我国燃料电池标准化发展及现状介绍

陈晨 于好

（机械工业北京电工技术经济研究所）

0 引言

燃料电池是一种直接将燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。从外表上看，燃料电池有正负极和电解质，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。它的燃料和氧化剂不是贮存在电池内，而是贮存在电池外部的贮罐中。当它工作（输出电流并做功）时，需要不间断地向电池内输入燃料和氧化剂，并同时排出反应产物，其工作方式类似于常规的汽油或柴油发电机。原则上说，主要反应物不断输入，反应产物不断排出，燃料电池就能连续地发电。燃料电池具有高效、环境友好、安静及高可靠性等优点，已被欧盟认为未来替代传统内燃机的绿色能源产品之一。

燃料电池按照电解质的种类不同，分为碱性燃料电池（AFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）。质子交换膜燃料电池以其工作温度低、转化效率高、功率密度高、可快速启动，且环境友好等优势，已被广泛应用于汽车、固定式电站、无人机、水下设备等领域。

1 燃料电池技术应用现状

随着能源危机和环境污染的加剧，世界各国的能源体系开始由不再生能源转向可再生能源。氢能作为二十一世纪清洁能源的首选，已被各国纳入到发展体系中，作为实现氢能利用的主要途径之一，燃料电池被欧盟认为是未来实现低碳环保经济的重要方式之一，也是未来清洁能源体系不可或缺的重要环节。一直以来，燃料电池市场主要被日本、美国、欧洲和韩国等统治，各国政府相继出台氢能和燃料电池方面的规划和政策支持，鼓励本国发展氢能和燃料电池。

2014年12月15日，丰田宣布发售全球第一款氢燃料电池汽车“未来”（Mirai），标志着燃料电池汽车正式迈入了商业推广阶段，其后，本田与现代也推出了燃料电池商业化车，使得燃料电池再次回到大众的视线中，掀起新一轮的燃料电池发展热潮。现阶段，国外燃料电池车市场已趋近商业化运用阶段，日韩、北美、欧洲等燃料电池相关技术发展迅速，完成基本性能的开发，部分核心技术问题得到解决。各国汽车厂商开始推出燃料电池汽车，如丰田Mirai、本田Clarity、奔驰F-Cell、EQ Power等，与此同时，作为燃料电池汽车发展必不可少的基础设施，加氢站已经被各国政府纳入规划中，明确了建设目标。国际上，燃料电池汽车已进入市场的导入阶段，加之，法国、挪威、德国、英国、荷兰、印度等已经出台禁售燃油汽车的时间表，加快发展电动汽车成为各国紧急的课题，燃料电池汽车也迎来了发展的契机。

在我国，现阶段燃料电池产业的发展主要集中在汽车领域，国内上海汽车已经开始生产燃料电池汽车，长城汽车也建立起研发团队，福田、宇通等客车企业都已涉足燃料电池车型的研发，并纷纷在近期发布样车及批量研发计划。从2015年至2017年底，我国燃料电池领域已有17款客车、2款轿车、9款物流车流入车辆产品公告，并有22款车型进入推荐车型目录。此外，国外企业也已开始进军中国市场，2017年10月31日，丰田汽车宣布启动氢燃料电池在中国的验证试验，同时丰田汽车研发中心（中国）有限公司的加氢站也在常熟中心落成，丰田成为首家探讨在中国引入燃料电池车可能性的车企。随着燃料电池汽车在我国的爆发式增长，加氢站的建设也被纳入日程，现阶段有北京、上海、大连、佛山、云浮、郑州、常熟等加氢站（包括自用）共计10座；如皋、安徽等地的加氢站也在建设中。

今年2月，财政部等四部门联合发布了《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，燃料电池汽车补贴不退，依旧按照燃料电池车的类型进行补贴，以及《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》的发布和实施，极大地促进了燃料电池汽车的发展。进入到2018年，上海、苏州、重庆、海南、西安、广东等地开始推出相关的补贴政策。上海、武汉、苏州等地还出台了详细的氢燃料电池汽车发展规划，极大地支持了燃料电池汽车产业的发展。

产业要发展，标准需先行。我国燃料电池技术水平与先进国家相比，还有一定的差距，除了攻克技术难题外，相关的标准化工作也需要加强。

2 我国燃料电池标准体系概况

2.1 我国燃料电池标准化发展历程

我国于2012年开始从事燃料电池的标准化工作，当时主要依托国家科技攻关计划《新能源与可在生能源关键技术标准研究》中的子课题——质子交换膜燃料电池关键技术标准研究。通过该项目的实施开展了国内燃料电池标准化工作，初步建立了我国燃料电池标准体系，并制定了我国第一项燃料电池国家标准GB/T 20042.1《质子交换膜燃料电池术语》。2005年，机械工业北京电工技术经济研究所牵头成立了全国燃料电池标准化工作组，该工作组一方面跟踪和转化国际电工委员会（IEC）下设的燃料电池技术委员会（TC105）制定的标准；另一方面，结合国内的情况开展了我国自主制定标准的制定。直到2008年，国家标准化管理委员会正式批复成立全国燃料电池标准化技术委员会（编号：SAC/TC 342），由中科院大连化学物理研究所的衣宝廉院士担任主任委员，机械工业北京电工技术经济研究所作为秘书处单位，负责开展国内燃料电池领域的标准化工作。

