《多工況下燃料電池汽車動力系統(tǒng)效率 臺架試驗方法》

ICS

CCS

團體標準

T/CSAExx－20xx

多工況下燃料電池汽車動力系統(tǒng)效率

臺架試驗方法

Efficiencyperformancebenchtestmethodsforpowersystemoffuelcellelectric

vehiclesundermultipleoperatingconditions

（征求意見稿）

在提交反饋意見時，請將您知道的該標準所涉必要專利信息連同支持性文件一并附上。

20xx-xx-xx發(fā)布20xx-xx-xx實施

中國汽車工程學會發(fā)布

1

多工況下燃料電池汽車動力系統(tǒng)效率臺架試驗方法

1范圍

本文件規(guī)定了燃料電池汽車動力系統(tǒng)在勻速工況、循環(huán)工況等多工況條件下的臺架試驗方法。

本文件適用于以氫燃料電池為主動力源的汽車動力系統(tǒng)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。

凡是不注日期引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T19753-2021輕型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法

GB/T19754-2021重型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法

GB/T18386-2017電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法

GB/T24548-2009燃料電池電動汽車術(shù)語

GB/T24549-2009燃料電池電動汽車安全要求

GB/T24554-2009燃料電池發(fā)動機性能試驗方法

GB/T35178-2017燃料電池電動汽車氫氣消耗量測量方法

GB/T37244質(zhì)子交換膜燃料電池用燃料氫氣

GB/T38146.1中國汽車行駛工況第1部分:輕型汽車

GB/T38146.2中國汽車行駛工況第2部分：重型商用車輛

SAEJ2617-2011RecommendedPracticeforTestingPerformanceofPEMFuelCellStack

Sub-systemforAutomotiveApplications

3術(shù)語和定義

3.1

燃料電池汽車動力系統(tǒng)fuelcellvehiclepowersystem

燃料電池汽車動力系統(tǒng)包括燃料電池發(fā)動機、DC/DC變換器、電驅(qū)總成及其控制系統(tǒng)和可充電儲能

系統(tǒng)（動力電池系統(tǒng)）等。

3.2

燃料電池汽車動力系統(tǒng)效率fuelcellvehiclepowersystemefficiency

電驅(qū)總成輸出軸端的機械能與所消耗的總能量之比。動力系統(tǒng)所消耗的總能量應(yīng)包括氫氣的化學能

以及來自電網(wǎng)的電能。

3.3

可充電儲能系統(tǒng)rechargeableelectricalenergystoragesystemREESS

可充電的且可提供電能的能量儲存系統(tǒng)。

4

3.4

可充電式混合動力系統(tǒng)Off-vehiclecharginghybridsystemOVC-HS

3.5

不可充式混合動力系統(tǒng)Notoff-vehiclecharginghybridsystemNOVC-HS

4測量參數(shù)、單位和準確度

表1規(guī)定了試驗測量的參數(shù)、單位和準確度。

表1測量的參數(shù)、單位和準確度要求

名稱單位準確度

時間s±0.1

距離km±0.1%

速度km/h±1%

電壓V≤0.5％FS

電流A≤0.5％FS

能量Wh±1%

溫度℃±1

壓力MPa±1%

氫氣質(zhì)量流量g/s±1%

5一般試驗條件及試驗要求

5.1測試條件

應(yīng)至少提供以下測試條件：

氫氣高壓氣源，純度滿足使用要求，參照GB/T37244；

燃料電池動力系統(tǒng)測試平臺具備監(jiān)測控制器參數(shù)的功能，并保證接地；

