ICS

CCS

團體標準

T/CSAExx－20xx

多工況下燃料電池汽車動力系統效率

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發布20xx-xx-xx實施

中國汽車工程學會發布

1

多工況下燃料電池汽車動力系統效率臺架試驗方法

1范圍

本文件規定了燃料電池汽車動力系統在勻速工況、循環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。

2規范性引用文件

下列文件對于本文件的應用是必不可少的。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駛里程試驗方法

GB/T24548-2009燃料電池電動汽車術語

GB/T24549-2009燃料電池電動汽車安全要求

GB/T24554-2009燃料電池發動機性能試驗方法

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術語和定義

3.1

燃料電池汽車動力系統fuelcellvehiclepowersystem

燃料電池汽車動力系統包括燃料電池發動機、DC/DC變換器、電驅總成及其控制系統和可充電儲能

系統（動力電池系統）等。

3.2

燃料電池汽車動力系統效率fuelcellvehiclepowersystemefficiency

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

以及來自電網的電能。

3.3

可充電儲能系統rechargeableelectricalenergystoragesystemREESS

可充電的且可提供電能的能量儲存系統。

4

3.4

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

3.5

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

4測量參數、單位和準確度

表1規定了試驗測量的參數、單位和準確度。

表1測量的參數、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；

燃料電池動力系統測試平臺具備監測控制器參數的功能，并保證接地；

監測操作環境正常與否；

電子負載；

制造商應至少提供與燃料電池動力系統相適配的整車參數信息：

車輛類型、整備質量和最大設計總質量、最大牽引質量（半掛牽引車）；

輪胎型號尺寸；

阻力系數,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狀態規定

測試前燃料電池汽車動力系統應符合以下規定：

燃料電池汽車動力系統各部件在測試臺架上安裝到位；

5

將燃料電池發動機的氫、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進行絕緣測試，應滿足GB18384的規定，如不滿足則終止

試驗。

5.4環境測試條件

試驗環境溫度為20℃~30℃。

試驗室應配備如下安全設施：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施。

5.5試驗公差要求

試驗循環工況上的速度公差和時間公差應滿足圖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，最大設計總質量不超過3500kg的M2類車

型的燃料電池汽車動力系統為±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

的規定對試驗循環進行修正。

在每個工況循環中，允許超出公差范圍的累計時間，對于M1、N1最大設計總質量不超過3500kg

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

6運行工況

6

6.1勻速工況

調整電機輸出端轉速至對應的整車車速勻速運行。

與制造商協商，在選定的速度點進行連續勻速運行，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。

當燃料電池汽車動力系統適用在M1、N1類和最大設計總質量不超過3500kg的M2車輛上時，應至少選

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

商用車輛上時，應至少選擇（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公里范圍內選取，或經制造商建議運行特定的里程，但不

得少于5公里。

6.2循環工況

調整電機輸出端轉速至指定的循環工況運行。

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

試驗循環如GB18352.6-2016附件CA所述的全球統一輕型車測試循環（WLTC）；或采用如GB/T

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

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

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

除非有其他的規定，每個試驗循環允許停機，停機時間不超過30min，期間動力系統斷電，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的預置

對于NOVC-HS,REESS應處于車輛制造商規定的正常使用的荷電狀態（SOC），否則應將REESS預置

或調整到的正常使用的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，按照第6章規定的運行工況進行試驗，試驗可以直

接從冷態開始。按照8.5計算各試驗循環電池輸出能量占比BEP。

要求進行至少3次試驗循環，如果連續運行多個試驗循環后BEP絕對值仍大于4%，根據制造商建

議并經由檢驗機構確認，可運行特定的試驗循環數量后結束試驗。當應用于乘用車、輕型商用車、城市

客車和自卸汽車上時，總循環數量為12；當應用于其他重型商用車上時，總循環數量為6，或經制造商

建議運行特定的試驗循環數量。

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的車

輛。如果車輛的混合動力設計決定的或控制策略中設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，不屬于本文件中規定的包含純電動工作模式的OVC-HS，應按照電量調

整階段的規定進行試驗。

純電動工作模式既可以是以手動切換開關形式，或當車速無法滿足公差的規定，或達到企業規定的

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

動作為純電動工作模式的結束。

7.3.2REESS的預置

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，放電程序應根

據車輛制造商的建議規定進行。應保證放電結束后REESS的剩余能量不超過SOC的20%或制造商設定的

SOC故障報警值。根據制造商的建議選擇直流或交流充電方式，按照附錄B規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

造商規定的REESS能量（kWh）/供電功率（kW）。

若根據車輛制造商的建議亦可不對REESS進行充電，則此時應參照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，按照第6章規定的運行工況進行試驗，試驗可以直

