GB_T_24554-20...动机性能试验方法》标准分析_孙田.pdf

2023年第4期（上）/总第628期148标准评析GB/T 24554-2022燃料电池发动机性能试验方法 标准分析 孙 田1,2 王培中1,2 郝 冬1,2 兰 昊2 陈 光1,2 1 中汽研新能源汽车检验中心（天津）有限公司；2 中国汽车技术研究中心有限公司 摘 要：近年来国内燃料电池电动汽车产业迅速发展，燃料电池发动机作为燃料电池汽车的动力核心，其关键部件研发及系统集成技术随之不断更新，原有燃料电池发动机测试评价相关标准亟需升级完善。因此，为适应新的技术现状，我国于2022年12月发布了GB/T 24554-2022燃料电池发动机性能试验方法标准。老版GB/T 24554-2009燃料电池发动机性能试验方法 已实施十余年，此次GB/T 24554-2022的发布实施，对于完善燃料电池发动机测试评价方法，促进燃料电池产业可持续健康发展具有重要意义。本文主要阐述GB/T 24554-2022中主要技术内容及其与2009版标准的异同。关键词：燃料电池发动机，试验方法，标准DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.07.025Analysis of GB/T 24554-2022,Performance Test Methods For Fuel Cell SystemSUN Tian1,2 WANG Peizhong1,2 HAO Dong1,2 LAN Hao2 CHEN Guang1,21.CATARC New Energy Automotive Test Center(Tianjin)Co.,Ltd.;2.China Automotive Technology and Research Center Co.,Ltd.Abstract:In recent years,the domestic fuel cell electric vehicle industry has developed rapidly.As the power core of the fuel cell vehicle,the key component research and development and system integration technologies of the fuel cell engine have been constantly updated.The previous standards related to the test and evaluation of the fuel cell engine need to be revised and upgraded.In order to adapt to the new technical situation,China issued the national standard GB/T 24554-2022,Performance test methods for fuel cell system in December 2022.The old version of GB/T 24554-2009 has been implemented for more than ten years.The release and implementation of GB/T 24554-2022 is of great signifi cance for improving the test and evaluation methods for fuel cell engines and promoting the sustainable and healthy development of the fuel cell industry.This paper mainly describes main technical contents of GB/T 24554-2022 and the similarities and differences with the 2009 version.Keywords:fuel cell engine,test method,standard基金项目：本文受国家重点研发计划项目“车载储能系统安全评估技术与装备”（项目编号：2021YFB2501500）资助。2023年第4期（上）/总第628期149孙田，王培中，郝冬等：GB/T 24554-2022燃料电池发动机性能试验方法标准分析0 引 言近年来，我国高度重视氢能与燃料电池产业的发展。氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）“十四五”全国清洁生产推行方案 国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知等政策规划中都明确指出，加速推进氢能及燃料电池技术在不同行业的研究与规模化应用。随着燃料电池电动汽车示范运行政策实施，多款燃料电池电动汽车大规模投入运营，国内燃料电池电动汽车产业迅速发展，推动燃料电池相关部件到整车的全产业链综合研发及测试评价能力建设。燃料电池发动机作为燃料电池电动汽车的动力核心，由燃料电池堆、空压机、氢泵、水泵、PTC等辅件组成，其工作特性直接影响燃料电池电动汽车性能。因此，针对燃料电池发动机性能的试验方法，我国于2009年10月30日发布了GB/T 24554-2009燃料电池发动机性能试验方法1标准（以下简称2009版标准）。2009版标准中规定了燃料电池发动机的常规性能试验方法，为推动燃料电池行业发展起到了重要作用。而伴随产业技术飞速发展，该标准已无法满足现阶段行业发展需求。因此，全国汽车标准化技术委员会电动车辆分技术委员会组织行业机构和企业对2009版标准进行了修订。2022年12月30日，GB/T 24554-2022燃料电池发动机性能试验方法标准2（以下简称2020版标准）正式发布。