我國燃料電池標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展及現(xiàn)狀介紹

陳晨 于好

（機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所）

0 引言

燃料電池是一種直接將燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。從外表上看，燃料電池有正負(fù)極和電解質(zhì)，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。它的燃料和氧化劑不是貯存在電池內(nèi)，而是貯存在電池外部的貯罐中。當(dāng)它工作（輸出電流并做功）時(shí)，需要不間斷地向電池內(nèi)輸入燃料和氧化劑，并同時(shí)排出反應(yīng)產(chǎn)物，其工作方式類似于常規(guī)的汽油或柴油發(fā)電機(jī)。原則上說，主要反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。燃料電池具有高效、環(huán)境友好、安靜及高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，已被歐盟認(rèn)為未來替代傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的綠色能源產(chǎn)品之一。

燃料電池按照電解質(zhì)的種類不同，分為堿性燃料電池（AFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）。質(zhì)子交換膜燃料電池以其工作溫度低、轉(zhuǎn)化效率高、功率密度高、可快速啟動(dòng)，且環(huán)境友好等優(yōu)勢，已被廣泛應(yīng)用于汽車、固定式電站、無人機(jī)、水下設(shè)備等領(lǐng)域。

1 燃料電池技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的加劇，世界各國的能源體系開始由不再生能源轉(zhuǎn)向可再生能源。氫能作為二十一世紀(jì)清潔能源的首選，已被各國納入到發(fā)展體系中，作為實(shí)現(xiàn)氫能利用的主要途徑之一，燃料電池被歐盟認(rèn)為是未來實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保經(jīng)濟(jì)的重要方式之一，也是未來清潔能源體系不可或缺的重要環(huán)節(jié)。一直以來，燃料電池市場主要被日本、美國、歐洲和韓國等統(tǒng)治，各國政府相繼出臺(tái)氫能和燃料電池方面的規(guī)劃和政策支持，鼓勵(lì)本國發(fā)展氫能和燃料電池。

2014年12月15日，豐田宣布發(fā)售全球第一款氫燃料電池汽車“未來”（Mirai），標(biāo)志著燃料電池汽車正式邁入了商業(yè)推廣階段，其后，本田與現(xiàn)代也推出了燃料電池商業(yè)化車，使得燃料電池再次回到大眾的視線中，掀起新一輪的燃料電池發(fā)展熱潮?，F(xiàn)階段，國外燃料電池車市場已趨近商業(yè)化運(yùn)用階段，日韓、北美、歐洲等燃料電池相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速，完成基本性能的開發(fā)，部分核心技術(shù)問題得到解決。各國汽車廠商開始推出燃料電池汽車，如豐田Mirai、本田Clarity、奔馳F-Cell、EQ Power等，與此同時(shí)，作為燃料電池汽車發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施，加氫站已經(jīng)被各國政府納入規(guī)劃中，明確了建設(shè)目標(biāo)。國際上，燃料電池汽車已進(jìn)入市場的導(dǎo)入階段，加之，法國、挪威、德國、英國、荷蘭、印度等已經(jīng)出臺(tái)禁售燃油汽車的時(shí)間表，加快發(fā)展電動(dòng)汽車成為各國緊急的課題，燃料電池汽車也迎來了發(fā)展的契機(jī)。

在我國，現(xiàn)階段燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要集中在汽車領(lǐng)域，國內(nèi)上海汽車已經(jīng)開始生產(chǎn)燃料電池汽車，長城汽車也建立起研發(fā)團(tuán)隊(duì)，福田、宇通等客車企業(yè)都已涉足燃料電池車型的研發(fā)，并紛紛在近期發(fā)布樣車及批量研發(fā)計(jì)劃。從2015年至2017年底，我國燃料電池領(lǐng)域已有17款客車、2款轎車、9款物流車流入車輛產(chǎn)品公告，并有22款車型進(jìn)入推薦車型目錄。此外，國外企業(yè)也已開始進(jìn)軍中國市場，2017年10月31日，豐田汽車宣布啟動(dòng)氫燃料電池在中國的驗(yàn)證試驗(yàn)，同時(shí)豐田汽車研發(fā)中心（中國）有限公司的加氫站也在常熟中心落成，豐田成為首家探討在中國引入燃料電池車可能性的車企。隨著燃料電池汽車在我國的爆發(fā)式增長，加氫站的建設(shè)也被納入日程，現(xiàn)階段有北京、上海、大連、佛山、云浮、鄭州、常熟等加氫站（包括自用）共計(jì)10座；如皋、安徽等地的加氫站也在建設(shè)中。

