T_ZSA 170-2023 商用车燃料电池发动机技术条件.docx

学兔兔标准下载ICS 27.070CCS K82团体标准T/ZSA 1702023商用车燃料电池发动机技术条件Technical specification of fuel cell engines for commercial vehicle2023-11-01 发布2023-11-02 实施中关村标准化协会发布学兔兔标准下载T/ZSA 1702023目次前言 . III1 范围 . 12 规范性引用文件 . 13 术语和定义 . 14 系统边界 . 35 一般要求 . 45.1 外观结构要求 . 45.2 通用安全要求 . 46 性能要求 . 46.1 起动特性 . 46.2 额定功率 . 56.3 峰值功率 . 56.4 动态响应特性 . 56.5 稳态特性 . 56.6 高温运行特性 . 56.7 动态平均效率特性试验 . 56.8 氢气排放要求 . 56.9 噪声 . 56.10 气密性要求 . 56.11 绝缘电阻 . 66.12 质量比功率 . 66.13 振动性能 . 66.14 防水防尘 . 66.15 非金属材料阻燃要求 . 67 试验方法 . 67.1 通用试验条件 . 67.2 起动特性试验 . 87.3 额定功率试验 . 87.4 峰值功率试验 . 87.5 动态响应试验 . 97.6 稳态特性试验 . 97.7 高温特性试验 . 97.8 动态平均效率特性试验 . 97.9 氢气排放试验 . 97.10 噪声试验 . 97.11 气密性试验 . 97.12 绝缘（静态）试验 . 97.13 质量比功率试验 . 97.14 振动试验 . 97.15 防水防尘试验 . 107.16 非金属材料阻燃试验 . 108 标志、包装、贮存、文件 . 108.1 标志 . 108.2 包装 . 118.3 贮存 . 118.4 文件 . 12I学兔兔标准下载T/ZSA 1702023附录 A 常见的计算公式 .13附录 B 动态平均功率试验数据处理 .14II学兔兔标准下载T/ZSA 1702023前言本文件按照GB/T 1.12020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起草。本文件由中关村标准化协会汽车新技术分技术委员会提出并归口。本文件起草单位：北京亿华通科技股份有限公司、北京聚兴华通氢能科技有限公司、亿氢科技（北京）有限公司、亿华通动力科技有限公司、北京未来氢谷科技有限公司、北京亿华通氢能科技有限公司、宇通客车股份有限公司、北汽福田汽车股份有限公司、一汽解放汽车有限公司、佛山市飞驰汽车科技有限公司、清华大学、北京化工大学、北京市科学技术研究院、同济大学、华北电力大学、中国科学院宁波材料技术与工程研究所、天津大学、北京科技大学、河南工业大学、广东正扬传感器科技股份有限公司、芜湖同优科技股份有限公司、中机寰宇认证检验股份有限公司、北京市产品质量监督检验研究院。本文件主要起草人：刘然、周倩、李飞强、方川、贺萍、周宝、高云庆、司宗正、裴冠茹、曹季冬、张潇丹、张龙海、孟德水、刘永亮、赵强、石建珍、钱祥、李建秋、徐梁飞、王峰、张正平、欧伊翔、明平文、郑伟波、刘建国、李佳、陈亮、李桦、焦奎、胡松、陈东方、司俊德、丁心飞、李端、渠海洋、吴向亮、刘秋艳、田跃超。III学兔兔标准下载T/ZSA 1702023商用车燃料电池发动机技术条件1 范围本文件规定了商用车燃料电池发动机的系统边界、一般要求、性能要求、试验方法和标志、包装、贮存、文件。本文件适用于装载在商用车上的质子交换膜燃料电池发动机，其他类型车辆可参照执行。2 规范性引用文件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，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 1912008  包装储运图示标志GB/T 1859.42017  往复式内燃机 声压法声功率级的测定 第4部分：使用标准声源简易法GB/T 24082021  塑料 燃烧性能的测定 水平法和垂直法GB/T 2893.22020  图形符号 安全色和安全标志 第2部分：产品安全标签的设计原则GB/T 2894-2008  安全标志及其使用导则GB/T 3836.12021  爆炸性环境 第1部分：设备 