随着液流电池技术的发展，考虑到液流电池与燃料电池具有相似的工作原理，2012年标委会向国家标准化管理委员会提出申请并获得批复，同意将标委会的名称调整为“全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会”，负责制修订国家标准领域调整为“燃料电池及液流电池的术语、性能、通用要求及试验方法”。本文以下部分将主要聚焦在燃料电池部分的标准化工作，全国燃料电池及液流电池标委会以下简称“燃料电池标委会”。

2.2 我国燃料电池标准体系编制原则

燃料电池标委会成立初期，根据行业发展对标准化的需求，秘书处组织专家编制了标准体系，用于指导标准化工作的开展。标准体系是一定范围内，标准按照其内在联系形成的科学的有机整体。标准是标准体系组成的基础，标准体系是标准运行并发挥作用的保障。从顶层出发，建设燃料电池标准体系，避免标准的缺失、滞后等问题，对于促进燃料电池行业健康发展具有重要的意义。我国燃料电池标准体系编制主要依据以下原则：

1）系统性。将标准体系的要素按照一定的次序排列和组合，按照从整体到局部的编写模式，使之结构清晰、功能明确、布局合理、满足对标准总体配置需求。这是系统论的基本原则在标准化工作的具体应用。

2）协调性。一是标准体系内部所有现行的燃料电池国家标准符合：各功能模块配合得当、各司其职，不存在交叉、重复、矛盾、不协调、不配套等现象；二是与相关标委会（如氢能、汽车等）建立稳固的协调和沟通机制，确保与其他相关联标准的衔接性和协调性。

3）完整性。一是标准体系的相对完整性，即现有标准体系涵盖的范围能够满足燃料电池领域的需求；二是标准体系的可扩展性，即标准体系架构的设置为未来不断发展变化的需求提供了扩展的空间。

4）与国际标准接轨。在设定标准体系的类别时，结合我国的实际情况，参考IEC/TC 105目前的分类方式，还可借鉴其他国家燃料电池相关的标准分类方式，力争使我国的标准体系与IEC及其他相关国际标准同步或接轨。

2.3 我国燃料电池标准体系的构成

随着燃料电池产业的发展，燃料电池标委会需要不断地完善燃料电池标准体系建设，提升标准的系统性、协调性、完整性以及保持与国际接轨。跟随着国家标准化的重大改革，燃料电池标委会对标准体系做了修订，使得燃料电池标准体系在满足产业发展需求的基础上，更加符合当前标准化改革的要求。修改后的体系采用“纵横交叉”的模式，横向的分类保持与IEC/TC 105的标准化工作接轨，涵盖：基础标准、燃料电池通用技术标准、固定式燃料电池发电系统、便携式燃料电池发电系统、微型燃料电池发电系统、驱动和辅助动力用燃料电池发电系统、可再生水电解质储能（含逆向）、生命周期评估等8大类，纵向划分出不同类别，具体为：基础通用类、安全、重大项目配套、技术条件和性能测试、安装、互换性和市场准入等，并给出标准制定层级建议（国标、行标和团标），具体见下图。

新版体系将给出燃料电池领域标准制定的整体规划，尽可能涵盖燃料电池技术领域所需的标准项目，从顶层出发，对燃料电池领域标准制修订工作给予指导。

在横向的8大类别中，对于一些大类又进行了细分，具体为：

——燃料电池通用技术标准细分为：关键材料及部件、可靠性/耐久性、燃料电池辅助系统三小类；

图 燃料电池现有标准体系图

——驱动和辅助动力燃料电池发电系统中列出了现有燃料电池的应用领域，以及未来3～5年极具应用前景的领域，细分为：道路车辆、非道路车辆、无人机、轨道交通、船用、水下设备等六小类；

——微型燃料电池发电系统参照IEC/TC 105对该领域的划分，按照不同的技术类型进行细分，根据技术发展的成熟度及实际需求，现阶段主要涵盖：质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池和固体氧化物燃料电池等三个技术领域。细分为：通用标准、固体氧化物燃料电池和直接醇燃料电池；

