质子交换膜燃料电池汽车用氢气中颗粒物的测定-称重法-编制说明

《质子交换膜燃料电池汽车用氢气中颗粒物的测定——称重法》

编制说明

一、任务来源

为了加快构建燃料电池用燃料氢质量保证体系，支撑国家标准

GB/T37244的贯彻实施，为氢能和燃料电池产业高质量发展奠定良

好保障基础，针对氢气中颗粒物的测定目前暂无合适的国家或行业标

准，经中国节能协会批复立项，编写《质子交换膜燃料电池汽车用氢

气中颗粒物的测定——称重法》。

二、标准制定背景、目的和意义

氢燃料氢中的颗粒物进入到车内燃料供给系统后，会造成滤器堵

塞、影响阀门密封性和燃料电池堆的运行效率和寿命下降，对电堆系

统形成不可逆的损害。GB/T37244-2018、ISO14687:2019、SAE

J2719-202003等标准中均对燃料电池车用氢气中颗粒物浓度进行了

限值规定，要求颗粒物浓度小于1mg/kg。通过对氢气中杂质在制备、

运输、加注过程迁移规律研究，发现颗粒物除了气源引入外，也有可

能在运输、加注过程中二次引入。同时研究表明，颗粒物浓度测试结

果与取样过程的压力、流速等条件密切相关，需要对取样过程进行详

细规定，才能获取可靠的、可比较、有参考价值的测试结果，因此，

颗粒物检测对加注氢气的品质保障至关重要。

ASTMD7650、ASTMD7651两项标准中分别规定了颗粒物的取

样方法和测量方法。由于国内加氢机、加氢站相关技术规范与国外不

同，以上两个标准并不适用于国内实际情况。因此，建立一套符合国

内实际情况，适用性强的燃料电池汽车用氢气中颗粒物取样和测定标

准是十分必要的。

三、标准的编写原则与思路

本标准在编制过程中，主要遵循了科学性、实用性、规范性的原

则。

1、科学性。根据《中华人民共和国标准化法》相关法律法规，

主要参照了GB/T《24499氢气、氢能与氢能系统术语》、GB/T37244

《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》、SAEJ2719《燃料电池

车用氢气品质标准》、ISO19880-8《氢气加氢站燃料品质控制》、

GB31138-2014《汽车用压缩氢气加气机标准》、GB50516-2010《加

氢站技术规范》、SAEJ2600-2015《压缩氢气车辆连接装置标准》、

SAEJ2601《加注协议》、ASTMD7650-13《用于气体燃料高压氢

中悬浮微粒试样的内流过滤器的标准试验方法》、ASTMD7651-17

《称重法测定氢燃料中颗粒物的标准试验方法》等相关标准，确定标

准条款。

2、实用性。结合国内氢能发展需求、氢能技术进步、氢气质量

检测各环节单位需求等，对本标准的相关要求作出全面规定，实用性

强。标准内容经过起草组反复讨论，语言表达力求准确、精炼，条理

清晰，具备可操作性。

3、规范性。标准格式按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1

部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定编写。

四、主要编制过程

1、准备和启动阶段

本标准《质子交换膜燃料电池汽车用氢气中颗粒物的测定——称

重法》由国家技术标准创新基地（氢能）、全国氢能标准化委员会、

中国节能协会氢能专委会提出，于2021年7月获中国节能协会批复

立项。

团体标准正式立项后，北京低碳清洁能源研究院、中国节能协会

氢能专委会委托佛山绿色发展创新研究院、中国石油化工股份有限公

司石油化工科学研究院、全国氢能标准化委员会为该标准主要起草单

位，并建立了标准起草组，收集大量材料，制定工作计划。

2021年7月，国家技术标准创新基地（氢能）、全国氢能标准

化委员会、中国节能协会氢能专委会召开本标准启动会，起草组及相

关单位参与，重点讨论了本标准的基本框架、拟修订内容和修订工作

进程。

2、起草阶段

2021年8月-10月，标准起草工作开展后，起草工作组详细研读

了气体中颗粒物检测的相关的国内外先进标准及其引用标准和技术

规范，同时收集、查阅了大量有关燃料电池车用氢气中颗粒物表征的

