通信用氢燃料电池固态储氢系统 通信标准类技术报告（YDB 053—2010）

1范围 　　本技术报告规定了通信用氢燃料电池固态储氢系统的术语和定义、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。 　　本技术报告适用于通信用氢燃料电池固态储氢系统。 　　2规范性引用文件 　　下列文件中的条款通过本技术报告的引用而成为本技术报告的条款。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技术报告，然而，鼓励根据本技术报告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技术报告。 　　GB/T 191包装储运图示标志 　　GB/T 2423.10-2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Fc和导则：振动（正弦） 　　GB/T 2423.17-2008电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Ka：盐雾 　　GB/T 2829-2002周期检验计数抽样程序及表（适用于对过程稳定性的检验检查） 　　GB/T 3634.1-2006氢气第一部分工业氢 　　GB/T 3873通信设备产品包装通用技术条件 　　GB/T 16942-1997电子工业用气体氢 　　GB/T 24499-2009氢气、氢能与氢能系统术语 　　YD/T 122-1997邮电工业产品铭牌 　　3术语和定义 　　下GB/T 24499-2009中及下列术语和定义适用于本技术报告。 　　3.1 　　储氢合金hydrogen storage alloys 　　可直接与氢气结合形成可逆金属氢化物的材料。 　　3.2 　　额定容量rated capacity 　　在规定的条件下，固态储氢模块（系统）所能提供的由制造厂商标称的放氢量。 　　3.3 　　额定充氢速率rated refilling rate 　　在规定的条件下，固态储氢模块（系统）所能达到的由制造厂商标称的充氢速率。 　　3.4 　　额定放氢速率rated discharging rate 　　在规定的条件下，固态储氢模块（系统）所能达到的由制造厂商标称的放氢速率。 　　3.5 　　额定充氢压力rated hydrogen pressure 　　在规定的条件下，固态储氢模块（系统）在额定充氢速率下达到额定容量所需的最小充氢压力。 　　3.6 　　固态储氢模块solid-state hydrogen storage unit 　　一个完整的储氢系统单体，包括储氢合金、外壳、阀门、内部结构和其它附属装置。 　　3.7 　　固态储氢系统solid-state hydrogen storage system 　　由一系列固态储氢模块按照一定设计组成的一个独立、完整的系统，包括固态储氢模块、箱体、监测单元和其它附属装置。 　　注：固态储氢技术的原理和特点参见附录B，固态储氢技术的应用情况参见附录C。 　　4产品系列 　　4.1固态储氢模块的额定容量值 　　0.5m3，1.0m3，1.5m3，2m3。 　　系统的型号依据YD/T 638.3的规定命名。 　　4.2固态储氢系统的额定容量值 　　12m3，16m3，20m3，24m3。 　　注：当用户提出要求并与制造厂协商后，可以生产系列数值以外的产品。 　　5技术要求 　　5.1使用条件 　　除非另有规定，固态储氢模块/系统应能在下列环境条件下正常运行： 　　a)海拔不超过3000m； 　　b)工作温度：-10℃～50℃； 　　c)储存温度：-40℃～60℃； 　　d)相对湿度：不大于95%。 　　