監(jiān)測操作環(huán)境正常與否；

電子負載；

制造商應(yīng)至少提供與燃料電池動力系統(tǒng)相適配的整車參數(shù)信息：

車輛類型、整備質(zhì)量和最大設(shè)計總質(zhì)量、最大牽引質(zhì)量（半掛牽引車）；

輪胎型號尺寸；

阻力系數(shù),不考慮制動能量回收工作時的情況；

車輛傳動比。

5.2測試前燃料電池汽車動力系統(tǒng)狀態(tài)規(guī)定

測試前燃料電池汽車動力系統(tǒng)應(yīng)符合以下規(guī)定：

燃料電池汽車動力系統(tǒng)各部件在測試臺架上安裝到位；

5

將燃料電池發(fā)動機的氫、空氣、冷卻管路連接完成，并加注冷卻液等并準備完畢；

靜置至少12h。

5.3一般試驗要求

測試應(yīng)按以下要求進行：

氣密性測試：在整個測試項目中，首先按照GB/T24554-2009中7.9條的方法對燃料電池發(fā)動機進行

氣密性檢測，如果氣密性達不到要求，則終止試驗；

絕緣電阻檢測：對燃料電池汽車動力系統(tǒng)進行絕緣測試，應(yīng)滿足GB18384的規(guī)定，如不滿足則終止

試驗。

5.4環(huán)境測試條件

試驗環(huán)境溫度為20℃~30℃。

試驗室應(yīng)配備如下安全設(shè)施：通風裝置，氫氣泄漏報警裝置；動力蓄電池通風和冷卻裝置；飛輪防

護罩，防高壓及去除靜電安全裝置，以及其他必要的安全防護設(shè)施。

5.5試驗公差要求

試驗循環(huán)工況上的速度公差和時間公差應(yīng)滿足圖1給出的公差和基準曲線要求。

、

說明：

1——基準曲線；

2——速度公差，單位為千米每小時（km/h）；

3——時間公差，單位為秒（s）。

圖1基準曲線和公差

圖1中的每一個點給出的速度公差，對于適用在M1,N1，最大設(shè)計總質(zhì)量不超過3500kg的M2類車

型的燃料電池汽車動力系統(tǒng)為±2.0km/h，適用于其他車型為±3.0km/h，時間公差為±1.0s。若適用車

輛最高車速小于CHTC的最高車速,在目標車速大于車輛的最高車速時,按照GB13852.6-2016附件CA

的規(guī)定對試驗循環(huán)進行修正。

在每個工況循環(huán)中，允許超出公差范圍的累計時間，對于M1、N1最大設(shè)計總質(zhì)量不超過3500kg

的M2類車型應(yīng)不超過4.0s，對于其它車型應(yīng)不超過10.0s。在試驗報告中應(yīng)注明超出公差的總時間。

6運行工況

6

6.1勻速工況

調(diào)整電機輸出端轉(zhuǎn)速至對應(yīng)的整車車速勻速運行。

與制造商協(xié)商，在選定的速度點進行連續(xù)勻速運行，每個速度點運行特定的里程后停機，停機時間

不超過30min，期間動力系統(tǒng)斷電，且不能使用外接電源對REESS充電，以此過程作為一個循環(huán)。

當燃料電池汽車動力系統(tǒng)適用在M1、N1類和最大設(shè)計總質(zhì)量不超過3500kg的M2車輛上時，應(yīng)至少選

擇（60±2km/h）的速度點進行試驗；當燃料電池汽車動力系統(tǒng)適用在最大設(shè)計總質(zhì)量大于3500kg類的

商用車輛上時，應(yīng)至少選擇（40±2km/h）的速度點進行試驗。

每個速度點運行的里程推薦在5公里到20公里范圍內(nèi)選取，或經(jīng)制造商建議運行特定的里程，但不

得少于5公里。

6.2循環(huán)工況

調(diào)整電機輸出端轉(zhuǎn)速至指定的循環(huán)工況運行。

當燃料電池汽車動力系統(tǒng)適用在M1、N1類和最大設(shè)計總質(zhì)量不超過3500kg的M2車輛上時，推薦采用

試驗循環(huán)如GB18352.6-2016附件CA所述的全球統(tǒng)一輕型車測試循環(huán)（WLTC）；或采用如GB/T

38146.1-2019中的中國輕型汽車行駛工況（CLTC）；或采用與制造商協(xié)商的測試循環(huán)。

當燃料電池汽車動力系統(tǒng)適用在最大設(shè)計總質(zhì)量大于3500kg類的商用車輛上時，推薦采用試驗循環(huán)

