摘 要：燃料電池汽車低溫冷啟動(dòng)能力是評價(jià)其性能的重要指標(biāo)之一，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 43255—2023《燃料電池電動(dòng)汽車低溫冷啟動(dòng)性能試驗(yàn)方法》已發(fā)布，其測試評價(jià)方法與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 17326：2023《壓縮氫氣燃料電池汽車低溫冷啟動(dòng)測試評價(jià)方法》有一定的差異，本文重點(diǎn)對比分析兩種標(biāo)準(zhǔn)中對低溫冷啟動(dòng)的測試評價(jià)方法的異同，同時(shí)對一款國際燃料電池汽車進(jìn)行低溫冷啟動(dòng)測試評價(jià)分析。

關(guān)鍵詞：燃料電池 冷啟動(dòng) 性能

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.14.029

0 引 言

燃料電池汽車的低溫冷啟動(dòng)能力是評價(jià)其關(guān)鍵技術(shù)水平的指標(biāo)之一，經(jīng)過十三五期間各大汽車企業(yè)的技術(shù)攻關(guān)，國內(nèi)燃料電池汽車的冷啟動(dòng)能力[1-3]已經(jīng)得到了巨大的提升，已經(jīng)基本能夠達(dá)到-2 0℃的啟動(dòng)能力，但是其各大企業(yè)的測試評價(jià)[4 -5 ]方法并不統(tǒng)一。在實(shí)際的運(yùn)行過程中，由于動(dòng)力電池參與其動(dòng)力輸出，所以燃料電池整車在低溫冷啟動(dòng)過程中需要兼顧燃料電池系統(tǒng)和動(dòng)力電池系統(tǒng)的雙重冷啟動(dòng)問題[6-7]。

目前已有國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)[8]和國際標(biāo)準(zhǔn)[9]規(guī)定了燃料電池汽車低溫冷啟動(dòng)的測試方法。由于國內(nèi)外不同的發(fā)展路線，國際上主要以全功率的燃料電池汽車為主，而國內(nèi)主要以電電混合的方式，所以國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)[8-9]中的要求也有一定的差異。

通過對比分析國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 43255—2023《燃料電池電動(dòng)汽車低溫冷啟動(dòng)性能試驗(yàn)方法》[8]與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 17326：2023 《壓縮氫氣燃料電池汽車低溫冷啟動(dòng)測試評價(jià)方法》[9]中對測試方法的差異，進(jìn)一步明確在測試過程中的注意事項(xiàng)，為相關(guān)技術(shù)人員提供參考。

1 標(biāo)準(zhǔn)主要異同分析

GB/T 43255—2023《燃料電池電動(dòng)汽車低溫冷啟動(dòng)性能試驗(yàn)方法》作為我國評價(jià)燃料電池汽車低溫冷啟動(dòng)能力的重要評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，得到了行業(yè)認(rèn)可，其內(nèi)容主要包括試驗(yàn)車輛的要求、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)方法（低溫浸車、低溫冷啟動(dòng)、低溫冷起步）、能耗數(shù)據(jù)處理、尾排氫安全的試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄等。ISO：17326在2023年進(jìn)行了該版本的修訂，對其測試方法進(jìn)行了進(jìn)一步的更新，其主要的測試項(xiàng)目基本一致，但是在詳細(xì)的操作步驟中稍有差異，詳細(xì)的差異如下：

1.1 低溫浸車

（1）主要相同部分：國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 43255和國際標(biāo)準(zhǔn)ISO：17326中都允許在溫度到達(dá)目標(biāo)溫度前進(jìn)行車輛啟動(dòng)停機(jī)的操作，方便車輛進(jìn)行外部環(huán)境的識(shí)別，從而進(jìn)行相應(yīng)的狀態(tài)調(diào)整；兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了至少不少于12 h的浸車，使燃料電池堆的溫度能夠充分的浸透，保證其低溫的測試環(huán)境；在浸車開始之前，車輛的動(dòng)力電池電量不做固定的要求，可以按照制造商指定的方式進(jìn)行，記錄其調(diào)整過程即可；考慮到氫氣瓶內(nèi)的含量對燃料電池的啟動(dòng)影響并不高，所以兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)對車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)內(nèi)的氫氣的含量并不做要求。

