《燃料电池电动汽车燃料电池堆台架试验方法》编制说明

《燃料电池电动汽车燃料电池堆台架试验方法》编制说

明

一、工作简况

1.1任务来源

《燃料电池电动汽车燃料电池堆台架试验方法》团体标准是由中国汽车工程学

会批准立项，项目任务编号为：2022-62。本标准由中国汽车工程学会汽车测试技术

分会提出，中汽研新能源汽车检验中心（天津）有限公司起草。

1.2编制背景与目标

随着近年来国内外燃料电池技术的不断发展，众多燃料电池堆产品相继面世。

由于目前国内外缺少统一的性能试验标准和试验方法，导致在各大研究机构和企业

的宣传资料中，燃料电堆的额定功率、峰值功率、体积功率密度、气密性、环境安

全性、低温冷起动性能等燃料电池堆的关键性能参数一次次的突破记录。不同的试

验方案及定义导致对于燃料电池堆关键性能缺乏横向对比的基础；评价方法的不同

也无法使行业内有足够的技术定位，不利于燃料电池堆的行业标准化。

本标准旨在提出燃料电池电动汽车用燃料电池堆的关键性能试验方法，以期给

出统一的性能测试的方法，统一性能测试的度量标准，按照统一的方法来测评电堆

的关键性能，结束之前因缺乏标准而出现各自为战，评价不一的局面，为鉴别市场

上电堆产品的优劣提供可靠依据。

当前，对于燃料电池堆的关键性能测试，主要集中于极化曲线测试、额定功率

测试、体积功率密度等，其中对于燃料电池堆提及的测试方法缺少行业内的共识，

造成了同样的技术指标得出的最终结果并无可比性。由于体积定义差别较大，对燃

料电池堆的功率密度的评价分为四个层级：活性面积层、电池组层、端板层和外壳

层。此外，缺乏完整的性能、气电安全性、环境适应性及低温特性的综合评价测试

标准，无法全方位综合的评判燃料电池堆产品的性能优劣。

GB/TGB/T31035-2014GB/TGB/T

20042.2-2023质子交换膜燃33798-201729838-2013

质子交换膜料电池电堆低温道路车辆用燃料电池

燃料电池第特性试验方法质子交换膜模块

2部分：电池燃料电池模

堆通用技术条块

1

件

体积质量测试√×××

极化曲线测试√×××

额定功率测试√×√×

峰值功率测试√×√×

气密性测试√√√√

高低温气密性××××

绝缘电阻测试√×√√

环境适应性测试×√√×

低温冷起动测试×√××

功率密度测试√×××

振动××√√

冲击×××√

当前国内对燃料电池堆的性能测试主要参考上表中四项标准，但其中多项关键

性能指标的定义及测试方法并无涉及，且部分指标标准间的定义不同。尚无完整的

覆盖所有关键性能指标的参考标准。

目前国外尚无可供参考的完整的覆盖所有关键性能测试项目的测试标准。

1.3主要工作过程

本标准于2020年12月开始标准调研，2021年3月至2023年7月进行了标准

相关的试验操作工作；2022年6月24日正式立项；2022年7月至11月进行了标准

编写工作。

2022年6月在天津召开了标准立项审查会，会议上由中汽研新能源汽车检验中

心（天津）有限公司对本标准的立项背景、内容、编制说明等进行了简要介绍。

2022年11月10日在天津召开了标准讨论会，会议上中汽研新能源汽车检验中

心（天津）有限公司对标准的测试方法及标准内容框架进行了介绍，中国第一汽车

股份有限公司、北京氢璞创能科技有限公司等针对标准的测试方法进行了讨论。经

过此次会议，初步确定了极化曲线测试时长，电堆体积测试方法、气密性试验压力、

绝缘电阻冷却液电导率要求等，为下一步工作奠定了基础。

2023年4月11日在天津召开了第二次标准讨论会，针对这一阶段的试验验证

成果进行了讨论，中汽研新能源汽车检验中心（天津）有限公司、中国第一汽车股

份有限公司、北京氢璞创能科技有限公司等对标准的测试细节及试验验证结果进行

了充分的讨论和交流，初步完成了标准草案的制定。

二、标准编制原则和主要内容

2.1标准制定原则

2

在充分总结和比较了国内外对于燃料电池堆台架试验标准的基础上，参考了

GB/T20042.2-2008《质子交换膜燃料电池电池堆通用技术条件》、GB/T31035-2014

《质子交换膜燃料电池电堆低温特性试验方法》、GB/T33798-2017《道路车辆用

质子交换膜燃料电池模块》、GB/T29838-2013《燃料电池模块》标准中有关内容

的编写。本标准对测试时间、绝缘电阻测试中冷却液状态、高低温气密性试验要求、

冷起动气体预冷温度等方面做出了较详细的规定，并通过对不同类型燃料电池堆的

多次试验对标准的内容进行了调整及验证，以确保测试的准确性及不同燃料电池堆

测试条件的一致性。

2.1.1通用性原则

本标准提出的燃料电池堆台架试验方法适用于任何车用质子交换膜燃料电池堆，

对不同功率等级具有同等适用性，通用性高。

