軌道車輛燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)性能

PAGEPAGE8軌道車輛燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)性能測(cè)試方法范圍本文件規(guī)定了軌道車輛用燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)范圍、性能測(cè)試相關(guān)的術(shù)語(yǔ)和定義、測(cè)試環(huán)境要求以及測(cè)試方法等。本文件適用于軌道車輛用燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下性能測(cè)試，非軌道車輛用燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)性能測(cè)試可參考執(zhí)行。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T18386.1-2021電動(dòng)汽車能量消耗量和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法第1部分：輕型汽車GB/T19752-2005混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力性能試驗(yàn)方法GB/T24548-2009燃料電池電動(dòng)汽車術(shù)語(yǔ)GB/T24549-2020燃料電池電動(dòng)汽車安全要求GB/T24554-2022燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法GB/T29843-2013直流電子負(fù)載通用規(guī)范GB/T31486-2015 電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池電性能要求及測(cè)試方法術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)hybridsystem由燃料電池、儲(chǔ)能裝置、電力變換裝置、儲(chǔ)氫裝置構(gòu)成，并以能量控制單元管理對(duì)外輸出、為車輛提供動(dòng)力的供電的系統(tǒng)?；旌蟿?dòng)力模式hybridmode混合動(dòng)力系統(tǒng)由燃料電池、儲(chǔ)能裝置等所有的車載動(dòng)力系統(tǒng)根據(jù)管理邏輯（整車控制策略）參與車輛驅(qū)動(dòng)的一種工作模式。能量控制單元EnergyControlUnit負(fù)責(zé)控制氫燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)中的儲(chǔ)氫系統(tǒng)、燃料電池、電力變換裝置的運(yùn)行，并根據(jù)能量管理策略控制氫燃料電池輸出功率，聯(lián)合儲(chǔ)能系統(tǒng)為整車運(yùn)行提供混合動(dòng)力。混合動(dòng)力模式起動(dòng)平均加速度averagestartingaccelerationinhybridmode由車輛制造商給定，并按照9.1規(guī)定的程序驗(yàn)證合格的平均加速度值。純儲(chǔ)能模式pureenergystoragemode混合動(dòng)力系統(tǒng)僅有儲(chǔ)能裝置驅(qū)動(dòng)車輛行駛的一種工作模式。部分動(dòng)力模式partialdynamicmode混合動(dòng)力系統(tǒng)部分或全部燃料電池或儲(chǔ)能裝置無(wú)法提供動(dòng)力，車輛以能夠以正常狀態(tài)的動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)車輛行駛時(shí)的一種工作模式，該工作模式的具體形式由車輛制造商確定并提供給用戶。試驗(yàn)原則如果試驗(yàn)用混合動(dòng)力系統(tǒng)具有純儲(chǔ)能模式，并能夠按照GB/T31486的要求進(jìn)行動(dòng)力性能試驗(yàn)，則進(jìn)行混合動(dòng)力系統(tǒng)在純儲(chǔ)能模式下續(xù)航里程試驗(yàn)，否則，試驗(yàn)系統(tǒng)可以不做純儲(chǔ)能模式試驗(yàn)項(xiàng)目；如試驗(yàn)用混合動(dòng)力系統(tǒng)具有部分動(dòng)力工作模式，則根據(jù)車輛制造商指定的具體形式，按本標(biāo)準(zhǔn)9.4進(jìn)行試驗(yàn)。