1、2023年第4期（上）/总第628期165标准比对基于燃料电池汽车续驶里程测评方法的国内外对比分析 吴 迪1,2 郭 婷1,2 1.中汽研汽车检验中心（天津）有限公司；2.中国汽车技术研究中心有限公司 摘 要：续驶里程是燃料电池汽车重要的评价指标之一，为了明确其测试评价方法，本文针对燃料电池汽车续驶里程的国内外标准进行对比分析，并对即将发布的国家标准进行解析。首先，通过分析国内外标准的差异性，对现行的标准进行分层分级解析，阐述各自标准的来源和现状；其次，分析在国标中具体测试方法的解析步骤，阐述了测试的难点和亮点，包括测量的起点和止点、测试中的能量损失、测试的工况，以及提出纯氢续驶里程来评价燃料
2、电池的贡献量的数据处理方法；最后，标准中提出了“短缩法”测量方案以及“补氢”等测量方法，能够最大程度地优化测试方案，使结果具备可靠性。关键词：燃料电池，续驶里程，测评方法DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.07.028Comparative Analysis of Fuel Cell Vehicle Driving Range Evaluation Methods at Home and AbroadWU Di1,2 GUO Ting1,21.China Auto Inspection Center(Tianjin)Co.,Ltd.;2.China Auto
3、motive Technology and Research Center Co.,Ltd.Abstract:Driving range is an importance evaluation index of fuel cell vehicle.In this paper,the test and evaluation methods of fuel cell vehicle driving range in domestic and foreign standards are compared,and the forthcoming of the national standard is
4、analyzed.First,the differences between domestic and foreign standards are clearly analyzed to explain the origins and current condition of these standards;Secondly,the analytical steps of the specifi c test methods in the national standard are analyzed,and the diffi culties and highlights of the tes
5、t are expounded,including the starting point and fi nish line of the test,energy loss and work condition of the test.The data processing method of the value of fuel cell is also proposed;Finally,the evaluation plan and method in the standard is analyzed,which can greatly improve the test plan and en
6、sure reliable results.Keywords:fuel cell,driving range,evaluation method燃料电池汽车作为未来汽车的重要发展方向之一1-3，已经受到世界各国的大力支持。随着燃料电池汽车的示范应用的大规模推广，各大汽车厂家也不断地追逐高的技术指标。续驶里程为评价燃料电池汽车的重要指标之一，也是商业化推广的重要参数。截至到目前，我国在燃料电池汽车领域已建立了数十项的标准规范，形成了相对完善的燃料电池汽车标准体系。2022年燃料电池电动汽车能量消耗2023年第4期（上）/总第628期166吴迪，郭婷：基于燃料电池汽车续驶里程测评方法的国内外对比分
7、析及续驶里程的标准已经通过了审查，对续驶里程这项指标有更进一步的要求，同时这个指标作为补贴的重要依据，有助于燃料电池汽车的商业化推广。为了更好地制定燃料电池的续驶里程标准，我们充分结合了国外相关标准的研究内容以及国内行业技术及发展水平，主要规定了燃料电池汽车的纯氢续驶里程和氢耗。本文从续驶里程的标准现状入手，基于燃料电池的原理分析，重点介绍燃料电池汽车能量消耗和续驶里程的测试项目和执行过程中的测试流程。1 燃料电池汽车续驶里程的标准对比1.1 国际标准的对比由于燃料电池汽车的发展路线不同，各个国家针对燃料电池汽车续驶里程的评价方法也不完全一致。主流的测试标准如表1所示，SAEJ 25724中规
8、定了车辆续驶里程的测试工况、能量消耗量等计算方法，并对能量消耗量进行了修正。国际标准ISO 238285中指出采用质量法、压力法和流量法等方法进行续驶里程测试的条件和流程。而日本汽车研究学会则提出一种针对燃料电池汽车尾气成分分析测量氢气消耗量的测量方法，通过测量尾气的温度、压强、流量、氢气浓度和氧气浓度以及整车排水量，并根据燃料电池汽车的基本工作原理和质量守恒定律完成对整车氢气消耗量的计算。表1 国外燃料电池汽车续驶里程及氢气消耗量测评标准与方法地区标准方法测试项目美国SAE-05 J2572全功率车型整车能量消耗量、续驶里程国际ISO23828全功率车型整车氢气消耗量、续驶里程日本基于尾气成