2.1.2指导性原则

本标准提出的方法能为车用燃料电池堆的气密性、绝缘电阻、极化曲线、额定

功率、体积功率密度等测试提供指导作用。目前使用的GB/T31035-2014《质子交

换膜燃料电池电堆低温特性试验方法》中对燃料电池堆的在低温冷起动中的预冷温

度没有做要求，本标准的提出可以填补该项测试的空白。

2.1.3协调性原则

本标准提出的方法与目前使用的国家标准中的方法协调统一、互不交叉。仅作

为一种标准补充。

2.1.4兼容性原则

本标准提出的试验方法充分考虑了燃料电池堆的实际使用工况及安全要求，具

有普遍适用性。

2.2标准主要技术内容

本标准共分为6章，规定了燃料电池电动汽车燃料电池堆台架试验的方法和要

求。内容包括范围、通用性要求、术语及定义、测量参数、单位及准确度、试验条

件及试验要求、试验方法。

2.3关键技术问题说明

本标准提出的高低温工况下的气密性测试，氢气的密度很小，且燃料电池堆中

含有大量的密封部件，高低温情况下密封部件的形变和膜电极的透气率对于燃料电

池堆的气密性影响较大，由于氢气的密度很小，特别在低温情况下电堆的密封材料

3

形变，容易发生氢气的大规模泄漏。为测量在高低温环境下的电堆气密性，对电堆

在高低温环境下的存储时间做出规定，另一方面考虑到低温状况下需要对电堆进行

低温冷起动时初始工作压力不同，因此对电堆在低温环境下的试验温度和试验压力

做出要求。

本标准提出的低温冷起动试验是模拟燃料电池堆在实车状态下的低温冷起动工

况，考虑到在实车运行时，车上所供应的氢气与环境温度基本一致，空气温度由于

车上空压机压缩后进入电堆的温度上升，因此根据探究试验，对低温冷起动时的气

体预冷温度做出要求；另一方面对冷却液大小循环的切换作出规定。

2.4标准主要内容的论据

氢气无色无味，易燃易爆，且是世界上已知的密度最小的气体。由于氢气易燃，

对于在常规状态下及高低温状态下的气密性有着很高的要求，燃料电池堆中含有大

量的密封部件，高低温情况下密封部件的形变和膜电极的透气率对于燃料电池堆的

气密性影响较大，由于氢气的密度很小，特别在低温情况下电堆的密封材料形变，

容易发生氢气的大规模泄漏。

燃料电池堆在高湿环境中容易出现绝缘问题，因此提出在较高湿度下且带有冷

却液进行绝缘电阻测试。

表1空压机低温运行时温升试验表

各转速下出口平均温

空压机状态环境温度（℃）温升（℃）

升（℃）

-40114.4

-30112.3

高速112.1

-15110.3

0111.2

-4050.5

-3049.7

中速50.2

-1548.5

051.9

-4013.9

-3012.3

低速13.1

-1511.2

014.8

4

在实车运行时电堆的低温冷起动的氢气气体温度与环境温度高度吻合，而空气

端由于空压机工作具有一定的温升作用，通过模拟空压机的低温工作情况为电堆冷

起动时空气端的遇冷温度做出指导，且起动过程中存在冷却液的大小循环的切换过

程，同样在标准中进行开启大小循环切换的流程。

2.5标准工作基础

编写组主要起草单位中汽研新能源汽车检验中心（天津）有限公司具备完整的

新能源汽车检测能力。在燃料电池相关汽车、零部件以及材料级的部件测试方面积

累了大量的经验和测试数据。自项目开展以来，中汽研新能源汽车检验中心（天津）

有限公司在相关研究上投入了大量的精力，相继对国内外多款不同材质、不同功率

等级燃料电池堆进行了测试，大量的对比试验结果显示，本标准提出的燃料电池电

堆在台架试验方法具有一定的先进性、通用性、科学性和可操作性。

三、主要试验（或验证）情况分析

1)通过对电堆在不同温度下进行气密性测试，在高温下电堆的内漏较常温更高，

在低温环境中电堆的整体外漏情况相比常温情况更差。

2)低温气密性测试时对电堆进行不低于12小时的浸机，保证电堆内部温度与

环境温度一致，还原工作场景。

3)将冷却液的电导率及温度以及环境的温湿度继续记录。

综上所述，本标准提出的方法对当前燃料电池堆检测具有良好的适用性。

四、标准中涉及专利的情况

尚无。

五、预期达到的社会效益、对产业发展的作用的情况

燃料电池汽车技术的快速发展使得燃料电池堆产品开始进入产品化阶段。国外

已有丰田、EK等电堆产品，国内北京氢璞、上海神力等也都推出了自己的电堆产品，

产品的快速发展推动了标准需求。但是对于燃料电池电动汽车用燃料电池堆的关键

性能试验方法，并未给出统一的性能测试的方法，统一性能测试的度量标准，按照

统一的方法来测评电堆的关键性能，本标准的提出结束之前因缺乏标准而出现各自

为战，评价不一的局面，为鉴别市场上电堆产品的优劣提供可靠依据。服务燃料电

池汽车行业的健康发展。