如GB38146.2-2019中的中國重型商用車輛行駛工況（CHTC）；或采用與制造商協(xié)商的測試循環(huán)。

除非有其他的規(guī)定，每個試驗循環(huán)允許停機，停機時間不超過30min，期間動力系統(tǒng)斷電，且不能

使用外接電源對REESS充電。

7試驗方法

7.1試驗流程

試驗流程如圖2所示。

7

圖2試驗流程

7.2不可外接充電式的（NOVC-HS）的試驗方法

7.2.1REESS的預(yù)置

對于NOVC-HS,REESS應(yīng)處于車輛制造商規(guī)定的正常使用的荷電狀態(tài)（SOC），否則應(yīng)將REESS預(yù)置

或調(diào)整到的正常使用的SOC。

7.2.2試驗程序

按照制造商的流程啟動燃料電池汽車動力系統(tǒng)，按照第6章規(guī)定的運行工況進行試驗，試驗可以直

接從冷態(tài)開始。按照8.5計算各試驗循環(huán)電池輸出能量占比BEP。

要求進行至少3次試驗循環(huán)，如果連續(xù)運行多個試驗循環(huán)后BEP絕對值仍大于4%，根據(jù)制造商建

議并經(jīng)由檢驗機構(gòu)確認，可運行特定的試驗循環(huán)數(shù)量后結(jié)束試驗。當應(yīng)用于乘用車、輕型商用車、城市

客車和自卸汽車上時，總循環(huán)數(shù)量為12；當應(yīng)用于其他重型商用車上時，總循環(huán)數(shù)量為6，或經(jīng)制造商

建議運行特定的試驗循環(huán)數(shù)量。

8

7.3可外接充電式的（OVC-HS）的試驗方法

7.3.1一般要求

不包含純電動工作模式的OCV-HS的臺架試驗分為：REESS電量調(diào)整階段和REESS電量平衡階段。

包含純電動工作模式的OCV-HS的臺架試驗分為：純電動工作階段，REESS電量調(diào)整階段和REESS電量

平衡階段。

含純電動工作模式的OVC-HS指可以在滿足公差的條件下以純電動工作模式完成一個試驗循環(huán)的車

輛。如果車輛的混合動力設(shè)計決定的或控制策略中設(shè)定的低于某車速下使用純電模式工作，高于某車速

使用混合動力模式工作的情況，不屬于本文件中規(guī)定的包含純電動工作模式的OVC-HS，應(yīng)按照電量調(diào)

整階段的規(guī)定進行試驗。

純電動工作模式既可以是以手動切換開關(guān)形式，或當車速無法滿足公差的規(guī)定，或達到企業(yè)規(guī)定的

其他結(jié)束條件時作為純電動工作模式的結(jié)束，也可以是依據(jù)控制器自動過渡，以燃料電池發(fā)動機自動啟

動作為純電動工作模式的結(jié)束。

7.3.2REESS的預(yù)置

在進行試驗前首先對REESS進行充電。在進行REESS充電前可先對REESS進行放電，放電程序應(yīng)根

據(jù)車輛制造商的建議規(guī)定進行。應(yīng)保證放電結(jié)束后REESS的剩余能量不超過SOC的20%或制造商設(shè)定的

SOC故障報警值。根據(jù)制造商的建議選擇直流或交流充電方式，按照附錄B規(guī)定的充電程序進行充電，

當外部儀器顯示REESS已完全充電時，判定為充電完成。如果始終沒有充滿，最長充電時間為：3×制

造商規(guī)定的REESS能量（kWh）/供電功率（kW）。

若根據(jù)車輛制造商的建議亦可不對REESS進行充電，則此時應(yīng)參照7.1的方法進行試驗。

7.3.3包含純電動工作模式的OVC-HS試驗程序

按照制造商的流程啟動燃料電池汽車動力系統(tǒng)，按照第6章規(guī)定的運行工況進行試驗，試驗可以直

接從冷態(tài)開始。按照8.5計算各試驗循環(huán)電池輸出能量占比BEP。

對于使用純電動模式切換開關(guān)或自動切換純電動工作模式時，當車速無法滿足5.5的規(guī)定，或燃料

電池發(fā)動機自動啟動，或制造商規(guī)定的其他應(yīng)結(jié)束試驗的條件時，應(yīng)迅速停機斷電。隨后在120min內(nèi)，

按照附錄B的規(guī)定對儲能裝置進行充電，測量來自電網(wǎng)的能量ESS（Wh）以及充電時間。

充電結(jié)束后30min內(nèi)，按照第6章規(guī)定的運行工況連續(xù)進行試驗，當車速無法滿足5.5的規(guī)定，或

燃料電池發(fā)動機自動啟動，或制造商規(guī)定的其他應(yīng)結(jié)束試驗的條件時，達到純電動工作階段結(jié)束條件，

應(yīng)迅速停機斷電，停機時間不超過30min。

純電動工作階段結(jié)束后，按照第6章規(guī)定的運行工況連續(xù)進行試驗，進入REESS電量調(diào)整階段。

當出現(xiàn)BEP絕對值不大于4%時，達到REESS電量調(diào)整階段的結(jié)束條件，則按照第6章規(guī)定的運行

工況繼續(xù)進行試驗，當再出現(xiàn)兩次BEP絕對值不大于4%的試驗循環(huán)時，達到REESS電量平衡階段的結(jié)

