【国家标准(GB)】 便携式质子交换膜燃料电池发电系统

ICS.27.070
中华人民共和国国家标准化指导性技术文件GB/Z21742-2008
便携式质子交换膜燃料电池发电系统Portable proton exchange membrane fuel cell power systems2008-05-20发布
数码防伪
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2009-01-01实施
1范围
1.1系统边界
1.2等效安全要求
1.3说明
规范性引用文件
术语和定义
技术要求
使用条件
材料的相容性bzxz.net
机械危险的防护
燃料毒性的防护
爆炸危险的防护
电击防护
着火危险防护
过热危险的防护
抗电磁干扰
风险评估
燃料供应·
燃料处理系统
外壳·
蓄电池供电
压力容器及管路
自动截流阀
调节器·
过程控制装置
过滤器
电动机
燃料泵
型式检验
一般规定
液体燃料加注系统的泄漏试验
外壳内易燃燃料气体浓度测定…6.3
表面温度和零部件温度测定
介电强度试验·
GB/Z21742—2008
GB/Z21742—2008
潮湿试验
运行温度下泄漏电流的测定
非正常运行试验
应变消除试验
接地试验
储罐压力试验
稳定性试验
锤击试验
自由跌落试验
振动值的测定
可闻噪声等级的测定
标志牌的固定与清晰度检查
易燃气体的积聚试验
氧气消耗试验
排放试验(在封闭的室内）
排放试验(在散门的房间内）
风力试验
最大允许工作压力试验
异常条件试验
应力释放试验
检验规则
一般规定·
型式检验规定
例行（出厂）检验规定
给用户提供的文件.
使用和维护说明书
用户手册…
9标志·
9.1概述·
9.2铭牌标志
9.3警告标志
9.4其他标志.·
附录A（规范性附录）
附录B（资料性附录）
测量的不确定度
产品型号编制办法
GB/Z21742—2008
本标准化指导性文件是根据我国燃料电池领域研究成果，总结已有的经验，并参考国际电工委员会IEC/TC105有关便携式燃料电池标准草案起草的。本部分起草过程中，主要参考了IEC/TC105/88/CDV《燃料电池技术第5部分：便携式燃料电池安全与性能要求》。本指导性技术文件的附录A是规范性附录，附录B是资料性附录。本指导性技术文件由中国电器工业协会提出。本指导性技术文件由全国燃料电池标准化技术委员会(SAC/TC342)归口。本指导性技术文件由大连新源动力股份有限公司负责起草。本指导性技术文件参加起草单位：中国科学院大连化物所、机械工业北京电工技术经济研究所、北京飞驰绿能电源技术有限公司、新源动力股份有限公司等。本指导性技术文件主要起草人：徐洪峰、郭丽平、明平文、卢琛钰、张立芳、邱立东等。m
GB/Z21742-2008
《便携式质子交换膜燃料电池发电系统》是国家“十五”重大科技专项的重要技术标准研究项目《新能源和可再生能源关键技术标准研究一质子交换膜燃料电池、太阳热水系统、并网型光伏发电及风力发电机组》研究制定的、结合我国863”计划燃料电池电动汽车重大项目质子交换膜燃料电池技术的系列国家标准之一。本指导性技术文件规定了便携式质子交换膜燃料电池发电系统（包括直流型和交流型)的安全防护和结构的基本要求、检验项目和检验方法、标志、包装、储运以及给用户提供的说明文件的有关要求。本指导性技术文件适用于交流型和直流型便携式质子交换膜燃料电池发电系统。燃料电池不仅适合建设为固定式电站来提供社区和家庭用电力源，更重要的在于车载燃料电池可以为电动汽车提供动力源以及微型燃料电池使用于各种通讯设备、笔记本电脑和掌上电脑等。而燃料电池技术正在从这些方面的研究和开发向产业化转变，燃料电池在固定电站、运输电源和便携式电源等方面的商业化即将来临。与燃料电池相关的一些技术也将在未来5～10年内实现商业化，一些新技术、新材料和新组件也将会在市场国际化的基础上快速发展，可以预见燃料电池技术将会持续而高速地发展。
我国“九五”、“十五”期间都把质子交换膜燃料电池（PEMFC)及其相关技术作为重大项目列入国家科技攻关包括“863”燃料电池汽车重大项目计划，并已取得阶段性成果。目前我国在PEMFC技术方面以高校和科研院所为技术支撑，以几家主要的高新技术企业为龙头，已形成了大连、上海、北京和武汉等主要的研发基地。他们当中有的已取得拥有自主知识产权专利技术，正在积极推进我国燃料电池技术的产业化和商业化