今年2月，財(cái)政部等四部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于調(diào)整完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》，燃料電池汽車補(bǔ)貼不退，依舊按照燃料電池車的類型進(jìn)行補(bǔ)貼，以及《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》的發(fā)布和實(shí)施，極大地促進(jìn)了燃料電池汽車的發(fā)展。進(jìn)入到2018年，上海、蘇州、重慶、海南、西安、廣東等地開始推出相關(guān)的補(bǔ)貼政策。上海、武漢、蘇州等地還出臺(tái)了詳細(xì)的氫燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃，極大地支持了燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

產(chǎn)業(yè)要發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)需先行。我國燃料電池技術(shù)水平與先進(jìn)國家相比，還有一定的差距，除了攻克技術(shù)難題外，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工作也需要加強(qiáng)。

2 我國燃料電池標(biāo)準(zhǔn)體系概況

2.1 我國燃料電池標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展歷程

我國于2012年開始從事燃料電池的標(biāo)準(zhǔn)化工作，當(dāng)時(shí)主要依托國家科技攻關(guān)計(jì)劃《新能源與可在生能源關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究》中的子課題——質(zhì)子交換膜燃料電池關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究。通過該項(xiàng)目的實(shí)施開展了國內(nèi)燃料電池標(biāo)準(zhǔn)化工作，初步建立了我國燃料電池標(biāo)準(zhǔn)體系，并制定了我國第一項(xiàng)燃料電池國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20042.1《質(zhì)子交換膜燃料電池術(shù)語》。2005年，機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所牽頭成立了全國燃料電池標(biāo)準(zhǔn)化工作組，該工作組一方面跟蹤和轉(zhuǎn)化國際電工委員會(huì)（IEC）下設(shè)的燃料電池技術(shù)委員會(huì)（TC105）制定的標(biāo)準(zhǔn)；另一方面，結(jié)合國內(nèi)的情況開展了我國自主制定標(biāo)準(zhǔn)的制定。直到2008年，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)正式批復(fù)成立全國燃料電池標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（編號：SAC/TC 342），由中科院大連化學(xué)物理研究所的衣寶廉院士擔(dān)任主任委員，機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所作為秘書處單位，負(fù)責(zé)開展國內(nèi)燃料電池領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

隨著液流電池技術(shù)的發(fā)展，考慮到液流電池與燃料電池具有相似的工作原理，2012年標(biāo)委會(huì)向國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)提出申請并獲得批復(fù)，同意將標(biāo)委會(huì)的名稱調(diào)整為“全國燃料電池及液流電池標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)”，負(fù)責(zé)制修訂國家標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域調(diào)整為“燃料電池及液流電池的術(shù)語、性能、通用要求及試驗(yàn)方法”。本文以下部分將主要聚焦在燃料電池部分的標(biāo)準(zhǔn)化工作，全國燃料電池及液流電池標(biāo)委會(huì)以下簡稱“燃料電池標(biāo)委會(huì)”。

