基于燃料電池汽車續駛里程測評方法的國內外對比分析

吳迪 郭婷

摘 要：續駛里程是燃料電池汽車重要的評價指標之一，為了明確其測試評價方法，本文針對燃料電池汽車續駛里程的國內外標準進行對比分析，并對即將發布的國家標準進行解析。首先，通過分析國內外標準的差異性，對現行的標準進行分層分級解析，闡述各自標準的來源和現狀；其次，分析在國標中具體測試方法的解析步驟，闡述了測試的難點和亮點，包括測量的起點和止點、測試中的能量損失、測試的工況，以及提出純氫續駛里程來評價燃料電池的貢獻量的數據處理方法；最后，標準中提出了“短縮法”測量方案以及“補氫”等測量方法，能夠最大程度地優化測試方案，使結果具備可靠性。

關鍵詞：燃料電池，續駛里程，測評方法

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.07.028

Comparative Analysis of Fuel Cell Vehicle Driving Range Evaluation Methods at Home and Abroad

WU Di1，2 GUO Ting1，2

〔1. China Auto Inspection Center （Tianjin） Co.， Ltd.； 2. China Automotive 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 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 test 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 ensure reliable results.

Keywords： fuel cell， driving range， evaluation method

燃料電池汽車作為未來汽車的重要發展方向之一[1-3]，已經受到世界各國的大力支持。隨著燃料電池汽車的示范應用的大規模推廣，各大汽車廠家也不斷地追逐高的技術指標。續駛里程為評價燃料電池汽車的重要指標之一，也是商業化推廣的重要參數。

截至到目前，我國在燃料電池汽車領域已建立了數十項的標準規范，形成了相對完善的燃料電池汽車標準體系。2022年燃料電池電動汽車能量消耗及續駛里程的標準已經通過了審查，對續駛里程這項指標有更進一步的要求，同時這個指標作為補貼的重要依據，有助于燃料電池汽車的商業化推廣。

為了更好地制定燃料電池的續駛里程標準，我們充分結合了國外相關標準的研究內容以及國內行業技術及發展水平，主要規定了燃料電池汽車的純氫續駛里程和氫耗。本文從續駛里程的標準現狀入手，基于燃料電池的原理分析，重點介紹燃料電池汽車能量消耗和續駛里程的測試項目和執行過程中的測試流程。

1 燃料電池汽車續駛里程的標準對比

1.1 國際標準的對比

由于燃料電池汽車的發展路線不同，各個國家針對燃料電池汽車續駛里程的評價方法也不完全一致。主流的測試標準如表1所示，SAEJ 2572[4]中規定了車輛續駛里程的測試工況、能量消耗量等計算方法，并對能量消耗量進行了修正。國際標準ISO 23828[5]中指出采用質量法、壓力法和流量法等方法進行續駛里程測試的條件和流程。而日本汽車研究學會則提出一種針對燃料電池汽車尾氣成分分析測量氫氣消耗量的測量方法，通過測量尾氣的溫度、壓強、流量、氫氣濃度和氧氣濃度以及整車排水量，并根據燃料電池汽車的基本工作原理和質量守恒定律完成對整車氫氣消耗量的計算。

1.2 國內標準的對比

由于國內標準體系的階段性發展，目前續駛里程的測試評價主要依據四項標準。《動力電池、燃料電池相關技術指標測試方法（試行）》（中機函〔 2017〕2號）[6]是最早描述燃料電池汽車續駛里程的測試方法，也是作為汽車強制性法規公告的重要依據，但是主要是對燃料電池汽車進行滿氫半電的狀態要求，不能完全體現燃料電池汽車的續駛里程能力。隨著燃料電池汽車大規模的示范運行推廣，以獎代補的政策發布，裝備中心發出《燃料電池汽車測試規范（試行）》（裝備中心〔2021〕367號）[7]的文件，其中提出了燃料電池能量占比的概念，用純氫續駛里程作為補貼的重要依據。這種要求與即將發布的GB/T XXX 《燃料電池電動汽車能量消耗量與續駛里程的測試評價方法》一致，都是在滿氫滿電的狀態下進行純氫續駛里程的測評要求。同期還有JT/T 1342標準，詳細如表2所示。

2 燃料電池汽車續駛里程測試方法研究

針對目前GB/T XXX 《燃料電池電動汽車能量消耗量及續駛里程測試方法》的內容，以及現階段存在可外接充電的燃料電池汽車和不可外接充電的燃料電池汽車的不同工作模式，在標準的制定中考慮了多種問題。