5.2通用安全要求 　　由于固态储氢系统中有易燃易爆的氢气燃料，消除潜在危险很有必要。应按照以下顺序为其采取通用安全措施： 　　a)在储存的氢气燃料未释放时，首先应消除固态储氢系统外围的安全隐患； 　　b)对储存的氢气燃料进行控制（如采用防爆片、泄压阀、隔热构件等），确保放氢时不危及周围环境； 　　c)提供适当的、与残存危险有关的安全标记，例如：机械危险、电气危险、电磁兼容性（EMC）危险、热危险、火灾和爆炸危险、故障危险、材料的危险、废物处置危险、环境危险等。 　　5.3系统外观与结构 　　系统的外观和结构应符合下列要求： 　　a)系统外表应清洁，无机械损伤，接口触点无锈蚀； 　　b)系统表面应有清楚的产品标识； 　　c）系统的供氢接口、充氢接口等应有明确的标识，并符合制造商产品图样。 　　d）系统应采用模块化结构，便于系统的装配、检测和维护。 　　e）系统应保证热交换的均匀和充分，并可合理利用燃料电池工作产生的热量。 　　5.4固态储氢模块的安全性能 　　5.4.1泄漏安全性能 　　在标准状态（0℃、101.325kPa）下，每m3储氢容量的固态储氢模块的氢气漏率应不大于6cm3/h。 　　5.4.2振动安全性能 　　按6.4的方法进行固态储氢模块的振动试验，模块应不发生容器破裂、变形等事故，振动试验后的模块应按6.3的方法进行气体泄漏试验并满足5.4.1的要求。 　　5.4.3循环充（放）氢应力应变安全性能 　　按6.5的方法进行固态储氢模块的循环充（放）氢应力应变试验，试验结果应满足如下要求： 　　a）在每50次连续循环测试中，每只应变片测定的最大应变量不应超过在最大设计应力极限下允许应变的50%，且应变量不再增加； 　　b）循环充(放)氢应力应变试验完成后，所有模块应按6.3的方法进行气体泄露试验并符合5.4.1的要求，在水平和竖直方向上至少一个模块应按6.7进行火烧试验并满足5.4.5的要求。 　　5.4.4高（低）温工作安全性能 　　按6.6的方法进行固态储氢模块的冷热循环试验，进行试验后，所有模块应按6.3的方法进行泄漏试验并满足5.4.1的要求。 　　5.4.5火烧安全性能 　　按6.7的方法进行固态储氢模块的火烧安全性能试验，固态储氢模块在试验过程中应无弹射物出现，并应满足如下条件之一： 　　——固态储氢模块的泄压阀或其它泄压装置在火烧试验时开启，模块泄压至表压为零而不发生破裂； 　　——所有进行火烧试验的固态储氢模块可火烧至少20min而不破裂。 　　5.5系统的过压安全性能 　　固态储氢系统应安装泄压阀等过压保护装置，泄压阀的启动压力应低于储氢容器、阀门、接头和氢气管线最大许用压力的0.8倍，并不大于系统额定充氢压力的1.5倍。 　　5.6系统的耐腐蚀性 　　固态储氢系统中与氢气或储氢合金接触的容器、管线、阀门等在工作温度和压力下应不与氢气反应而脆化；容器外壳、截止阀和其它元器件应能在振动和潮湿条件下使用而不被损坏或腐蚀，应选择耐腐蚀材料或在以上部件上施加防腐涂层。 　　5.7系统的储氢压力 　　固态储氢系统储存时的氢气压力应不高于2.5MPa，工作时的氢气压力应不高于1.5MPa。 　　5.8系统的储氢容量 　　固态储氢系统额定容量的测定值与标称额定容量的负差值应不大于5%。 　　5.9模块的储氢密度 　　固态储氢模块的储氢密度应不低于0.1m3/kg。 　　5.10系统的放氢纯度 　　固态储氢系统释放的氢气纯度应不低于99.999%。 　　5.11系统的放氢速率 　　固态储氢系统的额定放氢速率应不低于2slpm/m3。 　　5.12系统的充氢纯度 　　固态储氢系统充氢时的氢气纯度应不低于99.95%。 　　5.13系统的充氢压力 　　固态储氢系统充氢时的额定充氢压力应不高于3.0MPa。 　　5.14系统的充氢速率 　　固态储氢系统充氢时的额定充氢速率应不低于2slpm/m3。 　　