束條件。

如果從REESS電量調(diào)整階段開始，連續(xù)運行多個試驗循環(huán)后BEP絕對值仍大于4%，根據(jù)制造商建

議并經(jīng)由檢驗機構(gòu)確認，可判定為不具有REESS電量平衡階段，REESS電量調(diào)整階段需運行特定的試驗

循環(huán)數(shù)量后結(jié)束試驗。當應(yīng)用于乘用車、輕型商用車、城市客車和自卸汽車上時，該循環(huán)數(shù)量為12；

9

當應(yīng)用于其他重型商用車上時，該循環(huán)數(shù)量為6，或經(jīng)制造商建議運行特定的試驗循環(huán)數(shù)量。

試驗結(jié)束后120min內(nèi)，應(yīng)按照附錄B的規(guī)定對儲能裝置進行充電，測量來自電網(wǎng)的能量ES（Wh）

以及充電時間。

7.3.4不包含純電動工作模式的OVC-HS試驗程序

按照制造商的流程啟動燃料電池汽車動力系統(tǒng)，按照第6章規(guī)定的運行工況進行試驗，試驗可以直

接從冷態(tài)開始。按照8.5計算各試驗循環(huán)電池輸出能量占比BEP。

從REESS電量調(diào)整階段開始，按照第6章規(guī)定的運行工況連續(xù)進行試驗。當出現(xiàn)BEP絕對值不大于

4%的循環(huán)時，達到REESS電量調(diào)整階段的結(jié)束條件，則按照第6章規(guī)定的運行工況繼續(xù)進行試驗，當再

出現(xiàn)兩次BEP絕對值不大于4%的試驗循環(huán)時，達到REESS電量平衡階段的結(jié)束條件。

當連續(xù)運行多個試驗循環(huán)后BEP絕對值仍大于4%，根據(jù)制造商建議并經(jīng)由檢驗機構(gòu)確認，可判定

為不具有REESS電量平衡階段，REESS電量調(diào)整階段需試驗循環(huán)數(shù)量后結(jié)束試驗。當應(yīng)用于乘用車、輕

型商用車、城市客車和自卸汽車上時，該循環(huán)數(shù)量為12；當應(yīng)用于其他重型商用車上時，該循環(huán)數(shù)量

為6，或經(jīng)制造商建議運行特定的試驗循環(huán)數(shù)量。

試驗結(jié)束后120min內(nèi)，應(yīng)按照附錄B的規(guī)定對儲能裝置進行充電，測量來自電網(wǎng)的能量ES（Wh）

以及充電時間。

8數(shù)據(jù)記錄和試驗結(jié)果

8.1數(shù)據(jù)記錄

試驗過程中應(yīng)至少記錄：試驗開始與結(jié)束時的環(huán)境溫度、大氣壓力；REESS充電過程中來自電網(wǎng)的

能量（Wh）及充電時間；燃料電池發(fā)動機DC/DCC輸出端的電壓（V）、電流(A)，輔助系統(tǒng)的功率（W）；

REESS的電壓（V）、電流(A)、SOC（由制造商提供電池管理系統(tǒng)）；電驅(qū)總成的輸出扭矩T(N)、轉(zhuǎn)速n(轉(zhuǎn)

/分鐘)、電驅(qū)動總成的直流母線電壓（V）、電流(A)；氫氣消耗量（g/s）等。

8.2試驗結(jié)果

8.2.1BEP的計算

BEP定義為REESS的凈輸出能量與電機凈電能量輸入電量之比。（進行臺架試驗時不包含整車電器件，

整車所有電器件的消耗功率為0）。

REESS的凈輸出能量占比按照式(1)計算：

························(1)

式中：

C—試驗循環(huán)序號；

—電機凈電能量輸入能量，單位為瓦時（W﹒h）；

—REESS的凈輸出能量，單位為瓦時（W﹒h），按照下列公式計算：

························(2)

式（2）中，

—試驗工況時間范圍內(nèi)，REESS在t時刻的電壓值，單位為伏特（V）；

10

—試驗工況時間范圍內(nèi)，REESS在t時刻的輸出電流值，單位為安培（A）。

························(3)