測(cè)試參數(shù)、單位及準(zhǔn)確度表1規(guī)定了測(cè)量的參數(shù)、單位及準(zhǔn)確度表1測(cè)量的參數(shù)、單位及準(zhǔn)確度測(cè)量參數(shù)單位準(zhǔn)確度分辨率時(shí)間s±0.10.1溫度℃±0.1%1壓力kPa±0.3%FS0.001電壓V±0.3%FSDa或±1%rdgb0.1電流A±0.3%FSD或±1%rdg0.1濕度-±0.3%-質(zhì)量流量g/s≦1.0%FSD-AFSD:滿量程；brdg:讀數(shù)；試驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件混合動(dòng)力系統(tǒng)測(cè)試應(yīng)在下面指定的條件下進(jìn)行：a）溫度：20℃±15℃；b）濕度：65%±20%相對(duì)濕度；c）壓力：91-106KPa。如果環(huán)境條件與上述要求有差異，需對(duì)實(shí)際測(cè)試環(huán)境進(jìn)行記錄。氫氣質(zhì)量要求氫氣質(zhì)量應(yīng)符合GB/T37244規(guī)定的質(zhì)子交換膜燃料電池用氫氣要求。功率控制設(shè)備實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具備混合動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)電功率消耗，以及模擬車輛制動(dòng)能量饋電的功率裝置。可消耗發(fā)電功率最大值，不低于混合動(dòng)力系統(tǒng)的最大功率輸出值；模擬車輛制動(dòng)能量饋電功率，不低于車輛最大制動(dòng)功率。功率裝置宜采用饋網(wǎng)式電子負(fù)載，符合GB/T29843要求。試驗(yàn)準(zhǔn)備充電常規(guī)充電應(yīng)使用儲(chǔ)能裝置制造廠家推薦的充電機(jī)進(jìn)行充電，充電時(shí)環(huán)境溫度應(yīng)保持在20℃~30℃。充電結(jié)束的判斷當(dāng)儲(chǔ)能裝置的SOC達(dá)到混合動(dòng)力車輛制造商指定的數(shù)值時(shí)，認(rèn)為充電過(guò)程結(jié)束。充氫試驗(yàn)時(shí)，若燃料電池采用車載供氫系統(tǒng)提供氫氣，應(yīng)按照儲(chǔ)氫系統(tǒng)廠家的要求將氫氣充至合適的工作壓力；若采用實(shí)驗(yàn)室供氣管路供氫，應(yīng)確保供氣壓力在燃料電池允許工作壓力范圍內(nèi)。預(yù)處理試驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)在混合動(dòng)力模式下，按照軌道車輛集成商指定的啟動(dòng)-加速-勻速運(yùn)行-制動(dòng)-停機(jī)循環(huán)對(duì)應(yīng)的功率曲線，持續(xù)運(yùn)行30分鐘以上，保證混合動(dòng)力系統(tǒng)正式測(cè)試前功能正常。試驗(yàn)程序試驗(yàn)程序應(yīng)滿足表2的要求。表2試驗(yàn)程序順序試驗(yàn)方法試驗(yàn)準(zhǔn)備或項(xiàng)目模式準(zhǔn)備階段7.1充電-7.2充氫-第一階段7.3預(yù)處理混合模式9.1混合動(dòng)力模式起動(dòng)加速度驗(yàn)證試驗(yàn)混合模式9.2混合動(dòng)力模式續(xù)航里程試驗(yàn)混合模式第二階段7.1充電-9.3純儲(chǔ)能模式續(xù)航里程試驗(yàn)純儲(chǔ)能模式第三階段7.1充電-7.2充氫-9.4部分動(dòng)力模式切換試驗(yàn)部分動(dòng)力模式試驗(yàn)方法混合動(dòng)力模式起動(dòng)加速度驗(yàn)證試驗(yàn)測(cè)試方法混合動(dòng)力模式起動(dòng)加速度驗(yàn)證試驗(yàn)執(zhí)行步驟如下：1）采用車輛制造商提供的牽引電機(jī)速度-功率特性曲線，并根據(jù)目標(biāo)車型牽引電機(jī)數(shù)量，得到總體時(shí)間-功率特性曲線；2）將時(shí)間-功率曲線輸入至功率控制設(shè)備；3）啟動(dòng)混合動(dòng)力系統(tǒng)，并在怠速工況運(yùn)行3min；4）由功率控制設(shè)備向混合動(dòng)力系統(tǒng)能量控制器發(fā)送功率需能量求值，能量控制系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)功率值控制混合動(dòng)力系統(tǒng)功率輸出，直至完成全部功率曲線。