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 郭婷

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.1002-5944.2023.07.028

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 2572[4]中规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 23828[5]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。

1.2 国内标准的对比

由于國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〔 2017〕2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 XXX 《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。

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。

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

3 標准的条目解析

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、燃料电池相关技术指标测试方法（试行）》（中机函〔2017〕2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〔2021〕367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（40±2） 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》计算得到的续驶里程。

3.2 “短缩法”测量续驶里程

3.3 数据处理

4 总 结

在燃料电池汽车不断发展的同时，标准也应该与时俱进。本文重点讨论了燃料电池汽车续驶里程的测量方法，并基于燃料电池汽车的能量流进行分析，给出了评价燃料电池汽车续驶里程的重要评价指标。建立了适用于现阶段燃料电池汽车发展情况的能量消耗量及续驶里程的测试标准方法，为企业和厂家在实施过程中明确测试要求，更好地为燃料电池汽车的行业作出贡献。

参考文献

[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]动力电池、燃料电池相关技术指标测试方法（试行）（中机函〔2017〕2号）[Z].

[7]燃料电池汽车测试规范（试行）（装备中心〔2021〕367号 ）[Z].

[8]全国汽车标准化技术委员会.中国汽车行驶工况 第1部分：轻型汽车：GB/T 38146.1-2019[S].北京：中国标准出版社，2019.

[9]全国汽车标准化技术委员会.中国汽车行驶工况 第2部分：重型商用车辆：GB/T 38146.2-2019[S].北京：中国标准出版社，2019.

作者简介

吴迪，硕士研究生，高级工程师，从事新能源汽车关键性能测试评价工作。

（责任编辑：袁文静）