9、分测量氢气消耗量整车氢气消耗量1.2 国内标准的对比由于国内标准体系的阶段性发展，目前续驶里程的测试评价主要依据四项标准。动力电池、燃料电池相关技术指标测试方法(试行)（中机函20172号）6是最早描述燃料电池汽车续驶里程的测试方法，也是作为汽车强制性法规公告的重要依据，但是主要是对燃料电池汽车进行满氢半电的状态要求，不能完全体现燃料电池汽车的续驶里程能力。随着燃料电池汽车大规模的示范运行推广，以奖代补的政策发布，装备中心发出燃料电池汽车测试规范（试行）（装备中心 2021 367号）7的文件，其中提出了燃料电池能量占比的概念，用纯氢续驶里程作为补贴的重要依据。这种要求与即将发布的GB/T X
10、XX 燃料电池电动汽车能量消耗量与续驶里程的测试评价方法一致，都是在满氢满电的状态下进行纯氢续驶里程的测评要求。同期还有JT/T 1342标准，详细如表2所示。表2 燃料电池汽车续驶里程相关标准地区标准方法测试项目动力电池、燃料电池相关技术指标测试方法(试行)（中机函20172号）已发布2017.01燃料电池汽车测试规范（试行）（装备中心（2021）367号）已发布2021.06JT/T 13422020燃料电池客车技术规范已发布2020.10GB/T XXXX 燃料电池电动汽车能量消耗量及续驶里程测试方法正在制定中已审查待发布2 燃料电池汽车续驶里程测试方法研究针对目前GB/T XXX 燃料
11、电池电动汽车能量消耗量及续驶里程测试方法的内容，以及现阶段存在可外接充电的燃料电池汽车和不可外接充电的燃料电池汽车的不同工作模式，在标准的制定中考虑了多种问题。2.1 标准方法的定位由于中国的燃料电池采用大功率充电和燃料电池并行的模式，基本是采用PHEV模式，为了支持大功率燃料电池发展以及补贴等需求，提高燃料电池的利用率，通过该标准能够进行燃料电池续驶里程及能量消耗量的考核，对政策和产业有很大的支持。2023年第4期（上）/总第628期167吴迪，郭婷：基于燃料电池汽车续驶里程测评方法的国内外对比分析2.2 测试起点的要求标准中对气瓶的要求是在正常工作压力下满氢的状态下开始测量，其中忽略了不同
12、的温度压力下气瓶的膨胀问题。这是由于三型瓶和四型瓶本身的膨胀率不高，可以忽略不计。对于Mirai的气瓶来说，体积的膨胀率在3%左右（用的是水压法，测量水的体积，但是水在不同压力下也会有体积的膨胀，所以测量结果准确性有待确认）。但是对于35 MPa的四型瓶来说，体积的膨胀率可以忽略不计。2.3 测试过程中的能量损失目前车辆的能量来源主要有两种：燃料电池和动力电池，那么这两种的能量供给方式分为可外接充电和不可外接充电。对于不可外接充电的情况来看，能量的来源只有一个就是氢气燃料，在经过整车内的能量损失如管路的泄露损失、气瓶的渗透损失、FC的内部泄露损失、FC本身的热能量损失，然后会剩余燃料电池堆产生
13、的能量。即：Q总=Q电+Q损失 （1）Q损失=Q管路+Q瓶渗透+Q内泄露+Q热 （2）那么燃料电池产生的电量并没有全部用于驱动电机，而是一部分用于自身的辅助系统消耗，如空压机、冷却系统等，产生高压附件损失和低压附件损失，所以燃料电池堆的输出功率会受到以上各种损失的影响，没有办法直接进行评价。由于车辆能量的分配方式会根据不同的能量进行回收和分配，所以会产生动力电池的SOC修正，所以总的驱动能量为燃料电池堆产生的能量与SOC修正的能量之和减去路面产生阻力。当然SOC修正的能量与氢气投入总能量相比，如果能量较小的话则不需要进行测量。即：Q输出=Q电+Qsoc-Q路阻 （3）第二种情况就是能量的来源是
14、分为氢气燃料和外接充电电能，那么总的能量来源有两种，Q总=Q氢气+Q电能，同样每一种能量来源都有各自的损失，其中氢气来源总量的损失为:Q损失FC=Q管路+Q瓶渗透+Q内泄露+Q热 （4）电能来源的损失为：Q损失EV=Q充电器+Q电池+Q冷却 （5）最终提供动力的总和为：Q输出=QFC+Qsoc-Q路阻 （6）3 标准的条目解析为了保证标准在执行过程中的有效性，在具体测试项目的执行中，需要针对每一个测试项目的测试步骤和试验准备进行详细的准备工作，本文详细描述了在测试过程中的测试程序。3.1 测试工况的选取GB/T XXXX 燃料电池电动汽车能量消耗量及续驶里程测试方法以及动力电池、燃料电池相关技
15、术指标测试方法（试行）（中机函20172号）均采用中国汽车行驶工况中的标准进行试验。燃料电池汽车测试规范（试行）（装备中心 2021367号），对于M1和N1类车型按照NEDC工况进行试验，其他车辆则按照（402）km/h匀速行驶，40 km/h的车速明显大于中国汽车行驶工况8-9中重型车的平均车速，比如CHTC-B的平均车速只有15 km/h，按照40 km/h进行行驶时，试验时间及试验成本明显会低于按照中国工况行驶的情况。另外由于按照40 km/h匀速行驶，不存在频繁加减速的情况，因此按照此方法得到的纯氢续驶里程通常会大于GB/T XXXX 燃料电池电动汽车能量消耗量及续驶里程测试方法计算
16、得到的续驶里程。3.2“短缩法”测量续驶里程标准中根据燃料电池的能量占比分为A类和B类车型，规定当动力电池的能量变化量与燃料电池的能量变化小于1.0%时，如公式（7）定义为A类车辆，可以进行短缩法的测试。规定A类车辆可进行6个循环的中国工况测试。B类车型需要按照中国工况的循环测试要求满氢满电状态下跑到燃料耗尽。（7）2023年第4期（上）/总第628期168吴迪，郭婷：基于燃料电池汽车续驶里程测评方法的国内外对比分析3.3 数据处理从整车启动开始采样，直至试验结束，需要记录动力电池SOC状态，储氢瓶状态压力温度，燃料电池堆电压UFC和电流IFC，动力电池电压UBAT和电流IBAT等参数。按照公式（8）计算燃料电池堆的输出总能量EFC（kWh）：（8）按照公式（9）计算动力电池的净能量变化量EBAT（kWh）：（9）试验结束后，记录试验车辆行驶的距离Dtotal，单位为km，测量值按四舍五入圆整到整数，该距离即为车辆的续驶里程。根据燃料电池汽车电堆输出总能量和REESS输出总能量的占比，可以推算得到燃料电池电堆贡献的续驶里程。按照公式（10）计算车辆的纯氢续驶里程DFC（km）：（10）
