质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢质量管理 风险评价程序-编制说明

《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢质量管理风险评价程序》

编制说明

一、任务来源

为了加快构建燃料电池用燃料氢质量保证体系，支撑国家标准

GB/T37244的贯彻实施，为氢能和燃料电池产业高质量发展奠定良

好保障基础，针对氢气中颗粒物的测定目前暂无合适的国家或行业标

准，经中国节能协会批复立项，编写《质子交换膜燃料电池汽车用燃

料氢质量管理风险评价程序》。

二、标准制定背景、目的和意义

氢气质量的好坏极大地影响着质子交换膜燃料电池的性能和寿

命，对燃料电池汽车产业的健康发展及整个氢能产业的发展都起着极

其重要的作用，应当制定整个氢气供应链的质量保证指南规范性标准，

以确保燃料氢质量符合要求，其中重要的一环就是辨识潜在的杂质组

分以及评判其危害性，从而制定兼顾成本考虑的质量保证措施。

2018年我国发布GB/T37244《质子交换膜燃料电池汽车用燃料

氢气》，对氢气质量提出了明确要求。根据该标准可以看出：氢气质

量检测的项目众多，而且痕量限值要求使检测难度和成本高企，在整

个氢气供应链的每个环节进行频繁的全面的检测和控制是不现实的。

由于燃料氢的质量因素最终对燃料电池动力系统产生的危害程度是

氢中杂质种类和含量综合作用的结果，而氢中杂质组分种类及其浓度

含量与氢气制备原料、工艺方法、提纯技术、运输方式、加注设备和

工艺、操作规范性多方面因素共同决定的，因此建立一套适合氢气制

储运加全流程的科学的氢气质量风险评估程序是十分重要的，有利于

对企业的质量管控形成有力指导。

本标准研制的目的就是通过非等效转化ISO19880-8:2019《气态

氢-加氢站第8部分：氢气质量控制》，结合我国氢源质量特性和供

应链实际情况，更加强调制备-提纯-运输-加注全链条的整体质量风险

评估，采用量化评价的方法，制定适用于供应链各环节的质量风险分

析评估标准程序，为氢能相关企业建立科学的质量保证体系奠定基础。

三、标准的编写原则与思路

本标准在编制过程中，主要遵循了科学性、实用性、规范性的原

则。

1、科学性。根据《中华人民共和国标准化法》相关法律法规，

主要参照了GB/T37244《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》、

GB31138-2014《汽车用压缩氢气加气机标准》、GB/T24499《氢

气、氢能与氢能系统术语》、GB50516-2010《加氢站技术规范》、

SAEJ2719《燃料电池车用氢气品质标准》、ISO19880-1《氢气.燃

料站.第1部分:一般要求》、ISO14687-2《氢燃料.产品规格.第2部

分:道路车辆用质子交换膜(PEM)燃料电池的应用》、ISO19880-8《氢

气.燃料站.第8部分:燃料品质控制》等相关标准，确定标准条款。

2、实用性。结合国内氢能发展需求、氢能技术进步、氢气质量

检测各环节单位需求等，对本标准的相关要求作出全面规定，实用性

强。标准内容经过起草组反复讨论，语言表达力求准确、精炼，条理

清晰，具备可操作性。

3、规范性。标准格式按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1

部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定编写。

四、主要编制过程

1、准备和启动阶段

本标准《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢质量管理风险评价

程序》由国家技术标准创新基地（氢能）、全国氢能标准化委员会、

中国节能协会氢能专委会提出，于2021年7月获中国节能协会批复

立项。

团体标准正式立项后，北京低碳清洁能源研究院、中国节能协会

氢能专委会委托佛山绿色发展创新研究院、中国石油化工股份有限公

司石油化工科学研究院、全国氢能标准化委员会为该标准主要起草单

位，并建立了标准起草组，收集大量材料，制定工作计划。

2021年7月，国家技术标准创新基地（氢能）、全国氢能标准

化委员会、中国节能协会氢能专委会召开本标准启动会，起草组及相

关单位参与，重点讨论了本标准的基本框架、拟修订内容和修订工作

进程。

2、起草阶段

2021年8月-10月，标准起草工作开展后，起草工作组详细研读