2.2 我國燃料電池標(biāo)準(zhǔn)體系編制原則

燃料電池標(biāo)委會(huì)成立初期，根據(jù)行業(yè)發(fā)展對標(biāo)準(zhǔn)化的需求，秘書處組織專家編制了標(biāo)準(zhǔn)體系，用于指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)化工作的開展。標(biāo)準(zhǔn)體系是一定范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)按照其內(nèi)在聯(lián)系形成的科學(xué)的有機(jī)整體。標(biāo)準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)體系組成的基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)體系是標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行并發(fā)揮作用的保障。從頂層出發(fā)，建設(shè)燃料電池標(biāo)準(zhǔn)體系，避免標(biāo)準(zhǔn)的缺失、滯后等問題，對于促進(jìn)燃料電池行業(yè)健康發(fā)展具有重要的意義。我國燃料電池標(biāo)準(zhǔn)體系編制主要依據(jù)以下原則：

1）系統(tǒng)性。將標(biāo)準(zhǔn)體系的要素按照一定的次序排列和組合，按照從整體到局部的編寫模式，使之結(jié)構(gòu)清晰、功能明確、布局合理、滿足對標(biāo)準(zhǔn)總體配置需求。這是系統(tǒng)論的基本原則在標(biāo)準(zhǔn)化工作的具體應(yīng)用。

2）協(xié)調(diào)性。一是標(biāo)準(zhǔn)體系內(nèi)部所有現(xiàn)行的燃料電池國家標(biāo)準(zhǔn)符合：各功能模塊配合得當(dāng)、各司其職，不存在交叉、重復(fù)、矛盾、不協(xié)調(diào)、不配套等現(xiàn)象；二是與相關(guān)標(biāo)委會(huì)（如氫能、汽車等）建立穩(wěn)固的協(xié)調(diào)和溝通機(jī)制，確保與其他相關(guān)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)的銜接性和協(xié)調(diào)性。

3）完整性。一是標(biāo)準(zhǔn)體系的相對完整性，即現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)體系涵蓋的范圍能夠滿足燃料電池領(lǐng)域的需求；二是標(biāo)準(zhǔn)體系的可擴(kuò)展性，即標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)的設(shè)置為未來不斷發(fā)展變化的需求提供了擴(kuò)展的空間。

4）與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌。在設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)體系的類別時(shí)，結(jié)合我國的實(shí)際情況，參考IEC/TC 105目前的分類方式，還可借鑒其他國家燃料電池相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)分類方式，力爭使我國的標(biāo)準(zhǔn)體系與IEC及其他相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)同步或接軌。

2.3 我國燃料電池標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)成

隨著燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，燃料電池標(biāo)委會(huì)需要不斷地完善燃料電池標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，提升標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)性、協(xié)調(diào)性、完整性以及保持與國際接軌。跟隨著國家標(biāo)準(zhǔn)化的重大改革，燃料電池標(biāo)委會(huì)對標(biāo)準(zhǔn)體系做了修訂，使得燃料電池標(biāo)準(zhǔn)體系在滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的基礎(chǔ)上，更加符合當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)化改革的要求。修改后的體系采用“縱橫交叉”的模式，橫向的分類保持與IEC/TC 105的標(biāo)準(zhǔn)化工作接軌，涵蓋：基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、燃料電池通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、固定式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、便攜式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、微型燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)和輔助動(dòng)力用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、可再生水電解質(zhì)儲(chǔ)能（含逆向）、生命周期評估等8大類，縱向劃分出不同類別，具體為：基礎(chǔ)通用類、安全、重大項(xiàng)目配套、技術(shù)條件和性能測試、安裝、互換性和市場準(zhǔn)入等，并給出標(biāo)準(zhǔn)制定層級建議（國標(biāo)、行標(biāo)和團(tuán)標(biāo)），具體見下圖。

新版體系將給出燃料電池領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)制定的整體規(guī)劃，盡可能涵蓋燃料電池技術(shù)領(lǐng)域所需的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目，從頂層出發(fā)，對燃料電池領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作給予指導(dǎo)。

在橫向的8大類別中，對于一些大類又進(jìn)行了細(xì)分，具體為：

——燃料電池通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)細(xì)分為：關(guān)鍵材料及部件、可靠性/耐久性、燃料電池輔助系統(tǒng)三小類；