通用要求GB/T 40262019  人机界面标志标识的基本和安全规则 设备端子、导体终端和导体的标识GB/T 42082017  外壳防护等级（IP代码）GB/T 81702008  数值修约规则与极限数值的表示和判定GB/T 16935.12008  低压系统内设备的绝缘配合 第1部分：原理、要求和试验GB/T 170452020电击防护 装置和设备的通用部分GB 183842020  电动汽车安全要求GB/T 184112018机动车产品标牌GB/T 20042.12017  质子交换膜燃料电池 第1部分：术语GB/T 245482009燃料电池电动汽车 术语GB/T 245542022燃料电池发动机性能试验方法GB/T 253192010汽车用燃料电池发电系统 技术条件GB/T 28046.32011  道路车辆 电气及电子设备的环境条件和试验 第3部分：机械负荷GB/T 351782017燃料电池电动汽车 氢气消耗量 测量方法GB/T 371542018燃料电池电动汽车 整车氢气排放测试方法3 术语和定义GB/T 20042.12017、GB/T 245482009、GB/T 253192009 规定的以下术语和定义适用于本文件。1学兔兔标准下载T/ZSA 17020233.1工况 work conditions燃料电池发动机的工作状态，以净输出功率标定工况。来源：GB/T 253192010，3.1.1，有修改3.2额定工况 rated conditions制造商用于标定燃料电池发动机按 100%净输出功率规定的工况。来源：GB/T 253192010，3.1.2，有修改3.3怠速工况 idle conditions燃料电池发动机处于工作状态，能维持自身工作，但不对外输出功率。来源：GB/T 253192010，3.1.3，有修改3.4额定功率 rated power燃料电池发动机在额定工况时的有效净输出功率,并能够在此功率下稳定持续工作。来源：GB/T 253192010，3.1.5，有修改3.5峰值功率 peak power燃料电池发动机在一个约定的短时间内产生的不低于额定功率的最大功率。来源：GB/T 20042.12017，3.2.21，有修改3.6最小功率点 minimum power燃料电池发动机处于工作状态，减去用于维持自身辅助系统的消耗，所能输出的最低净输出功率（DCDC 前端）。来源：GB/T 20042.12017，3.2.20，有修改3.7质量比功率 specific power燃料电池发动机额定功率和其质量的比，单位为 kW/kg。注：质量比功率通常称为比功率。来源：GB/T 20042.12017，3.2.26，有修改3.8燃料消耗量 fuel consumption一定工况下燃料电池发动机在规定时间内消耗的燃料量，注：单位为 kg/h。来源：GB/T 20042.12017，3.3.3，有修改2学兔兔标准下载T/ZSA 17020233.9热态/热机状态 hot state燃料电池发动机其组成模块温度处于正常工作温度范围内的状态。来源：GB/T 20042.12017，5.2.3，有修改3.10冷态/冷机状态 cold state燃料电池发动机内部温度与环境温度相同既没有能量输入也没有能量输出的状态。来源：GB/T 20042.12017，5.2.7，有修改3.11气体泄漏 external gas leakage除有意排出的废气之外，产生气体漏出燃料电池的现象。来源：GB/T 20042.12017，4.2.10注：气体泄漏可能产生于：燃料电池堆、相关减压装置、其他气体管路和流体控制部件。3.12燃料电池发动机 fuel cell system包括燃料电池堆和燃料电池辅助系统，在外接氢源的条件下可以正常工作。来源：GB/T 245482009，3.4.34 系统边界燃料电池发动机系统边界见图 1，其中虚线框内部分为燃料电池发动机，内部包含燃料电池模块、氢气供应系统、空气供应系统及热管理系统，图中相对框内的进出箭头所指为燃料电池发动机的输入和输出。图1 燃料电池发动机系统边界3学兔兔标准下载T/ZSA 17020235 一般要求5.1 外观结构要求5.1.1 燃料电池发动机外表应清洁，无机械损伤,不应有裂纹、污迹及明显变形,接口触点无锈蚀。5.1.2 燃料电池发动机的可接触部件不应具有可能造成人身伤害的尖锐的边和角。