（2）主要不同部分：ISO：17326-2023中對于測量外部供氫的低溫氫耗時(shí)，可以關(guān)閉車輛中的水箱，進(jìn)行外部氫罐的連接。這主要考慮在全功率燃料電池汽車車型試驗(yàn)的測試需求。而國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 43255則并不考慮此測試場景，對全功率車型和電電混合的車型都統(tǒng)一采用車內(nèi)供氫的方式。

1.2 低溫冷啟動(dòng)

（1）主要相同部分：當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到測試溫度并完成浸車之后，燃料電池汽車需要按照車輛制造商規(guī)定的要求進(jìn)行車輛的啟動(dòng)，在啟動(dòng)過程中可以開啟空調(diào)、暖風(fēng)裝置等用來快速消耗能量從而產(chǎn)生熱量滿足啟動(dòng)需求。兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)成功的標(biāo)準(zhǔn)一致，1）當(dāng)車輛儀表板上顯示“READY”或“OK”時(shí)認(rèn)為車輛的啟動(dòng)成功；2）要求當(dāng)燃料電池堆能以不低于1 kW的功率連續(xù)運(yùn)行至少10 min。

（2）主要不同部分：在測試數(shù)據(jù)的記錄過程中，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 43255—2023中要求記錄尾排的氫氣濃度，并需要滿足氫氣濃度在冷啟動(dòng)過程中滿足3 s平均不超過4%，瞬時(shí)不超過8%的要求，同時(shí)車輛不應(yīng)該出現(xiàn)故障報(bào)警等相關(guān)的問題。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO：17326-2023則無需記錄此問題，但是提出若進(jìn)行車外的供氫，需要記錄在此過程中的氫氣消耗量。

1.3 低溫冷起步

（1）主要相同部分：兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對測試的方式一樣，都規(guī)定車輛在進(jìn)行冷起步的操作之前需要浸車，當(dāng)車輛儀表顯示“READY”或“OK”時(shí)，將其車輛狀態(tài)調(diào)整至可行駛模式以全油門運(yùn)行。

（2）主要不同部分：國家標(biāo)準(zhǔn)GB/ T 43255—2023中要求燃料電池堆的輸出功率首次達(dá)到燃料電池系統(tǒng)額定功率的50%，認(rèn)為完成起動(dòng)操作。并需要在1 min之內(nèi)完成停車操作，然后在3 min內(nèi)開展至少1個(gè)中國工況的駕駛循環(huán)之后進(jìn)行停機(jī)。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO ：17326-2023采用的駕駛循環(huán)不同，需要參考當(dāng)?shù)氐鸟{駛循環(huán)工況后認(rèn)為時(shí)完成了試驗(yàn)。

1.4 試驗(yàn)終止條件

在進(jìn)行冷啟動(dòng)和冷起步的操作過程中，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的對終止試驗(yàn)的有相同的部分也有差異性，詳細(xì)如下所示：

（1）主要相同部分。終止試驗(yàn)的都有三條要求包括1）車輛的儀表盤提出停車的指示；2）車輛給出報(bào)警或者故障信號；3）車輛申報(bào)的最高車速小于工況最高車速而車輛無法達(dá)到申報(bào)的最高車速，且車輛的動(dòng)力系統(tǒng)需要滿足車輛的最高車速的要求。

（2）主要的不同部分：除此要求之外國際標(biāo)準(zhǔn)ISO ：17326—2023中還規(guī)定，當(dāng)車輛在零下溫度時(shí)，不符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定容差時(shí)也認(rèn)為是試驗(yàn)終止。

1.5 數(shù)據(jù)采集要求

（1）主要相同部分：對于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中都需要使用涉氫轉(zhuǎn)轂環(huán)境艙進(jìn)行試驗(yàn)以保證安全性；

（2）主要的不同部分：對于試驗(yàn)中需要測量的電流電壓參數(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 43255—2023中的采樣頻率要求不低于5 Hz，ISO：17326—2023中的采樣頻率不低于10 Hz；對于燃料電池系統(tǒng)集成度較高而無法直接測量燃料電池堆的電流和電壓時(shí)，國標(biāo)中可采集DC/DC變換器的輸出電壓和輸出電流作為替代，按照DC/DC變換器效率為97%折算燃料電池堆的功率。國際標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定可以使用ECU的電壓和電流數(shù)據(jù)。這也是兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)典型的不同點(diǎn)之一。