接從冷態開始。按照8.5計算各試驗循環電池輸出能量占比BEP。

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

電池發動機自動啟動，或制造商規定的其他應結束試驗的條件時，應迅速停機斷電。隨后在120min內，

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

充電結束后30min內，按照第6章規定的運行工況連續進行試驗，當車速無法滿足5.5的規定，或

燃料電池發動機自動啟動，或制造商規定的其他應結束試驗的條件時，達到純電動工作階段結束條件，

應迅速停機斷電，停機時間不超過30min。

純電動工作階段結束后，按照第6章規定的運行工況連續進行試驗，進入REESS電量調整階段。

當出現BEP絕對值不大于4%時，達到REESS電量調整階段的結束條件，則按照第6章規定的運行

工況繼續進行試驗，當再出現兩次BEP絕對值不大于4%的試驗循環時，達到REESS電量平衡階段的結

束條件。

如果從REESS電量調整階段開始，連續運行多個試驗循環后BEP絕對值仍大于4%，根據制造商建

議并經由檢驗機構確認，可判定為不具有REESS電量平衡階段，REESS電量調整階段需運行特定的試驗

循環數量后結束試驗。當應用于乘用車、輕型商用車、城市客車和自卸汽車上時，該循環數量為12；

9

當應用于其他重型商用車上時，該循環數量為6，或經制造商建議運行特定的試驗循環數量。

試驗結束后120min內，應按照附錄B的規定對儲能裝置進行充電，測量來自電網的能量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，按照第6章規定的運行工況進行試驗，試驗可以直

接從冷態開始。按照8.5計算各試驗循環電池輸出能量占比BEP。

從REESS電量調整階段開始，按照第6章規定的運行工況連續進行試驗。當出現BEP絕對值不大于

4%的循環時，達到REESS電量調整階段的結束條件，則按照第6章規定的運行工況繼續進行試驗，當再

出現兩次BEP絕對值不大于4%的試驗循環時，達到REESS電量平衡階段的結束條件。

當連續運行多個試驗循環后BEP絕對值仍大于4%，根據制造商建議并經由檢驗機構確認，可判定

為不具有REESS電量平衡階段，REESS電量調整階段需試驗循環數量后結束試驗。當應用于乘用車、輕

型商用車、城市客車和自卸汽車上時，該循環數量為12；當應用于其他重型商用車上時，該循環數量

為6，或經制造商建議運行特定的試驗循環數量。

試驗結束后120min內，應按照附錄B的規定對儲能裝置進行充電，測量來自電網的能量ES（Wh）

以及充電時間。

8數據記錄和試驗結果

8.1數據記錄

試驗過程中應至少記錄：試驗開始與結束時的環境溫度、大氣壓力；REESS充電過程中來自電網的

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

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

/分鐘)、電驅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，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，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，電驅直流母線在t時刻的電壓值，單位為伏特（V）；

—試驗工況時間范圍內，電驅直流母線在t時刻的輸入電流值，單位為安培（A）。

8.2.2動力系統效率計算

NOVC-HS的試驗結果

動力系統的效率的計算式（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時刻的內阻損耗，單位為瓦時（Wh）；

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

—REESS（動力電池）在t時刻的內阻，單位為歐姆（Ω）。可參照附錄A中的離

線最小二乘法計算；

—燃料電池發動機（含DC/DC）的效率。

OVC-HS的試驗結果

.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）的電能，單位為瓦時（W﹒h）。

.2REESS電量調整階段

························(7)

式（7）中，

—整個試驗過程來自外部電源（電網）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電量調整階段和REESS

電量平衡階段（如果有時）的試驗過程時間段內的綜合效率：

························(9)

8.2.3電驅動總成效率計算

驅動狀態平均效率

························(10)

式(10)中，

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

單位為伏（V）；

—驅動狀態下電驅動總成直流母線電流值，單位為安培（A）。

驅動狀態下，輸入功率為電驅動總成直流母線輸入的電功率，輸出功率為電驅動總成輸出軸端的機

械功率。

制動狀態平均效率

························(11)

式(11)中，

—制動狀態下電驅動總成的直流母線電壓值，單位為伏（V）；

—制動狀態下電驅動總成的直流母線電流值，單位為安培（A）。

制動狀態下，輸入功率為電驅動總成輸出軸端的機械功率，輸出功率為電驅動總成直流母線輸出的

電功率。

制動回收電能占驅動能量比（BERP）

························(12)

8.2.4燃料電池發動機效率（含DC/DC）計算

燃料電池發動機輔助系統在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）。

燃料電池發動機輔助系統在DC/DC后端取電時

························(14)

式(14)中，

—輔助系統功率，單位為瓦（W）。

注：積分形式代表在整個試驗時間段內（或每個試驗循環時間范圍內）。

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）的內阻

REESS（動力電池）電壓采用Rint模型公式

式中：

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

——第c個試驗循環的時間范圍內，REESS在t時刻的開路電壓值，當時，

。

令=AX

其中，，，則

令，根據離線最小二乘法，取二次方的誤差為J，則有

求Jmin(最小值)，二次方程(拋物線)的最小值對應發生在其一階導數(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的數據，采樣頻率應不小于10Hz。每0.1秒采集一組數據，則1秒

內有10組數據。已測得數據如下表：

時間（s）0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0

電壓（V）347347347347