5.15系统的循环充/放氢寿命 　　固态储氢系统的充(放)氢循环寿命应不低于1000次，即经过1000次充（放）氢循环后系统的容量保持率应不低于85%。 　　6试验方法 　　6.1试验前准备 　　6.1.1试验环境条件 　　试验环境应符合下列条件： 　　a）温度：15℃～35℃； 　　b）湿度：45%～75%； 　　c）大气压力：86kPa～106kPa。 　　6.1.2试验用仪表和设备 　　建议试验用仪表和设备见本技术报告附录A。 　　6.2外观与结构检查 　　目测系统的外观、标识、接口和结构，检查结果应符合5.3的要求。 　　6.3泄漏试验 　　固态储氢模块的泄漏试验应在完全密闭的空间内进行，应充氢气、氦气或氢氦的混合气体，并按表1的条件依次进行泄漏试验，试验结果应符合5.4.1的要求。 　　6.4振动试验 　　按照GB/T 2423.10-2008中“试验Fc”的要求进行固态储氢模块的振动安全性能试验，频率为10～55Hz，振幅为0.35mm，并以1Hz/min的速率变化，一次频率往复循环周期控制在95±5min。试验结果应符合5.4.2的要求。 　　6.5循环充(放)氢应力应变试验 　　6.5.1试验要求 　　a）对于设计在单一方向运输和使用的固态储氢系统，至少需要5个储氢模块在该方向上测试；对于可能在多个方向上使用的金属氢化物储氢系统，在水平和竖直两个相互垂直的方向上至少各需要3个储氢模块进行测试； 　　b）每一只待测的储氢容器均应安装足够多的应变片以测定吸放氢循环时容器的最大局部应变；最大应变量测定所需要的应变片的数量和位置的确定可以借助设计时的工程模型，包括容器制造商提供的应力分布和分析信息、内部构造和几何尺寸、储氢合金分布等；如果工程模型不能准确地确定最大应变位置点，则需要的应变片的数量和位置应通过经验，在至少两只储氢容器上密集安装应变片，并通过实际测试来确定； 　　c）应采取必要的措施保护应变片，以免在长期测试和暴露在环境中对其造成损坏，如覆以耐化学腐蚀的环氧树脂薄膜；在循环测试的过程中，至少在循环过程的起始和结束时，应对应变片进行校准确保其能正常使用，对不能正常使用的应及时更换； 　　d）循环过程中充氢应从不高于额定容量的5%至不低于额定容量的95%，应采用额定充氢速率充氢并使温度保持在模块的工作温度范围内。 　　6.5.2试验步骤 　　a）安装应力应变测试装置，连接气路，进行气密性检查，确保试验气路无氢气泄漏； 　　b）固态储氢模块在额定充氢压力下充氢至最大吸氢容量，测量并记录达到最大吸氢容量时每只应变片的应变量； 　　c）固态储氢模块在不低于额定放氢速率下放氢至储氢量不高于额定容量的5%，测量并记录每只应变片的应变量； 　　d）重复b、c过程，直至进行至少100次循环，试验结果应符合5.4.3的要求；如在连续循环过程中，应变量超过设计极限或容器材料出现塑性变形，应停止试验。 　　6.6高（低）温工作试验 　　6.6.1试验要求 　　a)对于设计在单一方向运输和使用的固态储氢系统，至少需要5个固态储氢模块在该方向上进行试验；对于可能在多个方向上使用的固态储氢系统，至少在水平和竖直两个相互垂直的方向上各需要3个固态储氢模块进行试验； 　　b)固态储氢模块应充氢至额定容量，并置于控温箱内，控温箱可在2h内由固态储氢模块的最低工作温度升至其最高工作温度，反之亦然。 　　6.6.2试验步骤 　　a）将待测固态储氢模块应充氢至额定容量； 　　b)将充氢后的模块置于控温箱里，在60min内，将箱体温度从20℃升至50℃； 　　c）将固态储氢模块在50℃±2℃保温至少1h； 　　d）在60min内，将箱体温度从50℃降至20℃；然后在60min内，将箱体温度降至-10℃； 　　e）将固态储氢模块在-10℃±2℃保温至少1h； 　　f）在60min内，将箱体温度升至20℃； 　　g）将a)到e)的过程重复50次，试验结果应符合5.4.4的要求。 　　