技术文献，最后经多次探讨、协商、修改，形成了本标准的草案。

2021年11月，标准起草组针对《质子交换膜燃料电池汽车用氢

气中颗粒物的测定——称重法》召开内部研讨会，会上对标准讨论稿

作了逐字逐句的讨论、修改和完善，最终形成了本标准征求意见稿。

五、标准主要内容说明

本标准在编制过程中，严格遵照国家及团体标准规定的程序进行，

本标准中主要条款编制说明如下：

1、范围

本标准规定了燃料电池车用氢气中颗粒物测方法，包括过滤取样

方法和称重测量法。

本标准描述了取样装置、取样操作流程、测量步骤、计算的要求。

本标准适用于最高压力低于35MPa的加氢站（符合GB31138-2014

汽车用压缩氢气加气机标准）正常加注模式下或者手动测试模式下进

行颗粒物取样；颗粒物测试方法适用于不用类型取样后，颗粒物称重

测量。

2、规范性引用文件

列出了该标准的规范性引用文件，主要引用标准共计10项，其

中引用国内文件4项，国际文件6项。

3、术语和定义

除GB/T37244、GB/T24499界定以及下列术语和定义适用于本

文件，本标准共涉及15条术语和定义。

4、方法原理

燃料电池汽车用氢气中所含颗粒物的测量方法，包括颗粒物取样

和称重两部分。通过在线过滤取样装置，在一定压差条件下，燃料氢

气中的悬浮颗粒物被截留在已知质量的滤膜上，根据采样前后滤膜的

重量差和采样体积，计算总悬浮颗粒物浓度。

根据颗粒物取样装置的具体场景要求不同，本标准中提供了三种

颗粒物收集工装、氢气收集系统和尾气处理系统的组合方式，如图

1-1、1-2和1-3所示。根据加氢站现场具体的安全要求及加氢机控制

程序，可以采用不同类型的氢气收集方式。第一种为外接集气系统，

如图1-1所示，氢气收集系统是用于通过颗粒物过滤收集装置的氢气

进行收集的部分，由符合SAEJ2600标准的受气口和储氢瓶两部分

组成。此处的受气口与颗粒物收集装置的受气口相同，目的颗粒物收

集装装置末端的出气口喷嘴相连接。系统设计承压为42MPa或者

87.5MPa，并内置适当的安全系数。第二种为直接与燃料电池汽车连

接，如图1-2所示，经过过滤的氢气直接作为气源加入到燃料电池汽

车中。第三种为直接与尾气排放系统连接，如图1-3所示，经过过滤

的氢气直接与尾气排放其中连接，将尾气进行安全处理。

氢气样品收集阻火器

加氢枪出颗粒物取样装颗粒物取样装

容器受气口

气口喷嘴置受气口置出气口喷嘴

1234

35MPa加

氢机颗粒物收集工装储氢瓶氢气排放

颗粒物取样系统氢气收集系统尾气处理系统

图1-1氢气中颗粒物取样方法示意图-外接集气系统

加氢枪出颗粒物取样装

气口喷嘴置受气口

12

3

35MPa加

氢机颗粒物收集工装

颗粒物取样系统

图1-2氢气中颗粒物取样方法示意图-直接加注到汽车

阻火器

加氢枪出颗粒物取样装

气口喷嘴置受气口

12

35MPa加

氢机颗粒物收集工装氢气排放

颗粒物取样系统尾气处理系统

图1-3氢气中颗粒物取样方法示意图-直接排空

5、试剂和材料

在本章中规定了颗粒物测量过程中所需的试剂和材料。其中

滤膜用于颗粒物收集，要求对于直径为0.2μm的标准粒子，捕集

效率不低于99%。氮气用于取样系统和手套箱的吹扫、保压。去离子

水用于工装设备清洗。

6、仪器和设备

本项标准中对颗粒物收集和颗粒物称量的相关设备提出了相

应的要求。颗粒物的工装是关键设备之一，如图2所示，顶部通

过快插或者卡套连接的形式直接受气口连接，然后连接一个针阀，

针阀用于开始试压脉冲阶段，保护过滤膜不被大气流损坏。针阀

后连接过滤器壳装，过滤器壳装内部包含一个直径为47mm的过滤

膜(≥0.2μm孔径），由150微米孔径的多孔金属熔块支撑，接

下来连接一个单向阀，用于保护过滤膜不会被反混气体污染或者

损坏，单向阀之后，为一个高压排气阀，随后是一个标准的加氢

软管和喷嘴，加氢软管和喷嘴符合SAEJ2600标准要求。颗粒物

称量设备根据具体应用场景选择，在加氢站现场称量测试，需要

选择防爆天平，在实验室检测的条件下，使用电子天平。

7、颗粒物取样步骤

