燃料电池汽车低温冷启动测试方法对比分析

摘 要：燃料电池汽车低温冷启动能力是评价其性能的重要指标之一，国家标准GB/T 43255—2023《燃料电池电动汽车低温冷启动性能试验方法》已发布，其测试评价方法与国际标准ISO 17326：2023《压缩氢气燃料电池汽车低温冷启动测试评价方法》有一定的差异，本文重点对比分析两种标准中对低温冷启动的测试评价方法的异同，同时对一款国际燃料电池汽车进行低温冷启动测试评价分析。

关键词：燃料电池 冷启动 性能

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

0 引 言

燃料电池汽车的低温冷启动能力是评价其关键技术水平的指标之一，经过十三五期间各大汽车企业的技术攻关，国内燃料电池汽车的冷启动能力[1-3]已经得到了巨大的提升，已经基本能够达到-2 0℃的启动能力，但是其各大企业的测试评价[4 -5 ]方法并不统一。在实际的运行过程中，由于动力电池参与其动力输出，所以燃料电池整车在低温冷启动过程中需要兼顾燃料电池系统和动力电池系统的双重冷启动问题[6-7]。

目前已有国内标准[8]和国际标准[9]规定了燃料电池汽车低温冷启动的测试方法。由于国内外不同的发展路线，国际上主要以全功率的燃料电池汽车为主，而国内主要以电电混合的方式，所以国内外标准[8-9]中的要求也有一定的差异。

通过对比分析国家标准GB/T 43255—2023《燃料电池电动汽车低温冷启动性能试验方法》[8]与国际标准ISO 17326：2023 《压缩氢气燃料电池汽车低温冷启动测试评价方法》[9]中对测试方法的差异，进一步明确在测试过程中的注意事项，为相关技术人员提供参考。

1 标准主要异同分析

GB/T 43255—2023《燃料电池电动汽车低温冷启动性能试验方法》作为我国评价燃料电池汽车低温冷启动能力的重要评价标准，得到了行业认可，其内容主要包括试验车辆的要求、试验条件、试验方法（低温浸车、低温冷启动、低温冷起步）、能耗数据处理、尾排氢安全的试验数据记录等。ISO：17326在2023年进行了该版本的修订，对其测试方法进行了进一步的更新，其主要的测试项目基本一致，但是在详细的操作步骤中稍有差异，详细的差异如下：

1.1 低温浸车

（1）主要相同部分：国家标准GB/T 43255和国际标准ISO：17326中都允许在温度到达目标温度前进行车辆启动停机的操作，方便车辆进行外部环境的识别，从而进行相应的状态调整；两项标准都规定了至少不少于12 h的浸车，使燃料电池堆的温度能够充分的浸透，保证其低温的测试环境；在浸车开始之前，车辆的动力电池电量不做固定的要求，可以按照制造商指定的方式进行，记录其调整过程即可；考虑到氢气瓶内的含量对燃料电池的启动影响并不高，所以两项标准对车载储氢系统内的氢气的含量并不做要求。

（2）主要不同部分：ISO：17326-2023中对于测量外部供氢的低温氢耗时，可以关闭车辆中的水箱，进行外部氢罐的连接。这主要考虑在全功率燃料电池汽车车型试验的测试需求。而国家标准GB/T 43255则并不考虑此测试场景，对全功率车型和电电混合的车型都统一采用车内供氢的方式。

1.2 低温冷启动

（1）主要相同部分：当环境温度达到测试温度并完成浸车之后，燃料电池汽车需要按照车辆制造商规定的要求进行车辆的启动，在启动过程中可以开启空调、暖风装置等用来快速消耗能量从而产生热量满足启动需求。两项标准启动成功的标准一致，1）当车辆仪表板上显示“READY”或“OK”时认为车辆的启动成功；2）要求当燃料电池堆能以不低于1 kW的功率连续运行至少10 min。

（2）主要不同部分：在测试数据的记录过程中，国家标准GB/T 43255—2023中要求记录尾排的氢气浓度，并需要满足氢气浓度在冷启动过程中满足3 s平均不超过4%，瞬时不超过8%的要求，同时车辆不应该出现故障报警等相关的问题。国际标准ISO：17326-2023则无需记录此问题，但是提出若进行车外的供氢，需要记录在此过程中的氢气消耗量。

1.3 低温冷起步

（1）主要相同部分：两个标准对测试的方式一样，都规定车辆在进行冷起步的操作之前需要浸车，当车辆仪表显示“READY”或“OK”时，将其车辆状态调整至可行驶模式以全油门运行。