5.1.3 在燃料电池发动机正常运行过程中,其零部件及其连接件应稳固、可靠,不应出现失稳、变形、断裂或磨损等现象。5.1.4 燃料电池发动机的通信接口、电源接口、用户接口、氢气进出口等应有明确的标识。5.1.5 燃料电池发动机的正、负极端子及极性应有明显标识，便于连接。5.2 通用安全要求5.2.1 燃料电池发动机氢气回路应配备安全泄压装置，即使在断电状态也应保证安全泄压装置正常工作。5.2.2 燃料电池发动机燃料供应管路不应通过乘员舱。5.2.3 燃料电池发动机排放燃料设置的排放口应直通商用车外，并有安全保护措施。5.2.4 燃料电池发动机安装于封闭或半封闭空间时，应在空间上方或燃料电池发动机上方安装氢气泄漏探测器；当探测器监测到泄漏时，控制系统应能自动切断燃料供应。5.2.5 燃料电池发动机上的高压警告标记和 B 级电压电线标记应满足 GB 183842020 中 5.1.2 要求。5.2.6 燃料电池发动机的直接接触防护要求应满足 GB 183842020 中 5.1.3 要求。5.2.7 燃料电池发动机的电位均衡要求应满足 GB 183842020 中 5.1.4.3 要求。5.2.8 材料和元器件以及结构设计应符合 GB/T 3836.12021 中类设备的防爆安全规定。5.2.9 燃料电池发动机的电气间隙和爬电距离应符合 GB/T 16935.12008 的要求。5.2.10 燃料电池发动机所有电气装置、系统或设备，按 GB/T 170452020 中类设备的规定进行。5.2.11 用于输送氢气介质的塑料或橡胶材料应是能导电的，或设计上能做到避免静电电荷积累。6 性能要求6.1 起动特性6.1.1 常温起动特性6.1.1.1 常温怠速冷起动特性按照 7.2.1.1 进行试验，要求冷机状态至怠速，时间应小于 15s。6.1.1.2 常温怠速热起动特性按照 7.2.1.2 进行试验，要求热机状态至怠速，时间应10s。6.1.2 低温额定功率冷起动特性按照 7.2.2 进行试验，要求系统可正常启动，启动到额定功率时长不超过 4min，启动过程中的零部件功耗应满足设计要求，且系统无关机或降载故障。4学兔兔标准下载T/ZSA 17020236.2 额定功率6.2.1 平原额定功率按照 7.3.1 进行试验，要求燃料电池发动机在有效测量时长内的输出功率应始终处于有效测量时长60min 运行功率的平均值的 97%103%。6.2.2 高原额定功率按照 7.3.2 进行试验，应满足如下要求：a)  海拔高度为 1000m 时，应满足额定功率 100%输出；b)  海拔高度为 2000m 时，应满足额定功率降额不高于 15%；c)海拔高度为 3000m 时，应满足额定功率降额不高于 30%。6.3 峰值功率按照 7.4 进行试验，要求最大功率不低于额定功率。6.4 动态响应特性按照7.5进行试验，要求最小功率点至额定状态的加载时间应12s，额定状态至最小功率点的卸载时间应8s。6.5 稳态特性燃料电池发动机按 7.6 进行试验时，应提供燃料电池堆的极化特性曲线（VI 曲线）、燃料电池堆的功率曲线、燃料电池堆的效率曲线、燃料电池发动机的功率曲线、燃料电池发动机的效率曲线和辅助系统的功率曲线等。要求系统效率在 45%以上的工作区间占比，应60%，额定点效率应45%。6.6 高温运行特性按照 7.7 进行试验，要求燃料电池发动机的输出功率应始终处于有效测量时长 60min 运行功率的平均值的 95%105%。6.7 动态平均效率特性试验按照 7.8 进行试验，要求系统效率不应低于系统设计要求值，且试验过程中系统无关机或降载故障。6.8 氢气排放要求按照 7.9 进行试验，要求燃料电池发动机怠速状态或燃料电池发动机最低功率点，热机状态氢气排放任意连续 3s 内的平均氢气体积浓度应不超过 3%，且瞬时氢气体积浓度不超过 8%。6.9 噪声燃料电池发动机本体噪声试验按照 7.10 进行，记录系统的噪声最大值，要求怠速工况噪声应75dB，额定工况噪声应80dB。6.10气密性要求燃料电池发动机氢气回路按 7.11 进行气保压试验时，氢气回路压力下降值应同时符合以下规定要求。a)  氮气介质，保压 20 分钟，压力下降值12 kPa。b)  氢气介质，保压 30 秒，压力下降值14 kPa。5学兔兔标准下载T/ZSA 1702023c)  燃料电池发动机在各工况点运行过程中，氢气回路各连接点氢气泄露浓度0.005。