早期制定标准对于推动这项具有无限发展潜力的新技术一燃料电池的产业化和商业化是非常重要的。国际电工委员会（IEC)成立了IEC/TC105来负责燃料电池专业的标准工作，近年来活动非常频繁，目前已发布了多项国际标准燃料电池国际标准IEC62282-2：2004《燃料电池技术模块》和IEC62282-1:2005《燃料电池技术术语》。我国在开展燃料电池技术科技攻关和跟踪国际标准的同时，根据我国实际安排了相关关键技术标准的研究制定，旨在体现标准早期介人科技成果产业化，与国际接轨的理念。目前已完成的标准项目有：质子交换膜燃料电池术语（GB/T20042.1—2005)；(1)
质子交换膜燃料电池电池堆通用技术条件（GB/T20042.2—2008）；（2）
便携式质子交换膜燃料电池发电系统(GB/Z21742一2008)；3）
（4）
固定式质子交换膜燃料电池发电系统（独立型）性能试验方法（GB/Z21743一2008）。I
1范围
便携式质子交换膜燃料电池发电系统GB/Z21742—-2008
本指导性技术文件规定了便携式质子交换膜燃料电池发电系统（包括直流型和交流型）的安全防护和结构的基本要求、检验项目和检验方法、标志、包装、储运以及给用户提供的说明文件的有关要求。本指导性技术文件适用于交流型和直流型便携式质子交换膜燃料电池发电系统。可用于商业、工业及住宅等无危险的室内或户外场所，本指导性技术文件不适用于道路车辆用燃料电池发电系统。本指导性技术文件适用范围内产品可用的燃料包括：氢气、天然气、液化石油气（如丙烷、丁烷等）、液态醇类(甲醇、乙醇)、汽油、煤油、柴油、化学氢化物和金属(如锌和铝)。类似燃料和除空气以外的氧化剂，如果与之相关的特殊危险通过附加措施得到控制，本指导性技术文件也不排除使用。
1.1系统边界
本指导性技术文件规定的便携式质子交换膜燃料电池发电系统（以下简称“便携式燃料电池系统”）总体设计应部分或全部地将下列子系统集成为一个整体，用以实现规定的功能。具体包括：—燃料处理系统；
一氧化剂处理系统；
—热管理系统；
——功率调节系统；
一自动控制系统；
燃料电池模块；
—-燃料供应系统；
——辅助电源；
—通风系统；
—水处理系统。
便携式质子交换膜燃料电池发电系统的框图见图1。1.2等效安全要求
这些要求不排除本部分中没有明确规定的设计和结构，只要这些设计和结构经过了试验验证，并列人了便携式质子交换膜燃料电池发电系统（以下简称“便携式系统”）的文件之内。在选择设计和结构时，应当评估所采用的材料和工艺方法，使所选设计和结构能够符合本指导性技术文件规定的要求。本指导性技术文件不包括便携式系统本身以外的气态或液态燃料容器及其连接构件。1.3说明
除另有说明外，本指导性技术文件中所有的压力均指表压。GB/Z21742—2008
电、热
功率输入
氧化剂
不活波气体
风、雨
电磁敏感度（EMS）
便携式质子交换膜燃料电池发电系统热管理
处理系统
燃料电池
氧化剂
处理系统
通风系统
水处理
自动控制
系统边界
功率调节
内部动力箭求
辅助电源
便携式质子交换膜燃料电池发电系统框图图1
2规范性引用文件
有用电能
排气、通风
电磁干扰（EMI）
下列文件中的条款通过本指导性技术文件的引用而成为本指导性技术文件的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本指导性技术文件，然而，鼓励根据本指导性技术文件达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本指导性技术文件。GB2099.1家用和类似用途插头插座第一部分：通用要求（GB2099.1一1996，eqvIEC60884-1:1994)
GB/T2423.55电工电子产品环境试验第2部分：环境测试试验Eh：锤击试验（GB/T2423.55-2006,IEC60068-2-75:1997,DT)
GB/T2893.1图形符号安全色和安全标志第1部分：工作场所和公共区域中安全标志的设计原则（GB/T2893.1—2004，ISO3864-1：2002，MOD)GB2894安全标志(GB2894—1988，neq，ISO3864:1984)GB/T2900.18电工术语低压电器（GB/T2900.18—1992，eqvIEC60050（441)：1984)GB3836（所有部分）爆炸性气体环境用电气设备［对应IEC60079（所有部分）GB4208外壳防护等级（IP代码）(GB4208—2008，IEC60529：2001,IDT）GB/T4706.1一2005家用和类似用途电器的安全第一部分：通用要求（IEC60335-1：2004(Ed4.1),IDT)
