DB37∕T 4098—2020 质子交换膜燃料电池发动机安全性技术要求(山东省).pdf

TCS 27.070 F 19 DB37 山东省山巳ET且，万标准DB37/T 4098-2020 质子交换膜燃料电池发动机安全性技术要求Safety technical requirements for proton exchange membrane fuel cell engine 2020 - 08 -31发布2020 - 10 -01实施山东省市场监督管理局发布DB37/T 4098-2020 目次前言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II 1 范围. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 规范性引用文件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 术语和定义. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 一般要求.2 5 安全要求.2 6 试验方法.3 DB37/T 4098-2020 目IJ1=1 本标准按照GB/T1. 1-2009给出的规则起草。本标准由山东省工业和信息化厅提出、归口并组织实施。本标准起草单位:雄柴动力股份有限公司、中国汽车技术研究中心有限公司、中国重型汽车集团有限公司、中通客车控股股份有限公司、山东国创燃料电池技术创新中心有限公司。本标准主要起草人:陈文蒜、王钦晋、王芳、常会楷、郭婷、王侃侃、台述鹏、陈宾、曹精明、槐佳、李晨、开永、王光隆、时保帆、王晓菲、刘蓉、冯美丽。本标准为首次发布。II DB37/T 4098-2020 质子交换膜燃料电池发动机安全性技术要求1 范围本标准规定了质子交换膜燃料电池发动机(以下简称燃料电池发动机)安全性技术要求和试验方法。本标准适用于商用车用燃料电池发动机。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的号|用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的号|用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 2423. 4-2008 电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Db:交变湿热(12h+12h 循环)GB/T 2423. 18-2012环境试验第2部分:试验方法试验Kb:盐雾，交变(氧化铀溶液)GB/T 4208 外壳防护等级(Ip代码)GB/T 15089 机动车辆及挂车分类GB/T 20042. 1 质子交换膜燃料电池术语GB/T 24548燃料电池电动汽车术语GB/T 24549燃料电池电动汽车安全要求GB/T 24554 燃料电池发动机性能试验方法3 术语和定义3. 1 GB/T 20042. 1、GB/ 24548和GB/T24549界定的以及下列术语和定义适用于本文件。燃料电池发动机fuel cel I engine 包括燃料电池模块和燃料电池辅助系统，在外接氢源的条件下可以正常工作。框图见图1。|燃料电池发功机边界| I热髓系统|厅可际事引|一水路-U&再-电路l士ilOff，$，J图1燃料电池发动机框图DB37/T 4098-2020 3. 2 标柿、工作压力nominal working pressure 同时满足燃料电池发动机可安全连续运行的内部氢气路、空气路和水路的最大压力。3. 3 主动放电active discharge 燃料电池发动机停机过程中，通过内部泄放电阻或DC/DC变换器将燃料电池模块残留电荷快速泄放的过程。4 一般要求4.1 燃料电池发动机的要求燃料电池发动机应满足以下要求:一一燃料电池发动机己按设计和工艺文件装配完整，加注冷却液、通氢气后即可工作:燃料电池发动机应满足出厂时的外形结构和基本参数:一一燃料电池发动机应具备安全保障系统。4. 2 测试环境及测量参数要求除非在某些具体性测试中另有说明，测试工作在温度为25oC:!:5 oC, 显度为15%90 %环境下进行。本标准所提到的室温是指25oC士2oC 0测量参数、单位和准确度要求见表10表1测量参数、单位和准确度要求测量参数单位准确度电流A 士0.5%FS 电j毛V :1:0.5 %FS 时可S 运O.1 压力kPa :1:0.5 %FS 绝缘电阻kQ 乏L5%FS温度 士1电导率S/cm 士L5%FS流量mL/min 一寸土1.0 %FS , FS:满量程。5 安全要求5. 