陳晨 于好

（機械工業(yè)北京電工技術經濟研究所）

0 引言

燃料電池是一種直接將燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發(fā)電裝置。從外表上看，燃料電池有正負極和電解質，像一個蓄電池，但實質上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。它的燃料和氧化劑不是貯存在電池內，而是貯存在電池外部的貯罐中。當它工作（輸出電流并做功）時，需要不間斷地向電池內輸入燃料和氧化劑，并同時排出反應產物，其工作方式類似于常規(guī)的汽油或柴油發(fā)電機。原則上說，主要反應物不斷輸入，反應產物不斷排出，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，已被歐盟認為未來替代傳統(tǒng)內燃機的綠色能源產品之一。

燃料電池按照電解質的種類不同，分為堿性燃料電池（AFC）、質子交換膜燃料電池（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）。質子交換膜燃料電池以其工作溫度低、轉化效率高、功率密度高、可快速啟動，且環(huán)境友好等優(yōu)勢，已被廣泛應用于汽車、固定式電站、無人機、水下設備等領域。

1 燃料電池技術應用現(xiàn)狀

隨著能源危機和環(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向可再生能源。氫能作為二十一世紀清潔能源的首選，已被各國納入到發(fā)展體系中，作為實現(xiàn)氫能利用的主要途徑之一，燃料電池被歐盟認為是未來實現(xiàn)低碳環(huán)保經濟的重要方式之一，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，各國政府相繼出臺氫能和燃料電池方面的規(guī)劃和政策支持，鼓勵本國發(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)化運用階段，日韓、北美、歐洲等燃料電池相關技術發(fā)展迅速，完成基本性能的開發(fā)，部分核心技術問題得到解決。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，作為燃料電池汽車發(fā)展必不可少的基礎設施，加氫站已經被各國政府納入規(guī)劃中，明確了建設目標。國際上，燃料電池汽車已進入市場的導入階段，加之，法國、挪威、德國、英國、荷蘭、印度等已經出臺禁售燃油汽車的時間表，加快發(fā)展電動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。

在我國，現(xiàn)階段燃料電池產業(yè)的發(fā)展主要集中在汽車領域，國內上海汽車已經開始生產燃料電池汽車，長城汽車也建立起研發(fā)團隊，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)計劃。從2015年至2017年底，我國燃料電池領域已有17款客車、2款轎車、9款物流車流入車輛產品公告，并有22款車型進入推薦車型目錄。此外，國外企業(yè)也已開始進軍中國市場，2017年10月31日，豐田汽車宣布啟動氫燃料電池在中國的驗證試驗，同時豐田汽車研發(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10座；如皋、安徽等地的加氫站也在建設中。

今年2月，財政部等四部門聯(lián)合發(fā)布了《關于調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》，燃料電池汽車補貼不退，依舊按照燃料電池車的類型進行補貼，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)布和實施，極大地促進了燃料電池汽車的發(fā)展。進入到2018年，上海、蘇州、重慶、海南、西安、廣東等地開始推出相關的補貼政策。上海、武漢、蘇州等地還出臺了詳細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業(yè)的發(fā)展。