式（3）中：

—試驗工況時間范圍內(nèi)，電驅(qū)直流母線在t時刻的電壓值，單位為伏特（V）；

—試驗工況時間范圍內(nèi)，電驅(qū)直流母線在t時刻的輸入電流值，單位為安培（A）。

8.2.2動力系統(tǒng)效率計算

NOVC-HS的試驗結(jié)果

動力系統(tǒng)的效率的計算式（4）為：

························(4)

其中，

Pbat—REESS的輸出功率，單位為瓦時（W﹒h），按式（5）計算：

························(5)

—REESS（動力電池）在t時刻的內(nèi)阻損耗，單位為瓦時（Wh）；

—第c個試驗循環(huán)的時間范圍內(nèi)，REESS在t時刻的電流值，單位為安培（A）；

—REESS（動力電池）在t時刻的內(nèi)阻，單位為歐姆（Ω）?？蓞⒄崭戒汚中的離

線最小二乘法計算；

—燃料電池發(fā)動機（含DC/DC）的效率。

OVC-HS的試驗結(jié)果

.1純電工作階段（如果有時）

························(6)

式（6）中，

—純電模式下來自外部電源（電網(wǎng)）的電能，單位為瓦時（W﹒h）。

.2REESS電量調(diào)整階段

························(7)

式（7）中，

—整個試驗過程來自外部電源（電網(wǎng)）的電能，單位為瓦時（W﹒h）。

.3REESS電量平衡階段（如果有時）

11

························(8)

.4OVC-HS的綜合效率

對于OVC-HS，按照公式（9）包含計算純電工作階段（如果有時）、REESS電量調(diào)整階段和REESS

電量平衡階段（如果有時）的試驗過程時間段內(nèi)的綜合效率：

························(9)

8.2.3電驅(qū)動總成效率計算

驅(qū)動狀態(tài)平均效率

························(10)

式(10)中，

—整個試驗時間段內(nèi)（或每個試驗循環(huán)時間范圍內(nèi)）驅(qū)動狀態(tài)下電驅(qū)動總成的直流母線電壓值，

單位為伏（V）；

—驅(qū)動狀態(tài)下電驅(qū)動總成直流母線電流值，單位為安培（A）。

驅(qū)動狀態(tài)下，輸入功率為電驅(qū)動總成直流母線輸入的電功率，輸出功率為電驅(qū)動總成輸出軸端的機

械功率。

制動狀態(tài)平均效率

························(11)

式(11)中，

—制動狀態(tài)下電驅(qū)動總成的直流母線電壓值，單位為伏（V）；

—制動狀態(tài)下電驅(qū)動總成的直流母線電流值，單位為安培（A）。

制動狀態(tài)下，輸入功率為電驅(qū)動總成輸出軸端的機械功率，輸出功率為電驅(qū)動總成直流母線輸出的

電功率。

制動回收電能占驅(qū)動能量比（BERP）

························(12)

8.2.4燃料電池發(fā)動機效率（含DC/DC）計算

燃料電池發(fā)動機輔助系統(tǒng)在DC/DC前端取電時

························(13)

式(12)(13)中，

—DC/DC輸出電壓值，單位為伏（V）；

12

—DC/DC輸出電流值，單位為安培（A）。

燃料電池發(fā)動機輔助系統(tǒng)在DC/DC后端取電時

························(14)

式(14)中，

—輔助系統(tǒng)功率，單位為瓦（W）。

注：積分形式代表在整個試驗時間段內(nèi)（或每個試驗循環(huán)時間范圍內(nèi)）。

13

附錄A

（資料性附錄）

利用離線最小二乘法計算REESS（動力電池）的內(nèi)阻

REESS（動力電池）電壓采用Rint模型公式

式中：

——第c個試驗循環(huán)的時間范圍內(nèi)，REESS在t時刻的端電壓值，單位為伏特（V）。

——第c個試驗循環(huán)的時間范圍內(nèi)，REESS在t時刻的開路電壓值，當時，

。

令=AX

其中，，，則

令，根據(jù)離線最小二乘法，取二次方的誤差為J，則有

求Jmin(最小值)，二次方程(拋物線)的最小值對應(yīng)發(fā)生在其一階導數(shù)(對自變量X)為零處，即:，

則

案例1：

實時采集REESS的U(t)c，I(t)c的數(shù)據(jù)，采樣頻率應(yīng)不小于10Hz。每0.1秒采集一組數(shù)據(jù)，則1秒

內(nèi)有10組數(shù)據(jù)。已測得數(shù)據(jù)如下表：

時間（s）0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0

電壓（V）347347347347