2 試驗(yàn)分析

本文選取一款國際先進(jìn)的燃料電池汽車按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 43252—2023中的要求進(jìn)行-20℃的低溫冷啟動(dòng)測試，將某燃料電池汽車放置在涉氫低溫環(huán)境艙中，如圖1所示。首先完成12 h的浸車，然后按照廠家的要求進(jìn)行啟動(dòng)測試，當(dāng)儀表上出現(xiàn)“READY”后進(jìn)行關(guān)機(jī)，記錄在此過程中的尾排氫氣濃度、燃料電池堆的電流和電壓，完成低溫冷啟動(dòng)試驗(yàn)。

由圖2所示燃料電池汽車在啟動(dòng)過程中從按下啟動(dòng)按鈕開始計(jì)時(shí)達(dá)到“READY”的狀態(tài)，總共用時(shí)10.03 s，由此也說明車輛啟動(dòng)成功。同時(shí)在啟動(dòng)過程中我們記錄了燃料電池堆的電流電壓曲線，如圖3所示。

由圖3可知，在整個(gè)個(gè)啟動(dòng)過程分為三個(gè)階段，在3.4秒左右燃料電池電堆開始輸出電壓，在3.4～10秒的過程中不斷地進(jìn)行暖機(jī)，暖機(jī)功率最大可到達(dá)35 kW，其功率輸出在暖機(jī)階段逐漸降低到達(dá)20kW，電壓降低，最后功率輸出平穩(wěn)，保障其良好的低溫啟動(dòng)性能。

3 結(jié) 語

本文，重點(diǎn)解析了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 43255—2023和國際標(biāo)準(zhǔn)ISO：17326-2023對燃料電池汽車低溫冷啟動(dòng)的測試評價(jià)方法的異同點(diǎn)，同時(shí)對標(biāo)準(zhǔn)中的測試方法和測試要求進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并以實(shí)際測試案例進(jìn)行分析，有利于引導(dǎo)企業(yè)在后續(xù)的研發(fā)測試中提升車輛的性能。

參考文獻(xiàn)

[1]張?zhí)鹛?，徐穎，繩有為，等.燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)低溫冷啟動(dòng)技術(shù)及測試研究[J].重型汽車，2021，35（05）：23-24.

[2]曹蕾，劉煜，唐何飛.燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)低溫冷啟動(dòng)熱平衡建模與實(shí)驗(yàn)研究[J].東方電氣評論，2021，35（2）：21-24.

[3]崔士濤，王鐸霖，燕希強(qiáng)，等.燃料電池低溫?zé)o輔助啟動(dòng)的研究[J].電源技術(shù)，2020，44（10）：1451-1455.

[4]郝冬，張妍懿，朱凱，等.燃料電池電動(dòng)汽車低溫冷起動(dòng)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)制定分析[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化，2020（9）：190-194.

[5]舒勝濤，侯永平，郝冬，等.FCV低溫冷起動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)[J].電池，2019，49（5）：396-398.

[6]詹志剛，呂志勇，黃永，等.質(zhì)子交換膜燃料電池冷啟動(dòng)及性能衰減研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33（1）：151-155.

[7]毋茂盛，余達(dá)太，李果，等.環(huán)境條件對質(zhì)子交換膜燃料電池性能的影響[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2003（6）：584-586.

[8]全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).燃料電池電動(dòng)汽車低溫冷啟動(dòng)性能試驗(yàn)方法： GB/T 43255[S].2023.

[9]Fuel cell road vehicles Cold start performances under sub-zero temperature Vehicles fuelled with compressed hydrogen ：ISO 17326-2023[S].2023.

作者簡介

吳迪，碩士，工程師，研究方向?yàn)檎嚋y試評價(jià)技術(shù)。

韓令海，本科，正高級工程師，研究方向?yàn)樾履茉聪到y(tǒng)集成。

（責(zé)任編輯：袁文靜）

基金項(xiàng)目：本文受吉林省長春市重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目“耐低溫長壽命燃料電池關(guān)鍵技術(shù)研究”（項(xiàng)目編號：20220301011G X）資助。