了氢气品质和其他类型产品安全风险评估相关的国内外先进标准及

其引用标准和技术规范，同时收集、查阅了大量有关燃料电池车用氢

气品质的技术文献，最后经多次探讨、协商、修改，形成了本标准的

草案。

2021年11月，标准起草组针对《质子交换膜燃料电池汽车用燃

料氢质量管理风险评价程序》召开团体标准内部研讨会，会上对标

准讨论稿作了逐字逐句的讨论、修改和完善，最终形成了本标准征求

意见稿。

五、标准主要内容说明

本标准在编制过程中，严格遵照国家及团体标准规定的程序进行，

本标准中主要条款编制说明如下：

1、范围

本标准规定了氢质量风险评价的基本原则和具体程序，确定杂质

出现的概率分级、杂质对燃料电池汽车的影响程度分级和风险评价的

分级，还给出了降低质量风险的方法。

本标准适用于质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢的质量管理。

2、规范性引用文件

列出了该标准的规范性引用文件，主要引用标准共计7项，其中

引用国内文件4项，国际文件3项。

3、术语和定义

除GB/T37244、GB/T24499界定以及下列术语和定义适用于本

文件，本标准共涉及4条术语和定义。

4、风险评价程序

在本章中规定了对特定来源的燃料氢进行风险评价的程序，具体

逻辑如图1所示。风险评价分为风险分析和风险评定两个阶段，首先

对燃料氢进行组分分析并确定气阈值，接下来分析燃料氢在制取、储

运、加注环节各杂质超出阈值的可能性，然后分析杂质对燃料电池汽

车影响严重程序。基于以上分析结果，进行风险评定，确定严重程度。

根据严重程序判断是否需要降低风险，如果需要降低风险，则设计方

案，并开展质量试验检测，并根据结果再次进行风险分析；如果判断

不需要进行降低风险，则可以认定过程质量达标，且制、储、运、加

注全过程风险可以接受。

图1风险评价的逻辑过程

5、杂质出现的概率分级

在本章中规定了杂质出现概率的等级划分标准，具体如表格1所

示。杂质出现的概率等级依据杂质出现的频率划分为5个等级，分别

是0（几乎不可能出现，杂质从未超出过阈值）、1（不大可能，业

内人员认为该杂质会在供应链中出现）、2（极少出现，该杂质每年

出现一次或者以上）、3（很有可能，该杂质在特定的位置反复出现）、

4（频繁，该杂质定期出现）。

表1杂质出现的概率分级

概率等级概率名称描述出现频率

0几乎不可能该杂质从未超出阈值从不

1不大可能业内人员认为该杂质会在供应链中出现10-6

2极少该杂质每年出现一次或以上10-5

3很可能该杂质在特定位置反复出现10-4

4频繁该杂质定期出现经常

如果该杂质出现频率未知，则假定为最严重的等级。

6、杂质对燃料电池汽车的影响

在本章中规定了杂质对燃料电池汽车的影响程度分级的基本

标准，并且确定不同含量的杂质对燃料电池汽车的影响。其中表

2为杂质对燃料电池汽车影响程度的分级标准。共分为5个级别，

分别是无影响、影响较小、可逆性损害（需要特定的轻度维护，

车辆仍可运行）、可逆性损害（需要特定的及时维护，渐进式功

率损耗，但不影响车辆安全）和不可逆性损害（断电或车辆停驶

危及安全、需要重大维护）。

表2杂质对燃料电池汽车的影响程度分级

所造成影响类型

对燃料电池汽车的影

严重程度

响或损害性能影响暂时性的硬件影响永久性的硬件影响

0·无影响无无无

·影响较小

·暂时性断电

1有无无

·对硬件无影响

·车辆仍可运行

·可逆性损害

·需要特定的轻度维

2有或无有无

护

·车辆仍可运行

·可逆性损害

·需要特定的及时维

3护有有无

·渐进式功率损耗，

但不影响车辆安全

·断电或车辆停驶危有无

及安全

4·不可逆性损害有

·需要重大维护（如无有

更换电堆）

影响车辆安全的损害，无论是暂时性的还是永久性的，均归为严重程度4；其他暂时性损害归为严重程

度1、2或3。

根据分级标准，对不同杂质在不同含量等级时对燃料电池汽

车造成的影响进行评估，评估结果如表3。将氢气中杂质含量分

为两个等级，一个是从GB/T37244要求的阈值至1级值，第二等

级杂质含量超过1级值。由于目前部分的研究成果并不完善，因

为尚未全部杂质做出分级指标，如氦、氮、氩、氧，所以表中该

杂质（从GB/T37244要求的阈值至1级值）的严重程度和1级

值是未确定的，需要根据最新研究成果对其进行修改。此外，对

H2O、总硫、总烃、总卤、氨、颗粒物6中杂质而言，由于杂质影