GB4943—2001信息设备技术的安全（IEC60950-1：1999，IDT)GB/T5169.11电工电子产品着火危险试验第11部分：灼热丝/热丝基本试验方法成品的灼
热丝可燃性试验方法（GB/T5169.11—2006，IEC60695-2-11：2000，IDT）GB/T5169.13电工电子产品着火危险试验第13部分：灼热丝/热丝基本试验方法热丝起燃性试验方法（GB/T5169.13—2006，IEC60695-2-13：2000，IDT）2
材料的灼
GB/Z21742—2008
GB/T5169.16电工电子产品着火危险试验第16部分：50W水平与垂直火焰试验方法(GB/T5169.16—2002,IEC60695-11-10:1999)GB/T5169.17电工电子产品着火危险试验第17部分500W火焰试验方法（GB/T5169.17-2002,IEC60695-11-20:1999,IDT)GB/T5465.2电气设备用图形符号[对应IEC60417（所有部分)］GB7251.1低压成套开关设备和控制设备第1部分型式试验和部分型式试验成套设备(GB7251.1—1997,IEC60439-1:1999)GB/T7826系统可靠性分析技术失效模式及效应分析（FMEA）程序（GB/T7826一1987，idtIEC60812:1985)
GB/T7829故障树分析程序（GB/T7829—1987，neqIEC60056）GB/T11026一1999确定电气绝缘材料耐热性能的导则第4部分：老化烘箱第1节：单室烘箱（IDTIEC60216：1990）
GB14536.1家用和类似用途电自动控制器第1部分：通用要求（GB14536.1一2008，IEC60730-1:2003,IDT)
GB/T16273（所有部分)设备用图形符号[对应ISO7000所有部分）GB16895.213
建筑物电气装置第4-41部分：安全防护电击防护（GB16895.21一2004，IEC60364-4-41:2001,IDT)
低压系统内设备的绝缘配合第1部分：原理、要求和试验（GB/T16935.1一2008，GB16935.11
IEC60664-1:2007,IDT)
GB/T17045电击防护装置和设备的通用要求（GB/T17045-2006，IEC61140：2001，IDT）GB17625.1电磁兼容限值谐波电流发射限值（设备每相输人电流≤16A)(GB17625.1-2003,IEC61000-3-2:2001,IDT)
GB17625.2电磁兼容限值对每相额定电流≤16A且无条件接入的设备在公用低压供电系统中产生的电压变化、电压波动和闪烁的限制（GB17625.2—2007，IEC61000-3-3：2005，IDT）GB17701设备用断路器（GB17701—1999，idtIEC60934：1993）GB/T17799.1电磁兼容通用标准居住、商业和轻工业环境中的抗扰度试验（GB/T17799.1一1999，idtIEC61000-6-1:1997）GB/T17799.2电磁兼容
通用标准工业环境中的抗扰度试验（GB/T17799.2一2003，IEC61000-6-2:1999,IDT)
GB17799.3电磁兼容
通用标准居住、商业和轻工业环境中的发射标准（GB17799.3一2001,idtIEC61000-6-3:1996)
GB17799.4电磁兼容通用标准工业环境中的发射标准(GB17799.4—2001,IEC61000-6-4：1997,IDT)
SJ11237不间断电源系统（UPS)在操作人员接触区内使用的UPS的通用和安全要求IEC60079-20爆炸性气体环境用电气设备第20部分：与电气设备使用有关的可燃气体和蒸气数据
IEC60651声级计
IEC60730-2-17
家用和类似用途电自动电气控制器第2-17部分：包括机械要求的电动气阀的特殊要求