產業(yè)要發(fā)展，標準需先行。我國燃料電池技術水平與先進國家相比，還有一定的差距，除了攻克技術難題外，相關的標準化工作也需要加強。

2 我國燃料電池標準體系概況

2.1 我國燃料電池標準化發(fā)展歷程

我國于2012年開始從事燃料電池的標準化工作，當時主要依托國家科技攻關計劃《新能源與可在生能源關鍵技術標準研究》中的子課題——質子交換膜燃料電池關鍵技術標準研究。通過該項目的實施開展了國內燃料電池標準化工作，初步建立了我國燃料電池標準體系，并制定了我國第一項燃料電池國家標準GB/T 20042.1《質子交換膜燃料電池術語》。2005年，機械工業(yè)北京電工技術經濟研究所牽頭成立了全國燃料電池標準化工作組，該工作組一方面跟蹤和轉化國際電工委員會（IEC）下設的燃料電池技術委員會（TC105）制定的標準；另一方面，結合國內的情況開展了我國自主制定標準的制定。直到2008年，國家標準化管理委員會正式批復成立全國燃料電池標準化技術委員會（編號：SAC/TC 342），由中科院大連化學物理研究所的衣寶廉院士擔任主任委員，機械工業(yè)北京電工技術經濟研究所作為秘書處單位，負責開展國內燃料電池領域的標準化工作。

隨著液流電池技術的發(fā)展，考慮到液流電池與燃料電池具有相似的工作原理，2012年標委會向國家標準化管理委員會提出申請并獲得批復，同意將標委會的名稱調整為“全國燃料電池及液流電池標準化技術委員會”，負責制修訂國家標準領域調整為“燃料電池及液流電池的術語、性能、通用要求及試驗方法”。本文以下部分將主要聚焦在燃料電池部分的標準化工作，全國燃料電池及液流電池標委會以下簡稱“燃料電池標委會”。

2.2 我國燃料電池標準體系編制原則

燃料電池標委會成立初期，根據(jù)行業(yè)發(fā)展對標準化的需求，秘書處組織專家編制了標準體系，用于指導標準化工作的開展。標準體系是一定范圍內，標準按照其內在聯(lián)系形成的科學的有機整體。標準是標準體系組成的基礎，標準體系是標準運行并發(fā)揮作用的保障。從頂層出發(fā)，建設燃料電池標準體系，避免標準的缺失、滯后等問題，對于促進燃料電池行業(yè)健康發(fā)展具有重要的意義。我國燃料電池標準體系編制主要依據(jù)以下原則：

1）系統(tǒng)性。將標準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，使之結構清晰、功能明確、布局合理、滿足對標準總體配置需求。這是系統(tǒng)論的基本原則在標準化工作的具體應用。

2）協(xié)調性。一是標準體系內部所有現(xiàn)行的燃料電池國家標準符合：各功能模塊配合得當、各司其職，不存在交叉、重復、矛盾、不協(xié)調、不配套等現(xiàn)象；二是與相關標委會（如氫能、汽車等）建立穩(wěn)固的協(xié)調和溝通機制，確保與其他相關聯(lián)標準的銜接性和協(xié)調性。

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

4）與國際標準接軌。在設定標準體系的類別時，結合我國的實際情況，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的標準分類方式，力爭使我國的標準體系與IEC及其他相關國際標準同步或接軌。

2.3 我國燃料電池標準體系的構成

隨著燃料電池產業(yè)的發(fā)展，燃料電池標委會需要不斷地完善燃料電池標準體系建設，提升標準的系統(tǒng)性、協(xié)調性、完整性以及保持與國際接軌。跟隨著國家標準化的重大改革，燃料電池標委會對標準體系做了修訂，使得燃料電池標準體系在滿足產業(yè)發(fā)展需求的基礎上，更加符合當前標準化改革的要求。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的標準化工作接軌，涵蓋：基礎標準、燃料電池通用技術標準、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)、驅動和輔助動力用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、可再生水電解質儲能（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：基礎通用類、安全、重大項目配套、技術條件和性能測試、安裝、互換性和市場準入等，并給出標準制定層級建議（國標、行標和團標），具體見下圖。

新版體系將給出燃料電池領域標準制定的整體規(guī)劃，盡可能涵蓋燃料電池技術領域所需的標準項目，從頂層出發(fā)，對燃料電池領域標準制修訂工作給予指導。

在橫向的8大類別中，對于一些大類又進行了細分，具體為：

——燃料電池通用技術標準細分為：關鍵材料及部件、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)有標準體系圖