1 通用安全要求燃料电池发动机按照6.1项进行气密性试验，外漏气密性试验(流量法)相对浓度值应不超过2.5 %LFL，氢空内窜气密性试验(流量法)相对浓度值应不超过2.5%LFL 2 DB37/T 4098-2020 5. 2 运行安全要求5.2.1 燃料电池发动机按照6.2项进行绝缘电阻试验，燃料电池发动机的绝缘电阻应不小于100Q /V。5. 2. 2 燃料电池发动机按照6.3项进行主动放电试验，燃料电池发动机的主动放电时间应不超过3s, 主动放电模式下燃料电池模块电流最大值应不超过额定电流值。5. 3 设计安全要求5.3.1 按照6.4项进行防水防尘试验，若燃料电池发动机下表面距地面高度小于300mm防护等级应不低于IP67，其他使用环境应不低于IP560 5. 3. 2 按照6.5项进行盐雾试验，试验后外壳无破裂，应满足5.1项通用安全和5.2.1项绝缘电阻要求。5. 3. 3 按照6.6项进行温热循环试验，试验后应满足5.1项通用安全和5.2.1项绝缘电阻要求。5.3.4 按照6.7项进行温度冲击试验，试验后应满足5.1项通用安全和5.2.1项绝缘电阻要求。5.3.5 按照6.8项进行机械冲击及振动试验，试验过程中外壳无破裂，试验后拆检无故障，应满足5.1项通用安全和5.2.1项绝缘电阻要求。6 试验方法6. 1 气密性6. 1. 1 试验条件试验前应将燃料电池发动机的排氢阀关闭，试验气源至燃料电池模块入口端连接管路及接口应确保无泄漏。试验应在常温环境下静置2h后进行。6.1.2 外漏气密性(流量法)试验方法将空气路排气口和水路出水口封闭，同时向氢气路、空气略和水路通入氮氮混合气(氯气浓度不低于10%) ，示意图见图2，直至三路压力达到燃料电池发动机的标称工作压力p(单位为kPa)。保持压力稳定在只待气体流量稳定30s后i卖取气体流量值丑。按公式(1)计算外漏气密性试验(流量法)气体泄漏值凡:F，=一立一xl00%.(1) 1000 F2 式中:凡外漏气密性试验(流量法)相对浓度值;且实测气体流量值，单位为毫升每分CmL/min)兀实测燃料电池发动机箱体通风空气流量最小值，单位为升甘分CL/min)。3 DB37/T 4098-2020 热管理系统一l排氢间关闭燃料电池模块一l空气路排气门封闭一统二统一一系二系一一理二理一一处二处一一气二气一一氢二空-3哺二氢一内工|水路出水口封闭气路水E各图2夕|、漏气密性试验(流量法)示意图6.1.3 氢-空内窜气密性(流量法)试验方法将空气路进、排气口和水路进、出水口封闭，向氢气路通入氢氮混合气(氢气浓度不低于10%) , 示意图见图3，直至氢气路压力达到50kPa。保持氢气路压力稳定在50kPa，待气体流量稳定30s后从空气路出气口读取空气路气体流量值丑。按公式(2)计算氢空内窜气密性(流量法)气体泄漏直凡:Fr.r = F，一x100%.(2) 1000 X F4 式中:hi一一氢一空内窜气密性(流量法)相对浓度值;f王实测气体流量值，单位为毫升每分CmL/min)月一一燃料电池发动机工作时最小进气流量值，单位为升每分CL/min)。一一气路|氮氮混合气主*一一叫氢气处理系统一二2丰气J呵，1空气处理系统一水路进水U封闭l J理管理系统-水路一l排氢阀关问j燃料电池模块I-工-1 -流量计，读数F37.kN各出水口封闭图3夕|、漏气密性试验f流量法)示意图6. 2 绝缘电阻6.2.1 试验条件如果燃料电池发动机装有去离子器，试验前应将燃料电池发动机上去离子器进出管口进行短接或隔断。使用在燃料电池发动机工作温度下电导率不低于5S/cm的去离子冷却液进行试验，配备在线式绝缘电阻测试仪进行绝缘电阻实时测量(采样频率不低于1Hz，测量燃料电池发动机输出端正极对地和负极对地电阻值后取最小值输出测试结果)，试验前应将燃料电池发动机外壳接地。6. 2. 2 试验方法4 DB37/T 4098-2020 按照GB/T24554进行稳态特性试验，记录试验过程中最小绝缘电阻值血。按公式(3)计算燃料电池发动机绝缘电阻值Rp:R = x 1000 . (3) u 式中:凡一一燃料电池发动机绝缘电阻值，单位为欧姆每伏(Q /V) ; 血试验中最小绝缘电阻值，单位为千欧姆(kQ) ; C一一理论电压值，单位为伏CV)，选取原则见表20表2理论电压值选取原则序号燃料电池发动机工作时最大电压Um理论电压值UV V 1 UU-IX250 500 2 250 U!l1r 1 000 1000 6. 3 主动放电6.3.1 试验条件如果DC/DC变换器参与燃料电池发动机主动放电过程，应将燃料电池发动机和DC/DC变换器共同进行试验。6. 3. 2 试验方法向燃料电池发动机发送正常停机指令，燃料电池发动机运行状态跳转进入主动放电模式后，监控燃料电池发动机内燃料电池模块电压和燃料电池模块电流参数。记录燃料电池模块电压开始降低时刻至60V所用时间，此数值为燃料电池发动机主动放电时间，同时记录主动放电模式下燃料电池模块电流最大值。