IEC61340-2-1静电学第2-1部分：测量方法用以消除静电的材料及产品的性能IEC61511-3功能安全加工工业区内仪表系统安全第3部分：确定必要的整体安全水平指南IEC61779-4易燃气体检验和测量用电气设备第4部分：Ⅱ组（检测容积率达100%爆炸下限）设备性能要求
GB/Z21742-2008
IEC61779-6易燃气体检验和测量用电气设备第6部分：易燃气体检验和测量设备的选择、安装、使用及维护导则
IEC61882危险和可操作性研究应用指南IEC62040-1-2不间断电源（UPS）第1-2部分：限制触及区的UPS一般规定和安全要求ISO3744：1994声学噪声源声功率级的测定反射平面上自由声场中的工程法ISO5348机械振动和机械冲击加速度计的安装ISO15156-1石油和天然气工业石油和天然气产品生产中含硫化氢（H2S)环境下使用的材料第1部分：抗开裂材料选择的一般原则ISO16110燃料处理技术用氢气发生器3术语和定义
GB/T2900.18、GB3836.1、GB4943和GB/T20042.1所确定的术语和定义适用于本部分，还应该增加以下术语和定义：
燃料供应系统fuelsupplysystem便携式系统内部用于燃料贮存、供给和调节的仪器和装置。它或与便携式系统做成一体，或另做成可拆换和再充装的容器组合。它能在便携式系统工作过程中，通过无外连接的内部贮存燃料实现全部功能。
该系统应有连接件和燃料补充口，补充口必须不同于标准气瓶。注：便携式系统外的燃料供给和临时的燃料供给不在本指导性技术文件范国内。3.2
钝态passivestate
燃料电池模块内各腔室均由空气、氮气等不活泼气体充满的状态。3.3
湿式蓄电池
ewetbattery
所用电解质是可流动形态液体的蓄电池。4技术要求
4.1使用条件
除非另有规定，便携式系统应能在下列环境条件下正常运行：a）海拔不超过1000m；
b）环境空气中氧气的体积含量为21%士1%。c）环境温度为5℃～40℃。
4.2材料的相容性
4.2.1一般要求
所有构件及材料均应适应便携式系统预期的运行温度和压力范围，还应能承受运行条件下的化学的、机械的和其他条件的作用。直接接触液体燃料、潮气、冷凝物等物质的任何构件和连接这些构件的紧固零件，都应满足使用要求并能耐腐蚀，在维修时还应便于调整或更换。外壳内的铁质零部件和安装在箱室内无其他保护的载流零部件，都应做好防腐处理。便携式系统内的结构件不应使用石棉或含右棉的材料。4.2.2塑料及合成橡胶构件
在下列条件下允许使用塑料或合成橡胶管路系统及零部件：a）已经证明所用材料都能满足运行时的最高温度和最高压力的综合要求，并能与其他材料相容，4
不受在使用期间和维修时接触的化学品的影响。GB/Z21742--2008
b）外壳内的塑料和合成橡胶零部件可避免机械损伤。采取了隔离措施，能防止系统内部旋转部件或其他机械装置对其造成损伤。对任何腔室内用以输送易燃气体的塑料或合成橡胶构件，都应防止可能的过热。在温度达到c)
其最低热变形温度还低10K之前，控制系统就应切断燃料供应。d）输送易燃气体的塑料件或合成橡胶件都应具有导电性，使得在输送干燥气体时，能消除静电积聚。按照IEC61340-2-1试验时，材料最大电阻应不大于1Mα。燃料输送管线的连接件
燃料输送管线的连接件应能防止应力腐蚀而导致开裂。有关指南符合ISO15156-1。注：当采用黄铜或青铜等铜合金制造管线接头时，更应注意这方面的影响。4.3机械危险的防护
应采取适当保护措施，防止人体意外触及运动构件。在正常使用、调整或维修时人体可能触及的所有零件均不应带尖角或锐边。
便携式系统应具有足够的机械强度，在预期运行条件下，具备本部分规定的结构安全性。在正常使用条件下，便携式系统应满足6.12规定的要求，应整体稳定而不翻倒。4.4燃料毒性的防护
在设计便携式系统及加注燃料时要采取预防措施，以防止燃料溢出或避免人员不必要地暴露在燃料气氛中，特别是对于具有腐蚀性的燃料，可能被吸人或被皮肤吸收而存在潜在危险时更应如此。气态燃料（或会产生有毒蒸气的液态燃料）应贮存在密封容器内，仅通过可拆卸的接头（如“快速连接”型接头)与燃料电池供给管线相连接。在随系统提供的使用、储存说明书中，应当详细说明各种燃料使用中可能存在的危险、处置这些燃料时应采取的防范措施、连续使用时允许达到的最高暴露标准和人工处理溢出物与污染物的方法。4.5爆炸危险的防护