——驅動和輔助動力燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中列出了現(xiàn)有燃料電池的應用領域，以及未來3～5年極具應用前景的領域，細分為：道路車輛、非道路車輛、無人機、軌道交通、船用、水下設備等六小類；

——微型燃料電池發(fā)電系統(tǒng)參照IEC/TC 105對該領域的劃分，按照不同的技術類型進行細分，根據(jù)技術發(fā)展的成熟度及實際需求，現(xiàn)階段主要涵蓋：質子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池和固體氧化物燃料電池等三個技術領域。細分為：通用標準、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能-燃料電池系統(tǒng)（含逆向）細分為：單電池/堆和系統(tǒng)兩小類。

3 我國燃料電池標準化現(xiàn)狀

在上述標準體系的指導下，結合產業(yè)的需求，燃料電池標委會成立至今，已經發(fā)布標準43項（含廢止），正在執(zhí)行3項標準的制定工作，具體如下表所示。

從表中可以看出，燃料電池標委會成立前期，燃料電池處于實驗室研究階段，標準的制定主要集中在基礎、關鍵材料和零部件等領域，包括：術語、膜電極、質子交換膜、雙極板、催化劑、炭紙等性能測試標準；聯(lián)合全國汽車標委會電動車輛分標委，結合國家重大項目中的燃料電池汽車的示范應用，制定乘用車、客車和轎車技術條件和測試方法標準；在固定式、微型領域標準的制定主要以采標為主。

隨著近兩年燃料電池產業(yè)的快速發(fā)展，標準制定逐漸開始服務產業(yè)的發(fā)展。一是車用領域，為配套燃料電池汽車的發(fā)展，燃料電池標委會完成了低溫、車用模塊、車用電堆等標準的制定，并正在開展車用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)耐久性測試標準的制定。二是備用電源領域，結合燃料電池在通信基站中的應用，聯(lián)合中國通信標準化協(xié)會組織完成了《質子交換膜燃料電池備電源系統(tǒng)：安全》標準的制定；為推動質子交換膜燃料電池在電力系統(tǒng)變電站領域作為備用電源的應用，聯(lián)合全球能源互聯(lián)網研究院有限公司開展了《變電站用質子交換膜燃料電池供電系統(tǒng)》。三是新興領域，標委會緊跟市場發(fā)展，針對已有少量市場規(guī)模，但是缺少標準指導的領域，及時組織開展標準的制定，使得標準早期介入市場，發(fā)揮標準引領和規(guī)范行業(yè)發(fā)展的作用，如無人機領域。

4 標準化工作建議

燃料電池技術復雜，產業(yè)鏈長，相關的標準化技術委員會比較多。燃料電池標委會作為與燃料電池產業(yè)直接相關的標準化技術委員會，主要負責燃料電池本體的標準制定工作，但僅靠燃料電池標委會制定出的標準是遠遠滿足不了燃料電池產業(yè)發(fā)展需求的。

燃料電池進入產業(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；下游的應用如汽車、備用電源、無人機等以及配套設施如輸氫管道、加氫站等。尤其是涉及到氫氣、氣瓶等方面，從單個標委會的角度出發(fā)，協(xié)調難度大。因此，建議由國家標準化主管部門牽頭，采取以目標導向性的綜合標準化方法，針對燃料電池的應用制定出標準綜合體，建立多部門協(xié)調、頂層設計、全員參與、協(xié)同攻關、標準成套的綜合標準化模式，充分發(fā)揮標準引領產業(yè)發(fā)展的作用。

表 燃料電池標委會制修訂標準匯總表

GB/T 31036—2014 質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固定式質子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)（獨立/制定 已廢止型）性能試驗方法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)性能試驗方法 GB/Z 21742—2008便攜式質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：性能試驗方法 / 制定 已發(fā)布20151724-T-604 變電站用質子交換膜燃料電池供電系統(tǒng) / 制定 已報批20173720-T-604 無人機用氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng) / 制定 草案20173719-T-604 車用質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