6.7火烧试验 　　6.7.1试验要求 　　a）至少3只将要使用或运输的固态储氢模块按不同的朝向进行火烧试验；对于没有规定使用或运输朝向的储氢模块，至少需要3只分别按水平、竖直和另一任意方向进行火烧试验，如有可能，至少要进行一次泄压阀正对火源和一次泄压阀与火源成180°角的试验； 　　b）固态储氢模块的整个宽度方向应置于最大长度为1.65m的火源中；对于长度小于1.65m的模块，火源应吞没整个模块；对于长度超过1.65m或因装配多个泄压阀而空间长度大于1.65m的模块，需要在水平方向上进行火源部分吞没模块的测试；如果模块长度大于1.65m且泄压阀装配在其一端，则模块的另一端应置于火源中；如果泄压阀装配在模块的两端或在长度方向上的不同位置，火源应置于泄压阀最大水平间距的中间位置； 　　c）对于长度小于或等于0.3m的固态储氢模块，温度测试仪器应安装在距离模块各端0.05m以内但不与模块表面接触的位置；在测试方向上，待测的固态储氢模块应距离燃料至少0.1m或更高以确保能被火焰完全吞没；火源产生的火焰应能吞没整个模块。应对截止阀、配件和（或）泄压阀进行防护以使其免受火焰的直接冲击； 　　d）在充分考虑燃料燃烧可能对周围环境造成的污染和影响的前提下，可采用能提供均匀热量且在特定的测试条件下能维持燃烧至少20min的任何燃料；火烧测试应在有合适的通风设施内或在开放的地面上进行，以保证安全；应详细记录火情状况以保证模块的受热情况能再现。 　　e）试验前,固态储氢模块应充氢至额定容量。 　　6.7.2数据监视和记录 　　固态储氢模块的温度和压力信号应能远程监视和记录，数据时间间隔≤15s，应安装泄压阀以便当测试设备或系统出现故障时，装置可实现泄压；在记录的同时，每次试验时，还应记录如下试验信息： 　　a）固态储氢模块制造厂商和型号； 　　b）泄压装置的类型和标称值； 　　c）固态储氢模块的放置方向（竖直，水平或倒立）； 　　d）泄压装置的放置位置和方向； 　　e）固态储氢模块经历的吸放氢循环次数； 　　f）泄压装置触发反应时间和测试完成耗费的时间； 　　g）环境温度； 　　h）风向和风速； 　　i）试验员； 　　j）证明人； 　　k）测试日期； 　　l）温度和压力数据； 　　m）试验结果，试验结果应符合5.4.5的要求。 　　注：进行过6.5循环充(放)氢应力应变试验的固态储氢模块可用于火烧试验。 　　6.8系统的过压试验 　　将系统氢气压力升高到额定充氢压力的1.5倍以上，检查系统过压保护装置是否正常工作，试验结果应符合5.5的要求。 　　6.9耐腐蚀性试验 　　按照GB/T 2423.17-2008中的试验方法对样品进行48h的盐雾试验，试验后的样品应符合5.6的要求。 　　6.10放氢性能试验 　　6.10.1试验要求 　　每批次系统取不少于5只同样规格的固态储氢模块进行试验，同样工况条件下应进行不低于2次重复试验，取平均值。 　　6.10.2试验步骤 　　a）将待测储氢模块固定于测试台，连接气路，进行气密性检查，确保检测气路无氢气泄漏，安装检测热电偶； 　　b）根据固态储氢模块额定放氢速率设定仪器流量控制值； 　　c）开启检测仪器，打开固态储氢模块放氢阀，同时进行放氢速率、放氢容量、氢气压力和容器表面温度的测量并实时记录，系统的储氢压力和储氢容量应分别符合5.7和5.8的要求； 　　d）称量固态储氢模块的重量，根据其储氢容量和重量的试验值，计算固态储氢模块的储氢密度（单位：m3/kg），试验结果应符合5.9的要求； 　　e）按GB/T 16942-1997中的试验方法测定固态储氢系统放氢的氢气纯度，结果应符合5.10的要求； 　　f）进行放氢速率、放氢容量、氢气压力和容器表面温度的测量并实时记录，系统的放氢速率应分别符合5.11的要求； 　　6.11充氢性能试验 　　6.11.1试验要求 　　每批次系统取不少于5只同样规格的固态储氢模块进行试验，同样工况条件下应进行不低于2次重复试验，取平均值。 　　