在本章中规定了适用于三种不同场景的采样的方法、采样前、

采样中、采用后及尾气处理方法的相关要求。由于颗粒物含量低、

且介质为高压氢气，因此颗粒取样操作精度和安全要求非常高。

采样完成后为了避免样品污染，颗粒连同颗粒收集装置、氢气收

集装置以及其他配件分别采用专用的包装箱进行包装，要求通过

专业化学品运输公司进行运输。此外，高压颗粒物现场取样属于

非常规操作，必须有专业受训人员完成，要求有充装资格证等资

质。

8、颗粒物样品分析

在本章中规定了颗粒物样品称重全过程的操作步骤及要求。

为了避免环境对测量精度的影响，称重前需要将带有颗粒物样品

的滤膜在温湿度环境下进行静置，达到平衡后才能进行称量。

9、结果计算

在本章中规定了颗粒物质量浓度计算方法和体积浓度计算方

法。

10、质量保证和质量控制

在本章中规定了测试过程的质量保证和质量控制的一般要求。

仪器设备的检定、维护、校准、运行和维护应符合SAE2600中相

关的检定、校准、运行、维护要求。在采样前、采样后称重时，

必须进行天平校准。采样前、采样后平衡及称重时，应保证环境

温度和环境湿度条件一直，应避免静电对称量的影响。保证同一

称量部件在采样前后称量为同一天平，避免造成系统误差。采样

前后、放置、安装、取出、标记、转移采样部件时，必须穿戴合

适的防护装备，如无粉末、抗静电的一次性手套。

六、与现行相关标准的关系

本标准与现行法律、法规及相关标准协调一致。

《质子交换膜燃料电池汽车用氢气中颗粒物的测定——称重法》

编制说明

一、任务来源

为了加快构建燃料电池用燃料氢质量保证体系，支撑国家标准

GB/T37244的贯彻实施，为氢能和燃料电池产业高质量发展奠定良

好保障基础，针对氢气中颗粒物的测定目前暂无合适的国家或行业标

准，经中国节能协会批复立项，编写《质子交换膜燃料电池汽车用氢

气中颗粒物的测定——称重法》。

二、标准制定背景、目的和意义

氢燃料氢中的颗粒物进入到车内燃料供给系统后，会造成滤器堵

塞、影响阀门密封性和燃料电池堆的运行效率和寿命下降，对电堆系

统形成不可逆的损害。GB/T37244-2018、ISO14687:2019、SAE

J2719-202003等标准中均对燃料电池车用氢气中颗粒物浓度进行了

限值规定，要求颗粒物浓度小于1mg/kg。通过对氢气中杂质在制备、

运输、加注过程迁移规律研究，发现颗粒物除了气源引入外，也有可

能在运输、加注过程中二次引入。同时研究表明，颗粒物浓度测试结

果与取样过程的压力、流速等条件密切相关，需要对取样过程进行详

细规定，才能获取可靠的、可比较、有参考价值的测试结果，因此，

颗粒物检测对加注氢气的品质保障至关重要。

ASTMD7650、ASTMD7651两项标准中分别规定了颗粒物的取

样方法和测量方法。由于国内加氢机、加氢站相关技术规范与国外不

同，以上两个标准并不适用于国内实际情况。因此，建立一套符合国

内实际情况，适用性强的燃料电池汽车用氢气中颗粒物取样和测定标

准是十分必要的。

三、标准的编写原则与思路

本标准在编制过程中，主要遵循了科学性、实用性、规范性的原

则。

1、科学性。根据《中华人民共和国标准化法》相关法律法规，

主要参照了GB/T《24499氢气、氢能与氢能系统术语》、GB/T37244

《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》、SAEJ2719《燃料电池

车用氢气品质标准》、ISO19880-8《氢气加氢站燃料品质控制》、

GB31138-2014《汽车用压缩氢气加气机标准》、GB50516-2010《加

氢站技术规范》、SAEJ2600-2015《压缩氢气车辆连接装置标准》、

SAEJ2601《加注协议》、ASTMD7650-13《用于气体燃料高压氢

中悬浮微粒试样的内流过滤器的标准试验方法》、ASTMD7651-17

《称重法测定氢燃料中颗粒物的标准试验方法》等相关标准，确定标

准条款。

2、实用性。结合国内氢能发展需求、氢能技术进步、氢气质量

检测各环节单位需求等，对本标准的相关要求作出全面规定，实用性

强。标准内容经过起