2.1 標準方法的定位

由于中國的燃料電池采用大功率充電和燃料電池并行的模式，基本是采用PHEV模式，為了支持大功率燃料電池發展以及補貼等需求，提高燃料電池的利用率，通過該標準能夠進行燃料電池續駛里程及能量消耗量的考核，對政策和產業有很大的支持。

2.2 測試起點的要求

標準中對氣瓶的要求是在正常工作壓力下滿氫的狀態下開始測量，其中忽略了不同的溫度壓力下氣瓶的膨脹問題。這是由于三型瓶和四型瓶本身的膨脹率不高，可以忽略不計。對于Mirai的氣瓶來說，體積的膨脹率在3%左右（用的是水壓法，測量水的體積，但是水在不同壓力下也會有體積的膨脹，所以測量結果準確性有待確認）。但是對于35 MPa的四型瓶來說，體積的膨脹率可以忽略不計。

2.3 測試過程中的能量損失

3 標準的條目解析

為了保證標準在執行過程中的有效性，在具體測試項目的執行中，需要針對每一個測試項目的測試步驟和試驗準備進行詳細的準備工作，本文詳細描述了在測試過程中的測試程序。

3.1 測試工況的選取

GB/T XXXX《燃料電池電動汽車能量消耗量及續駛里程測試方法》以及《動力電池、燃料電池相關技術指標測試方法（試行）》（中機函〔2017〕2號） 均采用中國汽車行駛工況中的標準進行試驗?！度剂想姵仄嚋y試規范（試行）》（裝備中心〔2021〕367號），對于M1和N1類車型按照NEDC工況進行試驗，其他車輛則按照（40±2） km/h勻速行駛，40 km/h的車速明顯大于中國汽車行駛工況[8-9]中重型車的平均車速，比如CHTC-B的平均車速只有15 km/h，按照40 km/h進行行駛時，試驗時間及試驗成本明顯會低于按照中國工況行駛的情況。另外由于按照40 km/h勻速行駛，不存在頻繁加減速的情況，因此按照此方法得到的純氫續駛里程通常會大于GB/T XXXX《燃料電池電動汽車能量消耗量及續駛里程測試方法》計算得到的續駛里程。

3.2 “短縮法”測量續駛里程

3.3 數據處理

4 總 結

在燃料電池汽車不斷發展的同時，標準也應該與時俱進。本文重點討論了燃料電池汽車續駛里程的測量方法，并基于燃料電池汽車的能量流進行分析，給出了評價燃料電池汽車續駛里程的重要評價指標。建立了適用于現階段燃料電池汽車發展情況的能量消耗量及續駛里程的測試標準方法，為企業和廠家在實施過程中明確測試要求，更好地為燃料電池汽車的行業作出貢獻。

參考文獻

[1]HELMOLT R V， EBERLE U. Fuel cell vehicles： status 2007[J]. Journal of Power Sources， 2007， 165（2）： 833-843.

[2]STEELE B C H， HEINZEL A. Materials for Fuel- Cell Technologies [J]. Nature， 2001， 414（6861）： 345-352.

[3]WANG L， LIU B. Key technology analysis and countermeasure discussion of hydrogen-powered vehicles [J]. Journal of Engineering Studies， 2017（5）： 439-445.

[4]Recommended practice for measuring fuel consumption and range of fuel cell and hybrid fuel cell vehicles fuelled by compressed gaseous hydrogen： SAE J2572[S].

[5]Fuel cell road vehicles-Energy omsumption measurementVehicles fuelled with compressed hydrogen：ISO 23828[S].

[6]動力電池、燃料電池相關技術指標測試方法（試行）（中機函〔2017〕2號）[Z].

[7]燃料電池汽車測試規范（試行）（裝備中心〔2021〕367號 ）[Z].

[8]全國汽車標準化技術委員會.中國汽車行駛工況 第1部分：輕型汽車：GB/T 38146.1-2019[S].北京：中國標準出版社，2019.

[9]全國汽車標準化技術委員會.中國汽車行駛工況 第2部分：重型商用車輛：GB/T 38146.2-2019[S].北京：中國標準出版社，2019.

作者簡介

吳迪，碩士研究生，高級工程師，從事新能源汽車關鍵性能測試評價工作。

（責任編輯：袁文靜）