圖 燃料電池現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)體系圖

——驅(qū)動(dòng)和輔助動(dòng)力燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中列出了現(xiàn)有燃料電池的應(yīng)用領(lǐng)域，以及未來3～5年極具應(yīng)用前景的領(lǐng)域，細(xì)分為：道路車輛、非道路車輛、無人機(jī)、軌道交通、船用、水下設(shè)備等六小類；

——微型燃料電池發(fā)電系統(tǒng)參照IEC/TC 105對該領(lǐng)域的劃分，按照不同的技術(shù)類型進(jìn)行細(xì)分，根據(jù)技術(shù)發(fā)展的成熟度及實(shí)際需求，現(xiàn)階段主要涵蓋：質(zhì)子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池和固體氧化物燃料電池等三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。細(xì)分為：通用標(biāo)準(zhǔn)、固體氧化物燃料電池和直接醇燃料電池；

——可再生能源電解水制氫儲(chǔ)能-燃料電池系統(tǒng)（含逆向）細(xì)分為：單電池/堆和系統(tǒng)兩小類。

3 我國燃料電池標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

在上述標(biāo)準(zhǔn)體系的指導(dǎo)下，結(jié)合產(chǎn)業(yè)的需求，燃料電池標(biāo)委會(huì)成立至今，已經(jīng)發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)43項(xiàng)（含廢止），正在執(zhí)行3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，具體如下表所示。

從表中可以看出，燃料電池標(biāo)委會(huì)成立前期，燃料電池處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，標(biāo)準(zhǔn)的制定主要集中在基礎(chǔ)、關(guān)鍵材料和零部件等領(lǐng)域，包括：術(shù)語、膜電極、質(zhì)子交換膜、雙極板、催化劑、炭紙等性能測試標(biāo)準(zhǔn)；聯(lián)合全國汽車標(biāo)委會(huì)電動(dòng)車輛分標(biāo)委，結(jié)合國家重大項(xiàng)目中的燃料電池汽車的示范應(yīng)用，制定乘用車、客車和轎車技術(shù)條件和測試方法標(biāo)準(zhǔn)；在固定式、微型領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的制定主要以采標(biāo)為主。

隨著近兩年燃料電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)制定逐漸開始服務(wù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。一是車用領(lǐng)域，為配套燃料電池汽車的發(fā)展，燃料電池標(biāo)委會(huì)完成了低溫、車用模塊、車用電堆等標(biāo)準(zhǔn)的制定，并正在開展車用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)耐久性測試標(biāo)準(zhǔn)的制定。二是備用電源領(lǐng)域，結(jié)合燃料電池在通信基站中的應(yīng)用，聯(lián)合中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)組織完成了《質(zhì)子交換膜燃料電池備電源系統(tǒng)：安全》標(biāo)準(zhǔn)的制定；為推動(dòng)質(zhì)子交換膜燃料電池在電力系統(tǒng)變電站領(lǐng)域作為備用電源的應(yīng)用，聯(lián)合全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司開展了《變電站用質(zhì)子交換膜燃料電池供電系統(tǒng)》。三是新興領(lǐng)域，標(biāo)委會(huì)緊跟市場發(fā)展，針對已有少量市場規(guī)模，但是缺少標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)的領(lǐng)域，及時(shí)組織開展標(biāo)準(zhǔn)的制定，使得標(biāo)準(zhǔn)早期介入市場，發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)和規(guī)范行業(yè)發(fā)展的作用，如無人機(jī)領(lǐng)域。

4 標(biāo)準(zhǔn)化工作建議

燃料電池技術(shù)復(fù)雜，產(chǎn)業(yè)鏈長，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)比較多。燃料電池標(biāo)委會(huì)作為與燃料電池產(chǎn)業(yè)直接相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，主要負(fù)責(zé)燃料電池本體的標(biāo)準(zhǔn)制定工作，但僅靠燃料電池標(biāo)委會(huì)制定出的標(biāo)準(zhǔn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的。

