控制)V负极流体入口温度正极流体入口温度负极进口处的流体压力正极进口处的流体压力在燃料电池模式下，通过背压控制调节出口压力来改变进口压力。在电解模式下，出口参数。在给定的试验条件下，I-V曲线在恒电流控制下进行。试验输入参数从达到其规定的值开始以及A.3.2试验输出参数(TOPs)表A.2列出了在此试验应用程序中确定的试验输出参数(TOPs)。关键试验输出参数是单池/电符号单池/电堆电压(恒流控制)V单池/电堆电流(恒压控制)I负极流体出口温度正极流体出口温度电堆端板温度表A.3列出了可从试验输入参数和/或试验输出参数得到或计算出的相关量。电流密度J电功率GB/T42847.2—2023/IEC62282-8-102:2019表A.3电流-电压特性试验的导出量(续)R负极反应物利用率质子交换膜电池电压应根据所述的试验输入参数稳定性或单池/电堆温度在规定的范围内进行测和静态试验输入如表A.4所示。表A.4稳态试验的试验输入参数(TIPs)负极进口处流体的总体积流量I给定工作点的驻留时间给定工作点的平衡时间l给定工作点的采集时间负极流体入口温度正极流体入口温度负极进口处的流体压力*正极进口处的流体压力在燃料电池模式下，通过背压控制调节出口压力来改变进口压力。在电解模式下，出口在给定的试验条件下，I-V曲线在恒电流控制下进行。试验输入参数从达到其规定的值开始以及表A.5列出了在此试验应用程序中确定的试验输出参数(TOPs)。关键试验输出参数是单池/电表A.5稳态试验的试验输出参数(TOP符号单池/电堆电压(恒流控制)V单池/电堆电流(恒压控制)I负极流体出口温度T正极流体出口温度负极出口氢气的体积流量qy.H2..电堆温度电池温度T表A.6列出了可从试验输入参数和/或试验输出参数导出或计算出的相关量。电流密度J电功率负极反应物利用率负极出口干燥氢气的摩尔流量质子交换膜电池电压应根据所述的试验输入参数稳定性或单池/电堆温度在规定的范围内进行测A.5.1试验输入参数(TIPs)GB/T42847.2—2023/IEC6228单池/电堆电流(恒压模式)I单池/电堆电压(恒流模式)V负极流体入口温度正极流体入口温度负极进口处流体的总体积流量Qy..pos.in负极出口的流体压力正极出口的流体压力·在燃料电池模式下，通过背压控制调节出口压力来改变进口压力。在电解模式下，出口压力即为试验输入参数。单池/电堆电流(恒压模式)I单池/电堆电压(恒流模式)V负极反应物出口温度正极反应物出口温度T电堆内部温度电池温度通过试验输入参数的稳定性来测量质子交换膜电池的电压。在试验过程中，所有的试验输入参数A.5.3导出量表A.9列出了可从试验输入参数和/或试验输出参数得到或计算的相关量。表A.9恒载耐久性试验的导出量电流密度J电功率P功率密度负极反应物利用率·计算衰减率所选择的Y值可为单池/电堆电压、功率密度或面电阻单池/电堆组件在试验开始前应在参考试验条件下处于稳态。如已知，单池/电堆组件在试验开始在整个试验过程中，应仔细记录电流I和单池/电堆温度Talsnck下的单池/电堆电压Vsme/ea随时间的变化。也可通过设置截止电压(根据燃料电池或电解模式),在预期的持续运行时间to未到达前，在本试验过程中，静态和动态的试验输入参数(TIPs)的定义见表A.10和表A.11。反应物的流量和组分被评估为静态(单一模式)或动态(混合模式)试验输入参数，取决于当前循环是否只包含一种操作模式(燃料电池或电解)或混合两种模式。当从燃料电池模式切换到电解模式时，需要一个明确的步骤(在OCV)改变反应物组分和流量。静态TIPs负极进口处流体的总体积流量负极出口的流体压力正极出口的流体压力在燃料电池模式下，通过背压控制调节出口压力来改变进口压力。在电解模式下，出口静态TIPs动态TIPs负极出口的流体压力负极进口处流体的总体积流量正极出口的流体压力电流斜率驻留时间在燃料电池模式下，通过背压控制调节出口压力来改变进口压力。在电解模式下，出口表A.12列出了在此试验程序中确定的试验输出参数。在其他参数不变情况下，该试验的主要输V负极流体入口温度Tng.i正极流体入口温度Tp.in负极流体出口温度正极流体出口温度电堆内部温度电池温度表A.13列出了可从试验输入参数和/或试验输出参数导出或计算符号公式电流密度J电功率P正极反应物利用率U负极反应物利用率转换转化速率△I/△t,应基于目标试验程序定义，并参考制造商的建议。应确定试验的循环次数Nesls。燃料/空气利用率宜对应其各自的试验电流。电流|I|(提供给单池/电堆组件或从单池/电堆组在设置电流值下持续运行to,然后根据选定的电流转化率△I/△t调整电流值。首个循环完成后，重复上一个循环Ncd.-1次。当循环持续时间足够长时，可在每个完整循环之间进也可通过设置截止电压(根据燃料电池或电解模式),在预估持续运行时间top未到达前，提前自动终止A.7加压试验表A.14加压试验的试验输入参数(TIP正极入口的流体压力Ppon.i负极出口的流体压力动态TIPs符号正极出口的流体压力表A.15列出了在此试验应用程序中确定的试验输出参数(TOPs)。表A.15加压试验的试验输出参数(TOP在给定工作点的驻留时间负极腔和正极腔之间的压差池/电堆组件的运行历史数据宜监测并记录。此时，设定具体的试验输入参数并开始计算试验运行GB/T42847.2—2023/IEC(规范性)公示汇编Pe=Vel/stack×I式中：Pa=Vel/stack×J…………(B.2)式中：Pa——电功率密度，单位为瓦每平方厘米(W/cm²);Vel/stck——单池/电堆组件电压，单位为伏(V);J——电堆电流密度，单位为安每平方厘米(A/cm²)。stacks,includingreversiblecellmodulesinreversemode—Testproceduresfortheperformaofuncertaintyinmeasurement[4]ISO/IECGuide98-3Uncertcertaintyinmeasurement(GUM:1995)[5]ISO/IECGuide98-3-SP1Supplement1—Uncertheexpressionofuncertainty