本文将重点分析2022版标准的主要技术内容，并将其与2009版标准进行对比分析。1 标准主要技术内容2022版标准共分为8章，规定了燃料电池发动机性能试验方法，其内容主要包括：范围，规范性引用，术语和定义，测量参数、单位和准确度，试验条件，一般试验要求，预处理方法，试验方法。本文对标准的关键性技术内容进行介绍与分析。1.1 起动特性试验起动特性试验，主要是基于燃料电池汽车在不同状态、不同环境的起动场景来考量燃料电池发动机的起动特性。起动特性试验主要分为常温起动特性试验和低温起动特性试验。1.1.1 常温起动特性试验本部分规定在常温环境（235）中，燃料电池发动机分别进行由冷机状态起动至怠速状态（或燃料电池发动机最低功率点）、由冷机状态起动至额定状态、由热机状态起动至怠速状态（或燃料电池发动机最低功率点）、由热机状态起动至额定状态四次起动，起动后要在相应工况点持续运行10 min，则认定起动成功。该过程中需要记录起动时间、燃料电池发动机电压等数据。其中热起动中，要求热机结束后（即燃料电池堆出水口温度达到制造厂商规定温度值），停机10 s，然后再按照制造商规定的操作步骤起动燃料电池发动机。1.1.2 低温起动特性试验低温环境温度可由制造厂商自行决定。但该温度必须低于0，且在低温浸机和起动过程中温度波动不得超过设定值的1。该部分规定燃料电池发动机在低温环境中，燃料电池发动机浸机12 h以上后，分别进行起动至怠速（或燃料电池发动机最低功率点）、起动至额定两次起动试验。起动至怠速（或燃料电池发动机最低功率点）和额定状态后燃料电池发动机持续运行10 min，则认定起动成功。1.2 额定功率试验额定功率试验，主要是结合燃料电池汽车在高速运行下燃料电池发动机大功率持续运行的需求考量燃料电池发动机大功率稳定运行能力。额定功率试验部分，要求燃料电池发动机在完成热机后，在怠速点（或燃料电池发动机最低功率点）运行10 s后按照规定方式（加载方式见图1）加载至额定功率且持续运行63 min，且以有效测量时长60 min运行功率的平均值作为燃料电池发动机额定功率的测量值，额定功率标称值则为额定功率测量值的整数部分，同2023年第4期（上）/总第628期150孙田，王培中，郝冬等：GB/T 24554-2022燃料电池发动机性能试验方法标准分析时要求燃料电池发动机在有效测量时长中的输出功率应始终处于60 min平均功率的97%103%之间。图1 额定功率测试过程示意图1.3 峰值功率试验峰值试验是考虑燃料电池汽车在急加速或高速运行过程中需要燃料电池发动机提供极限功率的实际使用场景。峰值功率试验部分，要求燃料电池发动机在完成热机后，在怠速点（或燃料电池发动机最低功率点）运行10 s后按照规定加载方式加载至额定功率且持续运行10 min，然后按照规定的加载方式加载至所设定的峰值功率并在该功率点持续运行一段时间，时间长度由制造厂商自行规定，到达设定时间后按照制造厂商规定的卸载方式进行卸载。1.4 动态响应特性试验动态响应测试中，为评价燃料电池汽车在加速或制动过程燃料电池发动机加载和降载特性。试验分为加载动态响应试验和卸载动态响应试验两部分。1.4.1 加载动态响应试验加载动态响应试验部分，要求燃料电池发动机在完成热机后，在怠速点（或燃料电池发动机最低功率点）运行10 s后按照规定加载方式加载至动态响应的起始功率点且在该点至少稳定运行1 min，测试平台向燃料电池发动机发送动态阶跃指令，测试平台按照规定方式加载直至到达动态阶跃的截止点，燃料电池发动机在该点持续运行至少10 min。推荐取怠速（或燃料电池发动机最低功率点）状态90%PE（燃料电池发动机额定功率）的响应时间作为评价燃料电池发动机的加载动态响应指标。1.4.2 卸载动态响应试验卸载动态响应试验部分，要求燃料电池发动机在完成热机后，在怠速点（或燃料电池发动机最低功率点）运行10 s后按照规定加载方式加载至动态响应的起始功率点且在该点至少稳定运行1 min，测试平台向燃料电池发动机发送动态阶跃指令，测试平台按照规定方式卸载直至到达动态阶跃的截止点，燃料电池发动机在该点持续运行至少10 min。推荐取90%PE怠速（或燃料电池发动机最低功率点）状态的响应时间作为评价燃料电池发动机的加载动态响应指标。1.5 稳态特性试验稳态特性试验是衡量燃料电池发动机及其部件在不同工况点极化特性、输出特性、经济特性的主要方法。稳态特性试验部分，要求燃料电池发动机在其工作范围内选择的工况点分别是怠速（或燃料电池发动机最低功率点）、10%PE、20%PE、30%PE、40%PE、50%PE、60%PE、70%PE、80%PE、90%PE。在完成热机后，回到怠速（或燃料电池发动机最低功率点）运行10 s后按照规定加载方式加载至预先确定的工况点（按照从低到高顺序加载），在每个工况点至少运行3 min，且每个工况点分析数据的时间长度不得少于2 min。本试验项目中数据处理结果包括额定功率点和峰值功率点，试验数据采用2.2和2.3中介绍的试验结果，不需重复进行。试验过程中要记录燃料电池发动机电压及电流、氢气消耗量、辅助系统电压及电流，继而可得到：燃料电池堆的极化特性曲线（VI曲线）、燃料电池堆的功率曲线、燃料电池堆的效率曲线、燃料电池发动机的功率曲线、燃料电池发动机的效率曲线、辅助系统的功率曲线等。1.6 高温运行试验由于燃料电池工作过程中散热量较大，因此在2023年第4期（上）/总第628期151孙田，王培中，郝冬等：GB/T 24554-2022燃料电池发动机性能试验方法标准分析运行过程中对散热系统可靠性具有较高要求。高温运行试验前，燃料电池发动机要在（452）的高温环境中浸机2 h，同时需要注意的是在燃料电池发动机高温运行试验中，用于燃料电池发动机的散热器或者热交换器应置于环境舱中。燃料电池发动机在浸机完成后，按照测试平台规定的方法加载至额定功率且持续运行63min，要求燃料电池发动机在有效测量时长中的输出功率应始终处于60min平均功率的95%105%之间。1.7 动态平均效率特性试验燃料电池汽车在运行过程中，面对不同工况需