六、采用国际标准和国外先进标准情况，与国际、国外同类标准水平的对比情况，国内外关键

指标对比分析或与测试的国外样品、样机的相关数据对比情况

5

6.1采用国际标准和国外先进标准情况

燃料电池电动汽车用燃料电池堆性能试验相关标准主要集中在气密性、功率等

常见项目，且对于关键参数定义不清，对关键性能指标的要求不一致。本标准的提

出可丰富燃料电池电动汽车测试标准体系，填补国内在燃料电池堆性能测试方面的

标准空白。目前国外尚无可供参考的完整的覆盖所有关键性能测试项目的测试标准。

6.2测试电堆相关数据对比情况

6.2.1燃料电池堆体积功率测试情况对比

分别对A、B、C、D、E、F六款电堆进行了体积功率密度测试，情况如下所示。

表1燃料电池堆体积功率密度测试情况

电堆编号体积功率密度（kW/L）

A3.6

B2.8

C3.6

D2.5

E3.2

F4.0

6.2.2燃料电池堆额定功率效率测试情况对比

分别对A、B、C、D、E、F六款电堆进行了额定功率效率测试，情况如下所示。

表2燃料电池堆额定功率点效率测试情况

电堆编号电压效率（%）效率（%）

A44.5029.66

B48.6032.36

C46.6530.27

D44.2329.54

E50.1433.35

F43.5429.99

七、在标准体系中的位置，与现行相关法律、法规、规章及相关标准，特别是强制性标准的协

调性

在燃料电池汽车的国标体系中，GB/T20042.2-2008《质子交换膜燃料电池电

池堆通用技术条件》、GB/T31035-2014《质子交换膜燃料电池电堆低温特性试验

方法》、GB/T33798-2017《道路车辆用质子交换膜燃料电池模块》、GB/T29838-2013

《燃料电池模块》中气密性，绝缘电阻，高低温存储等均有相关要求，本标准相关

内容与现行的国家标准相协调。高低温气密性试验方法基本不会进入国标体系中，

属于全新起草的内容。

6

本标准符合国家有关法律、法规和相关强制性标准的要求，与现行的国家标准

相协调。

八、重大分歧意见的处理经过和依据

尚无。

九、标准性质的建议说明

本标准为中国标准化协会标准，属于团体标准,供协会会员和社会自愿使用。

十、贯彻标准的要求和措施建议

严格按照本标准提出的试验方法对车用燃料电池堆进行检测，对试验人员进行

理论学习和操作培训，保证检测方法操作的准确性。

十一、废止现行相关标准的建议

无。

十二、其他应予说明的事项

无。

标准起草工作组

2023年11月25日

7

《燃料电池电动汽车燃料电池堆台架试验方法》编制说

明

一、工作简况

1.1任务来源

《燃料电池电动汽车燃料电池堆台架试验方法》团体标准是由中国汽车工程学

会批准立项，项目任务编号为：2022-62。本标准由中国汽车工程学会汽车测试技术

分会提出，中汽研新能源汽车检验中心（天津）有限公司起草。

1.2编制背景与目标

随着近年来国内外燃料电池技术的不断发展，众多燃料电池堆产品相继面世。

由于目前国内外缺少统一的性能试验标准和试验方法，导致在各大研究机构和企业

的宣传资料中，燃料电堆的额定功率、峰值功率、体积功率密度、气密性、环境安

全性、低温冷起动性能等燃料电池堆的关键性能参数一次次的突破记录。不同的试

验方案及定义导致对于燃料电池堆关键性能缺乏横向对比的基础；评价方法的不同

也无法使行业内有足够的技术定位，不利于燃料电池堆的行业标准化。

本标准旨在提出燃料电池电动汽车用燃料电池堆的关键性能试验方法，以期给

出统一的性能测试的方法，统一性能测试的度量标准，按照统一的方法来测评电堆

的关键性能，结束之前因缺乏标准而出现各自为战，评价不一的局面，为鉴别市场

上电堆产品的优劣提供可靠依据。

当前，对于燃料电池堆的关键性能测试，主要集中于极化曲线测试、额定功率

测试、体积功率密度等，其中对于燃料电池堆提及的测试方法缺少行业内的共识，

造成了同样的技术指标得出的最终结果并无可比性。由于体积定义差别较大，对燃

料电池堆的功率密度的评价分为四个层级：活性面积层、电池组层、端板层和外壳

层。此外，缺乏完整的性能、气电安全性、环境适应性及低温特性的综合评价测试

标准，无法全方位综合的评判燃料电池堆产品的性能优劣。

GB/TGB/T31035-2014GB/TGB/T

20042.2-2023质子交换膜燃33798-201729838-2013

质子交换膜料电池电堆低温道路车辆用燃料电池

燃料电池第特性试验方法质子交换膜模块

2部分：电池燃料电池模

堆通用技术条块

1

件

体积质量测试√×××

极化曲线测试√×××

额定功率测试√×√×

峰值功率测试√×√×

气密性测试√√√√

高低温气密性××××

绝缘电阻测试√×√