响非常严重，只要超过GB/T37244规定的阈值，一般认为可以严

重程度为4级，因此不再区分超过阈值、1级值的影响。

表3各杂质对燃料电池汽车的影响

GB/T37244严重程度

严重程度

杂质规定的阈值（从GB/T37244要求的1级值

（大于1级值）

[μmol/mol]阈值至1级值）

非氢气体总量300UDbUDb4

氦He300UDbUDb4

bb

总氮和氩N2Ar100UDUD4

bb

氧O25UDUD4

二氧化碳CO22134

一氧化碳CO0.22-3c14

甲烷CH410013004

水H2O54NA4

总硫按H2S计0.0044NA4

氨NH30.14NA4

c

总烃按CH4计21-4NA4

甲醛HCHO0.012-3c14

甲酸HCOOH0.22-3c14

总卤化合物0.054NA4

最大颗粒物浓度1mg/kg4NA4

关键点

UD：未确定

NA：不适用

A该阈值符合GB/T37244的要求。

b因为尚未对此进行任何具体研究，所以表中该杂质（从GB/T37244要求的阈值至1级值）的严重程度和1级值是未确定

的；应根据新阈值对其进行修改。

c在获得更多具体数据前，该杂质严重程度宜考虑设定为更保守的分级。

d最大颗粒物浓度的单位为mg/kg。

7、风险评定的分级

在本章中规定了杂质风险等级划分标准，如表4所示。通过

概率等级和严重程度两个维度的数据进行风险评价。结果可以分

为三类，1是可接受风险，2是需要进一步检查，3是可不接受风

险，需要采取保护措施来降低风险。

表4风险评定的分级

严重程度

杂质出现频率概率等级

01234

频繁：经常4+****

很可能：10-43+0***

极少：10-52++0**

不大可能：10-61+++0*

几乎不可能0+++++

+0*

风险评定等级可接受的风险：需要进一步检查：不可接受的风险：

现有质量控制措施已足够现有质量控制措施可能不足够需要采取保护措施来降低风险

8、质量试验检测

在本章中规定了质量试验检测的两种场景，一个是常规质量

试验检测，是指在规定时间段或每批或批次定期进行一次常规分

析，并保存测试结果。另外一种是非常规质量试验检测，包括常

见的非例行情况包括并不仅限于如下情况:

⚫新的氢气生产工艺；

⚫首次启用新的加氢站；

⚫在生产现场或燃料站的生产工艺上进行的例行或非例行的露天检查、修理、

催化剂更换或相关工作；

⚫在压缩氢、液氢和氢管道运输系统发生严重故障后；

⚫造成燃料电池汽车性能受损，质疑氢气品质后；

⚫测试、研究或任何其他目的所必需的。

六、与现行相关标准的关系

本标准与现行法律、法规及相关标准协调一致。

《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢质量管理风险评价程序》

编制说明

一、任务来源

为了加快构建燃料电池用燃料氢质量保证体系，支撑国家标准

GB/T37244的贯彻实施，为氢能和燃料电池产业高质量发展奠定良

好保障基础，针对氢气中颗粒物的测定目前暂无合适的国家或行业标

准，经中国节能协会批复立项，编写《质子交换膜燃料电池汽车用燃

料氢质量管理风险评价程序》。

二、标准制定背景、目的和意义

氢气质量的好坏极大地影响着质子交换膜燃料电池的性能和寿

命，对燃料电池汽车产业的健康发展及整个氢能产业的发展都起着极

其重要的作用，应当制定整个氢气供应链的质量保证指南规范性标准，

以确保燃料氢质量符合要求，其中重要的一环就是辨识潜在的杂质组

分以及评判其危害性，从而制定兼顾成本考虑的质量保证措施。

2018年我国发布GB/T37244《质子交换膜燃料电池汽车用燃料

氢气》，对氢气质量提出了明确要求。根据该标准可以看出：氢气质

量检测的项目众多，而且痕量限值要求使检测难度和成本高企，在整

个氢气供应链的每个环节进行频繁的全面的检测和控制是不现实的。

由于燃料氢的质量因素最终对燃料电池动力系统产生的危害程度是

氢中杂质种类和含量综合作用的结果，而氢中杂质组分种类及其浓度

含量与氢气制备原料、工艺方法、提纯技术、运输方式、加注设备和

工艺、操作规范性多方面因素共同决定的，因此建立一套适合氢气制

储运加全流程的科学的氢气质量风险评估程序是十分重要的，有利于

对企业的质量管控形成有力指导。

本标准研制的目的就是通过非等效转化ISO19880-8:2019《气态

氢-加氢站第8部分：氢气质量控制》，结合我国氢源质量特性和供

应链实际情况，更加强调制备-提纯-运输-加注全链条的整体质量风险

评估，采用量化