6.11.2试验步骤 　　a）将待测储氢模块固定于测试台，连接气路，进行气密性检查，确保检测气路无氢气泄漏，安装检测热电偶； 　　b）按GB/T 3634.1-2006中的试验方法测定固态储氢系统充氢的氢气纯度，结果应符合5.12的要求。 　　c）根据固态储氢模块的额定充氢压力设定充氢压力控制值，其额定充氢压力应符合5.13的要求； 　　d）开启检测仪器，打开固态储氢模块充氢阀，同时进行充氢时间、充氢容量和氢气压力的测量和记录； 　　e）将固态储氢模块充氢至额定容量，根据充氢时间和充氢容量的试验值，计算固态储氢模块的充氢速率，试验结果应符合5.14的要求。 　　6.12系统循环充/放氢寿命试验 　　按以下步骤进行试验： 　　a）固态储氢系统在不高于50℃下，以不低于额定放氢速率放氢至0.15MPa，搁置1h； 　　b）固态储氢系统在不高于50℃和额定充氢压力下，以不低于额定充氢速率充氢至额定容量的80%； 　　c）固态储氢系统在不低于0℃下，以不低于额定放氢速率放氢至0.15MPa，即完成一次循环； 　　d）固态储氢系统按b）～c）步骤连续重复24次； 　　e）循环25次为一个周期，第24次循环结束后，第25次循环以额定充氢速率充氢至实际容量的105%（即过充实际容量的5%），若某个周期的第25次循环的放氢容量小于额定容量的85%，则停止循环寿命试验，试验结果应符合5.15的要求。 　　7检验规则 　　7.1检验分类 　　产品检验分为出厂检验和型式试验。 　　7.2出厂检验 　　每套系统出厂时均需进行出厂检验。有一项性能指标不符合要求，即为不合格，应返修复检。 　　复检再不合格，则不能发给合格证。检验合格后，填写检验记录并发给合格证方能出厂。出厂检验分全检和抽检两种，可根据情况任选一种。 　　7.3型式检验 　　型式检验按周期检查进行，一般l年进行一次。具有下列情况之一的均需做型式检验： 　　a)产品停产一个周期以上又恢复生产； 　　b)转厂生产再试制定型； 　　c)正式生产后，如结构、材料、工艺有较大改变； 　　d)产品投产前签定或质量监督机构提出。 　　型式检验按GB/T 2829–2002进行，采用判别水平Ⅰ的二次抽样方案。产品质量以不合格数表示。产品的不合格判定分B和C两类。 　　产品不合格质量水平RQL值见表2。 　　8标志、包装、运输、贮存 　　8.1标志 　　8.1产品标志 　　在产品的适当位置应有标志，产品铭牌的内容、外观、性能应符合YD/T 122-1997标准的规定。 　　8.2包装标志 　　产品包装上应有标志并符合GB/T 191的规定。 　　8.3其他标志 　　8.3.1氢气接口标志 　　应当明确标识系统中氢气的入口和出口。 　　8.3.2警示标志 　　存在危险的部位应使用警示标志，例如：易燃气体。 　　8.2包装 　　产品包装应防潮、防振，并应符合GB/T 3873规定。 　　产品随带文件： 　　a）产品合格证； 　　b）产品说明书； 　　c）材料安全性一览表：应包含氢气泄漏和（或）储氢系统破裂，储氢合金与反应物如空气和 　　水可能的反应及处理要求； 　　d）用户操作手册：应包含产品指定的最低工作条件、氢气质量、充氢步骤、循环和处理信息和（或）其它使用的有关限制，包括使用或存储点的最低通风条件，定期测试和检验的最小间隔时间等； 　　e）装箱清单； 　　f）其他技术资料。 　　8.3运输 　　产品在运输中，应有遮篷，不应有剧烈振动、撞击等。 　　管道、阀门和接头应有防止碰撞的防护装置。 　　8.4储存 　　产品储存应符合GB/T 3873的规定。