6.11绝缘电阻燃料电池发动机的绝缘试验按7.12进行，要求绝缘电阻值应满足绝缘电阻1000/V。6.12质量比功率按照 7.13 进行试验，要求质量比功率应满足系统设计目标，且不低于 550W/kg。6.13振动性能按照7.14进行试验，要求试验完成后，燃料电池发动机保持连接可靠、结构完好、无明显变形，燃料电池发动机能够正常工作。6.14防水防尘燃料电池发动机中需要具备防水防尘能力的部件应按 7.15 的要求进行试验，试验结果应符合 GB/T42082017 中 IP67 及以上等级的要求。6.15非金属材料阻燃要求燃料电池发动机上的非金属材料应使用阻燃材料，除电池堆外的非金属材料的燃烧特性按照7.16进行试验，试验结果应符合以下规定：a）满足以下任一条件的零部件，其材质需满足水平燃烧HB级和垂直燃烧V-0级的要求：1)  单个零部件重量50g；2)  单个燃料电池发动机内相同型号的零部件总重量200g。b）其它非金属零部件材质应满足水平燃烧HB75级和垂直燃烧V-2级的要求。7 试验方法7.1 通用试验条件7.1.1 环境条件除另有规定，试验应在如下环境中进行：a)  温度为 23±5；b)  相对湿度为 15%90%；c)  大气压力 86kPa106kPa。注：本文件所提到的室温，是指 23±5。7.1.2 测试仪器要求7.1.2.1 测量仪器的准确度除特殊说明外，不限制测量仪器的量程，测量仪器精度准确度应满足下列要求：a)电压测试装置：0.5 级；b)电流测试装置：0.5 级；c)温度测试装置：±0.5；d)时间测量装置：±0.1%；e)尺寸测量装置：±0.1%；f)质量测量装置：±0.1%；6学兔兔标准下载T/ZSA 1702023g)电导率测试装置：准确度±5%；h)氢气检漏仪：精度±5%FS，量程范围不小于 010。7.1.2.2 控制仪器的控制精度控制仪器的控制精度应满足下列要求：a)电压：±1%；b)电流：±1%；c)温度：±1。7.1.2.3 试验数据采集仪器要求试验过程中，数据采集频率计加载误差应满足以下要求：a) 试验数据采集频率不应低于 5Hz；b) 在功率、效率等参数计算中，按 GB/T 81702008 的规定修约至小数点后 2 位，特殊说明除外。7.1.3 试验预处理7.1.3.1 常温浸机方法常温浸机要求如下：a)  浸机前完成一次燃料电池发动机开关机过程，关闭燃料电池发动机；b)  将燃料电池发动机（冷却液加注完成）在室温环境条件下静置，浸机时间应不少于 12h；c)  在浸机期间，不应对燃料电池发动机做任何改动。7.1.3.2 低温（0以下）浸机方法在燃料电池发动机低温冷起动试验中，用于燃料电池发动机的散热器或者热交换器应置于环境舱中。具体要求如下：a)  在浸机过程中，在达到设定温度前，可在环境舱降至厂商指定温度后并持续一定时间（制造商根据产品技术要求确定），进行一次开关机操作；b)  燃料电池发动机应起动至怠速状态（或燃料电池发动机最低功率点），持续时间（含起动）不超过 3min；c)  然后立即关闭燃料电池发动机；d)  当环境温度达到设定温度的时候，开始计时，有效浸机时间应不少于 12h。注 1：在整个低温冷起动以及低温运行过程中，环境舱的温度控制在设定温度的±2.0，且低于 0。注 2：有效浸机时间是指从环境舱的温度达到设定温度后开始计时到浸机结束所用的时间。7.1.3.3 高温（50以下）浸机方法高温浸机要求如下：a)  浸机前完成一次燃料电池发动机开关机过程，关闭燃料电池发动机；b)  在燃料电池发动机高温运行动试验中，用于燃料电池发动机的散热器或者热交换器应置于环境舱中；c)  将环境舱的温度设为 50.0，相对湿度设为 40%90%，当环境温度达到设定温度的时候开始计时，有效浸机时间应不少于 2h。注 1：在整个高温浸机以及高温运行过程中，环境舱的温度控制在设定温度的±2.0内。注 2：有效浸机时间是指从环境舱的温度达到设定温度后开始计时到浸机结束所用的时间。7学兔兔标准下载T/ZSA 17020237.1.3.4 热机方法按照制造商的使用规定，使燃料电池发动机工作在一定功率，同时检测燃料电池发动机冷却液的出口温度，燃料电池发动机冷却液的出口温度达到正常工作温度（该温度由制造商指定），既认为燃料电池发动机达到热机状态。7.2 起动特性试验7.2.1 常温起动特性试验7.2.1.1 常温怠速冷起动特性按照 GB/T 245542022 中 8.1.1.1 规定的试验方法进行，试验前燃料电池发动机处于常温环境下，按照 7.1.3.1 的浸机方法进行浸机处理。