（2）主要不同部分：国家标准GB/ T 43255—2023中要求燃料电池堆的输出功率首次达到燃料电池系统额定功率的50%，认为完成起动操作。并需要在1 min之内完成停车操作，然后在3 min内开展至少1个中国工况的驾驶循环之后进行停机。国际标准ISO ：17326-2023采用的驾驶循环不同，需要参考当地的驾驶循环工况后认为时完成了试验。

1.4 试验终止条件

在进行冷启动和冷起步的操作过程中，两个标准的对终止试验的有相同的部分也有差异性，详细如下所示：

（1）主要相同部分。终止试验的都有三条要求包括1）车辆的仪表盘提出停车的指示；2）车辆给出报警或者故障信号；3）车辆申报的最高车速小于工况最高车速而车辆无法达到申报的最高车速，且车辆的动力系统需要满足车辆的最高车速的要求。

（2）主要的不同部分：除此要求之外国际标准ISO ：17326—2023中还规定，当车辆在零下温度时，不符合标准中规定容差时也认为是试验终止。

1.5 数据采集要求

（1）主要相同部分：对于两个标准中都需要使用涉氢转毂环境舱进行试验以保证安全性；

（2）主要的不同部分：对于试验中需要测量的电流电压参数国家标准GB/T 43255—2023中的采样频率要求不低于5 Hz，ISO：17326—2023中的采样频率不低于10 Hz；对于燃料电池系统集成度较高而无法直接测量燃料电池堆的电流和电压时，国标中可采集DC/DC变换器的输出电压和输出电流作为替代，按照DC/DC变换器效率为97%折算燃料电池堆的功率。国际标准中规定可以使用ECU的电压和电流数据。这也是两项标准典型的不同点之一。

2 试验分析

本文选取一款国际先进的燃料电池汽车按照国家标准GB/T 43252—2023中的要求进行-20℃的低温冷启动测试，将某燃料电池汽车放置在涉氢低温环境舱中，如图1所示。首先完成12 h的浸车，然后按照厂家的要求进行启动测试，当仪表上出现“READY”后进行关机，记录在此过程中的尾排氢气浓度、燃料电池堆的电流和电压，完成低温冷启动试验。

由图2所示燃料电池汽车在启动过程中从按下启动按钮开始计时达到“READY”的状态，总共用时10.03 s，由此也说明车辆启动成功。同时在启动过程中我们记录了燃料电池堆的电流电压曲线，如图3所示。

由图3可知，在整个个启动过程分为三个阶段，在3.4秒左右燃料电池电堆开始输出电压，在3.4～10秒的过程中不断地进行暖机，暖机功率最大可到达35 kW，其功率输出在暖机阶段逐渐降低到达20kW，电压降低，最后功率输出平稳，保障其良好的低温启动性能。

3 结 语

本文，重点解析了国家标准GB/T 43255—2023和国际标准ISO：17326-2023对燃料电池汽车低温冷启动的测试评价方法的异同点，同时对标准中的测试方法和测试要求进行了详细的阐述，并以实际测试案例进行分析，有利于引导企业在后续的研发测试中提升车辆的性能。

参考文献

[1]张甜甜，徐颖，绳有为，等.燃料电池发动机低温冷启动技术及测试研究[J].重型汽车，2021，35（05）：23-24.

[2]曹蕾，刘煜，唐何飞.燃料电池发动机低温冷启动热平衡建模与实验研究[J].东方电气评论，2021，35（2）：21-24.

[3]崔士涛，王铎霖，燕希强，等.燃料电池低温无辅助启动的研究[J].电源技术，2020，44（10）：1451-1455.

[4]郝冬，张妍懿，朱凯，等.燃料电池电动汽车低温冷起动试验方法标准制定分析[J].中国标准化，2020（9）：190-194.

[5]舒胜涛，侯永平，郝冬，等.FCV低温冷起动试验数据采集系统的开发[J].电池，2019，49（5）：396-398.

[6]詹志刚，吕志勇，黄永，等.质子交换膜燃料电池冷启动及性能衰减研究[J].武汉理工大学学报，2011，33（1）：151-155.

[7]毋茂盛，余达太，李果，等.环境条件对质子交换膜燃料电池性能的影响[J].北京科技大学学报，2003（6）：584-586.

[8]全国汽车标准化技术委员会.燃料电池电动汽车低温冷启动性能试验方法： 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.

作者简介

吴迪，硕士，工程师，研究方向为整车测试评价技术。

韩令海，本科，正高级工程师，研究方向为新能源系统集成。

（责任编辑：袁文静）

基金项目：本文受吉林省长春市重大科技专项项目“耐低温长寿命燃料电池关键技术研究”（项目编号：20220301011G X）资助。