燃料電池進(jìn)入產(chǎn)業(yè)發(fā)展，涉及到上游燃料如氫能、氣體等；配套的部件如減壓閥、氫瓶、逆變器等；下游的應(yīng)用如汽車、備用電源、無人機(jī)等以及配套設(shè)施如輸氫管道、加氫站等。尤其是涉及到氫氣、氣瓶等方面，從單個(gè)標(biāo)委會(huì)的角度出發(fā)，協(xié)調(diào)難度大。因此，建議由國家標(biāo)準(zhǔn)化主管部門牽頭，采取以目標(biāo)導(dǎo)向性的綜合標(biāo)準(zhǔn)化方法，針對燃料電池的應(yīng)用制定出標(biāo)準(zhǔn)綜合體，建立多部門協(xié)調(diào)、頂層設(shè)計(jì)、全員參與、協(xié)同攻關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)成套的綜合標(biāo)準(zhǔn)化模式，充分發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用。

表 燃料電池標(biāo)委會(huì)制修訂標(biāo)準(zhǔn)匯總表

GB/T 31036—2014 質(zhì)子交換膜燃料電池備用電源系統(tǒng)：安全 / 制定 已發(fā)布GB/Z 21743—2008固定式質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)（獨(dú)立/制定 已廢止型）性能試驗(yàn)方法GB/T 27748.1—2011固定式燃料電池發(fā)電系統(tǒng) 第1部分：安全 IEC 62282-3-1:2007，IDT 制定 已廢止GB/T 27748.1—2017固定式燃料電池發(fā)電系統(tǒng) 第1部分:安全 IEC 62282-3-100:2012，IDT 修訂 已發(fā)布GB/T 27748.2—2013固定式燃料電池發(fā)電系統(tǒng) 第2部分：IEC 62282-3-200:2011，IDT 制定 已發(fā)布性能試驗(yàn)方法 GB/T 27748.3—2011固定式燃料電池發(fā)電系統(tǒng) 第3部分：安裝 IEC 62282-3-3:2007，IDT 制定 已廢止GB/T 27748.1—2017固定式燃料電池發(fā)電系統(tǒng) 第3部分：安裝 IEC 62282-3-300:2012，IDT 修訂 已發(fā)布GB/T 27748.4—2017固定式燃料電池發(fā)電系統(tǒng) 第4部分：小型燃料電IEC 62282-3-201:2013 ，IDT 制定 已發(fā)布池發(fā)電系統(tǒng)性能試驗(yàn)方法 GB/Z 21742—2008便攜式質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng) / 制定 已發(fā)布GB/T 30084—2013便攜式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)-安全 IEC 62282-5-100:2012，IDT 制定 已發(fā)布GB/T 23751.1—2009微型燃料電池發(fā)電系統(tǒng) 第1部分：安全 IEC 62282-6-100:2007，MOD 制定 已發(fā)布GB/T 23751.2—2009微型燃料電池發(fā)電系統(tǒng) 第2部分：性能試驗(yàn)方法 IEC 62282-6-200:2007，IDT 制定 已廢止GB/T 23751.2—2017微型燃料電池發(fā)電系統(tǒng) 第2部分：性能試驗(yàn)方法 IEC 62282-6-200:2012，IDT 修訂 已發(fā)布GB/Z 23751.3—2013微型燃料電池發(fā)電系統(tǒng) 第3部分：IEC 62282-6-300:2009，IDT 制定 已發(fā)布燃料容器互換性 GB/T 33983.1—2017直接甲醇燃料電池系統(tǒng) 第1部分：安全 / 制定 已發(fā)布GB/T 33983.2—2017直接甲醇燃料電池系統(tǒng) 第2部分：性能試驗(yàn)方法 / 制定 已發(fā)布20151724-T-604 變電站用質(zhì)子交換膜燃料電池供電系統(tǒng) / 制定 已報(bào)批20173720-T-604 無人機(jī)用氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng) / 制定 草案20173719-T-604 車用質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)/制定 草案耐久性測試方法