4.5.1概述
便携式系统的设计和结构应避免发生燃烧或爆炸的危险。这些危险可能是源于便携式系统本身，也可能是源于气体、液体、粉尘、蒸气或便携式系统产生的或使用的其他物质。4.5.2便携式系统内部的可燃气氛在燃料电池模块内部和含有易燃气体或蒸气源的腔室，应按GB3836.14进行分类并确定危险区域范围大小。
在已认定危险等级的区域内，制造商应采取如下措施确保排除火源：一按GB3836.14规定的危险场所分类，确保所安装的电气设备是安全适用的；一表面温度不能超过以摄氏度表示的易燃气体或蒸气自燃温度的80%。各种易燃流体的自燃温度符合IEC60079-20；
-通过适当的连接和接地来消除静电：一便携式系统内对易燃流体和空气的反应起催化作用的催化剂，其催化能力应能抑止这种反应从系统内向周围易燃环境中扩散。4.5.3正常运行时的防护
在正常运行条件下，便携式系统外壳内燃气体浓度应低于低可燃极限的25%。为此，应采用人工通风，并提供安全连锁装置，以保证在通风系统出现故障时便携式系统能安全停车，按6.3的规定进行验证。
4.5.4非正常运行时的防护
对便携式系统有限的内部排放形成的外部易燃空间的范围，应防止便携式系统通风出口处易燃气体的积聚，使得其浓度不超过低可燃极限的25%；应在检测易燃气体最合适的位置，安装符合5
GB/Z21742-2008
IEC61779-4的易燃气体传感器，控制电路和控制逻辑必须符合4.10.3规定的基本要求。传感器应确保排放的气流中易燃气体的浓度不超过它的低可燃极限的50%，当传感器处于报警状态时，便携式系统将不能启动，只有维修人员完成检修后才可重新启动。有关易燃气体传感器的选择、安装、使用及维修见IEC61779-6。4.5.5吹扫
出于安全的考，便携式系统关机之后或启动之前应处于钝态。为此，制造商应详细说明，并提供一个净化便携式系统的方法。在无危险的情况下，采用制造商规定(但不限于)的诸如氮气或空气、水蒸汽等介质进行吹扫，以使系统进入钝态。注：如有比吹扫更好的方法也能确保安全，可无需吹扫。4.6电击防护
4.6.1概述
除非功能原因的特别许可，在通常情况下，便携式系统上易触及的导电零部件（以下称“导电部分”）不应存在带电危险；在任何可预见的单一故障发生时，这些导电部分也不能变成危险的带电零部件（以下称“带电部分”）。为防止意外接触带电部分，应对便携式系统采用适当的结构，或加装外壳。4.6.2防直接接触
对便携式系统中带危险电压的每一电路和零部件，都应通过采用外壳或给带电部分实行防护。对未采取这些防护措施的部位，就应采取加栅网、挡板等防护措施（见GB16895.21）。4.6.2.1用外壳防护
只有满足下述条件之一时才可打开外壳（即打开门、盖、罩或类似构件）：a）使用钥匙或工具；
b）开门断电；
只有当所有防直接接触的带电部分均处于至少IP2X或IPXXB防护之下时，打开外壳时方可c)
不要求a)或b)所述的保护措施（见GB4208)。4.6.2.2对带电部分用绝缘防护
绝缘的带电部分应用绝缘材料完全包住，只有将绝缘破坏才能拆开。在正常工作条件下，这些绝缘材料应能承受机械的、化学的、电气的及热应力的作用而不致损坏。耐热的、耐潮的绝缘件，如酚醛制品、瓷制品、模塑制品。
4.6.3防间接接触
4.6.3.1概述
防间接接触的目的在于防止带电部分与裸露的导电部分间出现绝缘故障时发生危险。可通过以下措施实现间接接触的防护：
a）采取措施防止出现危险的接触电压；b）在触及危险的接触电压之前，自动断开供电。4.6.3.2防止出现危险接触电压的措施防止出现危险接触电压的措施，包括使用IⅡ类设备、采用有效的绝缘结构（见GB/T17045）、实行电气隔离（见GB16895.21)和在外加供电系统设计中使该系统的中性点或是对地绝缘，或是对地有非常高的阻抗，以保证发生接地故障时不会产生危险的接触电压。4.6.3.3自动断开供电
自动断开所有与绝缘故障相关电路的供电，以防止接触电压带来的危险（见GB16895.21)。4.6.4使用安全特低电压防护
安全特低电压可用于保护人体防止由于直接或间接接触而受电击。在安全特低电压下供电电路中，所有易触及的构件均可视为不带电，不必考虑电击危险。具体为：a）交流电压峰值不超过42.4V；6
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