6.4 防水防尘防水防尘试验按照GB/T4208进行。6.5 盐雾盐雾试验按照GB/T2423. 18-2012中6.1项严酷等级(5)进行，试验后分别进行6.1项气密性试验和6.2项绝缘电阻试验。6. 6 湿热循环6.6.1 试验条件试验前应将燃料电池发动机空气路、氢气路和水路外部接口封闭，试验过程中不带电进行试验，试验后分别进行6.1项气密性试验和6.2项绝缘电阻试验。6. 6. 2 试验方法5 DB37/T 4098-2020 ;显热循环试验按照GB/T2423.4-2008中严酷程度为高温55oc进行，试验共进行6个循环，试验后分别进行6.1项气密性试验和6.2项绝缘电阻试验。6. 7 温度冲击将燃料电池发动机放入环境舱，按照表3和图4进行温度冲击试验，循环10次，试验过程中温度实际值与目标值误差应在:I:20C以内，试验后分别进行6.1项气密性试验和6.2项绝缘电阻试验。序号l 2 3 4 5 6 7 温度。C25 40 40 25 60 60 25 40 -20 赵碍。-20 -40 -60 表3温度冲击试验循环工况运行时间累计时长nnn mln O O 60 60 120 180 60 240 30 270 120 390 30 420 时间min图4燃料电池发动机温度冲击试验循环工况示意图6. 8 机械冲击及振动6.8.1 试验条件温度变化率O 13 oC/12 min O 13 oC/12 min 7 oC/5 min O 7 oC/5 min 6 DB37/T 4098-2020 按照GB/T15089中规定的M类和N类商用车采用不同的试验方法依次进行机械冲击试验及振动试验，考核商用车正常运行情况下耐机械冲击及振动的能力。汽车行驶方向为x轴方向，另一垂直于行驶方向的水平方向为y轴方向。试验过程中应加注去离子冷却液，试验后分别进行6.1项气密性试验和6.2项绝缘电阻试验。6. 8. 2 M类商用车燃料电池发动机机械冲击试验方法燃料电池发动机固定于振动台，在3个轴口iJx向、y口、Z向分别以3g、2g、5g的冲击加速度进行冲击试验，机械冲击脉冲采用半正挂波形、持续时间6ms，每个方向的正负方向各进行6次。相邻两次冲击的问隔时间以两次冲击在试验样品上造成的响应不发生相互影响为准，应不小于5倍冲击脉忡持续时间。6.8.3 M类商用车燃料电池发动机振动试验方法M类商用车燃料电池发动机振动试验工况见表4，应按照整车实际安装方式及安装方向在振动台上进行试验，试验期间定时查看紧固件是否松动，如有异常应立即停止试验排查并解决。表4M类商用车燃料电池发动机振动试验工况随机振动(每个方向考核12h) 频率z轴功率谱密度PSDy轴功率谱密度PSDx轴功率谱密度PSDHz g/Hz g2/Hz g2/Hz 5 o. 008 o. 005 o. 005 10 o. 025 o. 02 o. 006 15 o. 02 40 o. 025 0.000 1 O. 006 60 0.0005 100 0.0005 O. 000 1 200 0.000 fl1 O. 000 01 O. 000 01 z车由y轴x轴RMS O. 99 O. 49 O. 49 12 h:按照试验样本数分别进行不同时长试验，1个试嘘样本D进行21h试验，2个试验样本应各进行1，5h试验，3个试验样本应各进行12h试验。6.8.4 N类商用车燃料电池发动机机械冲击试验方法燃料电池发动机固定于振动台，在3个轴口iJx口、y口、z口分别以5g、3g、8g的加速度进行冲击试验，机械冲击脉冲采用半正弦波形、持续时间6ms，每个方向的正负方向各进行6次。相邻两次冲击的问隔时间以两次冲击在试验样品上造成的响应不发生相互影响为准，应不小于5倍冲击脉冲持续时间。6.8.5 N类商用车燃料电池发动机振动试验方法N类商用车燃料电池发动机振动试验工况见表5。应按照整车实际安装方式及安装方向在振动台上进行试验，振动试验期间走时查看紧固件是否松动，如有异常应立即停止试验排查并解决。7 DB37/T 4098-2020 表5N类商用车燃料电池发动机振动试验工况随机振动(每个方向考核12h) 频率z轴功率谱密度PSDy轴功率谱密度PSDx轴功率谱密度PSDHz g/Hz g2/Hz g2/Hz 5 o. 016 o. 01 o. 007 10 o. 05 o. 04 o. 01 15 o. 04 40 o. 05 o. 0002 O. 01 60 O. 001 100 O. 001 0.0002 200 0.00001 O. 000 01 O. 000 01 z车由y轴x轴RMS 1.4 O. 69 O. 68 12 h:按照试验样本数分别进行不同时长试验，1个试验样本应进行21h试验，2个试验样本应各进行15h试验，3个试验样本应各进行12h试验。8