试验过程应自动进行，不应有人工干预。试验结果应满足6.1.1.1 的要求。7.2.1.2 常温怠速热起动特性按照 GB/T 245542022 中 8.1.1.2 规定的试验方法进行，试验前燃料电池发动机处于常温环境下，按照 7.1.3.4 的浸机方法进行浸机处理。试验过程应自动进行，不应有人工干预。试验结果应满足6.1.1.2 的要求。7.2.2 低温额定功率冷起动特性按照 GB/T 245542022 中 8.1.2.2 规定的试验方法进行，试验前燃料电池发动机处于常温环境下，按照 7.1.3.2 的浸机方法进行浸机处理（环境舱温度35）。试验过程应自动进行，不应有人工干预。试验结果应满足 6.1.2 的要求。7.3 额定功率试验7.3.1 平原额定功率试验按照 GB/T 245542022 中 8.2 规定的试验方法进行，功率计算方法见附录 A，试验前燃料电池发动机的状态为热机状态，试验过程应自动进行，不应有人工干预。试验结果应满足 6.2.1 的要求。7.3.2 高原额定功率试验选用实地或者使用环境舱模拟高海拔地区的气压条件，试验前燃料电池发动机的状态为热机状态，试验过程应自动进行，不应有人工干预。在怠速、部分加载、额定工况、过载工况等各个工况下，分别测取：a)  燃料消耗量；b)  电池堆的输出电流和电压、燃料电池发动机净输出的电流电压；c)  测量辅助支持运行系统的功耗；d)  记录进气温度、进气压力、冷却水温度、环境温度和湿度等；在额定工况和过载工况时，记录燃料电池发动机输出电流和电压随时间变化的历程，功率计算方法见附录 A，试验结果应满足 6.2.2 的要求。注：额定工况下燃料电池发动机稳定运行 1h，过载工况下燃料电池发动机稳定运行 60s。7.4 峰值功率试验按照 GB/T 245542022 中 8.3 项规定的试验方法进行，试验前燃料电池发动机的状态为热机状态，试验过程应自动进行，不应有人工干预。试验结果应满足 6.3 的要求。8学兔兔标准下载T/ZSA 17020237.5 动态响应试验按照 GB/T 245542022 中 8.4 项规定的试验方法进行，试验结果应满足 6.4 的要求。7.6 稳态特性试验按照 GB/T 245542022 中 8.5 项规定的试验方法进行，试验结果应满足 6.5 的要求。7.7 高温特性试验按照 GB/T 245542022 中 8.6 项规定的试验方法进行，试验前燃料电池发动机处于环境舱中，将环境舱的温度设为 50.0，按照 7.1.3.3 的浸机方法进行浸机处理。试验过程应自动进行，不应有人工干预。试验结果应满足 6.6 的要求。7.8 动态平均效率特性试验按照 GB/T 245542022 中 8.7 项规定的试验方法进行，具体计算方式见附录 B，试验结果应满足6.7 的要求。7.9 氢气排放试验氢气排放试验按照 GB/T 371542018 的 6.1 进行试验，具体试验步骤如下：a)  怠速状态下持续运行时间为 10min；b)  然后依次在 10%90%额定功率点持续运行，每个功率点持续运行时间均为 10min；c)  连续记录怠速以及各个功率点持续运行过程中的氢气浓度。试验结果应满足 6.8 的要求。7.10噪声试验按照 GB/T 1859.42017 中规定的噪声试验方法进行，试验结果应满足 6.9 的要求。7.11气密性试验气密性试验步骤如下：a)  关闭燃料电池发动机排气、排水阀等与外部联通的开关；b)  将燃料电池发动机氢气回路中充满氢气或氮气等惰性气体，压力设定为 50kPa；c)  压力稳定后，立即关闭进气阀；d)  进行保压并实时记录压力值，进而计算得出压力下降值。试验结果应满足 6.10 的要求。7.12绝缘（静态）试验按照 GB/T 245542022 8.9 中规定的试验方法进行测试，试验结果应满足 6.11 的要求。7.13质量比功率试验按照 GB/T 245542022 8.10 中规定的试验方法进行测试，试验结果应满足 6.12 的要求。7.14振动试验按照 GB/T 28046.32011 中条款 4.1.2.7 测试标准规定进行振动试验，按 Z、Y、X 方向每个方向 32h，试验结果应满足 6.13 的要求。9学兔兔标准下载T/ZSA 17020237.15防水防尘