——可再生能源电解水制氢储能-燃料电池系统（含逆向）细分为：单电池/堆和系统两小类。

3 我国燃料电池标准化现状

在上述标准体系的指导下，结合产业的需求，燃料电池标委会成立至今，已经发布标准43项（含废止），正在执行3项标准的制定工作，具体如下表所示。

从表中可以看出，燃料电池标委会成立前期，燃料电池处于实验室研究阶段，标准的制定主要集中在基础、关键材料和零部件等领域，包括：术语、膜电极、质子交换膜、双极板、催化剂、炭纸等性能测试标准；联合全国汽车标委会电动车辆分标委，结合国家重大项目中的燃料电池汽车的示范应用，制定乘用车、客车和轿车技术条件和测试方法标准；在固定式、微型领域标准的制定主要以采标为主。

随着近两年燃料电池产业的快速发展，标准制定逐渐开始服务产业的发展。一是车用领域，为配套燃料电池汽车的发展，燃料电池标委会完成了低温、车用模块、车用电堆等标准的制定，并正在开展车用燃料电池发电系统耐久性测试标准的制定。二是备用电源领域，结合燃料电池在通信基站中的应用，联合中国通信标准化协会组织完成了《质子交换膜燃料电池备电源系统：安全》标准的制定；为推动质子交换膜燃料电池在电力系统变电站领域作为备用电源的应用，联合全球能源互联网研究院有限公司开展了《变电站用质子交换膜燃料电池供电系统》。三是新兴领域，标委会紧跟市场发展，针对已有少量市场规模，但是缺少标准指导的领域，及时组织开展标准的制定，使得标准早期介入市场，发挥标准引领和规范行业发展的作用，如无人机领域。

4 标准化工作建议

燃料电池技术复杂，产业链长，相关的标准化技术委员会比较多。燃料电池标委会作为与燃料电池产业直接相关的标准化技术委员会，主要负责燃料电池本体的标准制定工作，但仅靠燃料电池标委会制定出的标准是远远满足不了燃料电池产业发展需求的。

燃料电池进入产业发展，涉及到上游燃料如氢能、气体等；配套的部件如减压阀、氢瓶、逆变器等；下游的应用如汽车、备用电源、无人机等以及配套设施如输氢管道、加氢站等。尤其是涉及到氢气、气瓶等方面，从单个标委会的角度出发，协调难度大。因此，建议由国家标准化主管部门牵头，采取以目标导向性的综合标准化方法，针对燃料电池的应用制定出标准综合体，建立多部门协调、顶层设计、全员参与、协同攻关、标准成套的综合标准化模式，充分发挥标准引领产业发展的作用。

表 燃料电池标委会制修订标准汇总表

GB/T 31036—2014 质子交换膜燃料电池备用电源系统：安全 / 制定 已发布GB/Z 21743—2008固定式质子交换膜燃料电池发电系统（独立/制定 已废止型）性能试验方法GB/T 27748.1—2011固定式燃料电池发电系统 第1部分：安全 IEC 62282-3-1:2007，IDT 制定 已废止GB/T 27748.1—2017固定式燃料电池发电系统 第1部分:安全 IEC 62282-3-100:2012，IDT 修订 已发布GB/T 27748.2—2013固定式燃料电池发电系统 第2部分：IEC 62282-3-200:2011，IDT 制定 已发布性能试验方法 GB/T 27748.3—2011固定式燃料电池发电系统 第3部分：安装 IEC 62282-3-3:2007，IDT 制定 已废止GB/T 27748.1—2017固定式燃料电池发电系统 第3部分：安装 IEC 62282-3-300:2012，IDT 修订 已发布GB/T 27748.4—2017固定式燃料电池发电系统 第4部分：小型燃料电IEC 62282-3-201:2013 ，IDT 制定 已发布池发电系统性能试验方法 GB/Z 21742—2008便携式质子交换膜燃料电池发电系统 / 制定 已发布GB/T 30084—2013便携式燃料电池发电系统-安全 IEC 62282-5-100:2012，IDT 制定 已发布GB/T 23751.1—2009微型燃料电池发电系统 第1部分：安全 IEC 62282-6-100:2007，MOD 制定 已发布GB/T 23751.2—2009微型燃料电池发电系统 第2部分：性能试验方法 IEC 62282-6-200:2007，IDT 制定 已废止GB/T 23751.2—2017微型燃料电池发电系统 第2部分：性能试验方法 IEC 62282-6-200:2012，IDT 修订 已发布GB/Z 23751.3—2013微型燃料电池发电系统 第3部分：IEC 62282-6-300:2009，IDT 制定 已发布燃料容器互换性 GB/T 33983.1—2017直接甲醇燃料电池系统 第1部分：安全 / 制定 已发布GB/T 33983.2—2017直接甲醇燃料电池系统 第2部分：性能试验方法 / 制定 已发布20151724-T-604 变电站用质子交换膜燃料电池供电系统 / 制定 已报批20173720-T-604 无人机用氢燃料电池发电系统 / 制定 草案20173719-T-604 车用质子交换膜燃料电池发电系统/制定 草案耐久性测试方法