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中混合動(dòng)力系統(tǒng)不允許有人為干預(yù)，混合動(dòng)力系統(tǒng)所有部件均正常，未出現(xiàn)故障引起的停機(jī)。測(cè)試記錄記錄燃料電池、儲(chǔ)能裝置、負(fù)載控制裝置的電壓、電流。測(cè)試結(jié)果將計(jì)算得到的負(fù)載功率與燃料電池+儲(chǔ)能裝置的總輸出功率曲線繪制在一起，若在所有功率點(diǎn)總功率與負(fù)載功率標(biāo)準(zhǔn)差小于5%，則認(rèn)為混合動(dòng)力系統(tǒng)啟動(dòng)加速度符合車輛給定的啟動(dòng)加速度數(shù)值?；旌蟿?dòng)力模式續(xù)航里程試驗(yàn)?zāi)M線路續(xù)航里程測(cè)試測(cè)試方法若燃料電池采用車載供氫系統(tǒng)提供氫氣，應(yīng)按照儲(chǔ)氫系統(tǒng)廠家的要求將氫氣充至最高工作壓力；若燃料電池采用實(shí)驗(yàn)室供氣管路供氫，則實(shí)驗(yàn)過(guò)程總供氫量為車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)有效儲(chǔ)氫量，該數(shù)值可由制造商根據(jù)根據(jù)車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)的設(shè)置計(jì)算得到，并提供相應(yīng)的計(jì)算依據(jù)。具體測(cè)試步驟如下：采用車輛制造商提供的模擬線路時(shí)間-功率特性曲線，并將時(shí)間-功率曲線輸入至功率控制設(shè)備：?jiǎn)?dòng)混合動(dòng)力系統(tǒng)，并在怠速工況運(yùn)行3min；由功率控制設(shè)備向混合動(dòng)力系統(tǒng)能量控制器發(fā)送功率需能量求值，能量控制系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)功率值控制混合動(dòng)力系統(tǒng)功率輸出；循環(huán)進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，直至車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)供氫壓力降至最小工作壓力，或?qū)嶒?yàn)室管路總供氫量達(dá)到預(yù)設(shè)值，停止測(cè)試。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中混合動(dòng)力系統(tǒng)不允許有人為干預(yù)，混合動(dòng)力系統(tǒng)所有部件均正常，未出現(xiàn)故障引起的停機(jī)。測(cè)試記錄記錄燃料電池、儲(chǔ)能裝置、負(fù)載控制裝置的電壓、電流，母線電壓，儲(chǔ)氫瓶工作壓力、溫度，氫氣質(zhì)量流量，測(cè)試循環(huán)數(shù)量，測(cè)試持續(xù)時(shí)間。測(cè)試結(jié)果根據(jù)測(cè)試循環(huán)和里程的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算得到總運(yùn)行里程數(shù)，得到車輛續(xù)航里程；根據(jù)測(cè)量和計(jì)算得到的氫氣消耗量，得到車輛每公里消氫量；測(cè)試過(guò)程中，混合動(dòng)力系統(tǒng)總功率與負(fù)載功率曲線標(biāo)準(zhǔn)差不超過(guò)5%；母線電壓波動(dòng)范圍不超過(guò)車輛制造商指定的區(qū)間。標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)續(xù)航里程測(cè)試測(cè)試方法若車輛制造商無(wú)法或無(wú)需提供模擬線路信息，可按本標(biāo)準(zhǔn)提供的標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)進(jìn)行續(xù)航里程測(cè)試。若燃料電池采用車載供氫系統(tǒng)提供氫氣，需按照儲(chǔ)氫系統(tǒng)廠家的要求將氫氣充至最高工作壓力；若燃料電池采用實(shí)驗(yàn)室供氣管路供氫，則實(shí)驗(yàn)過(guò)程總供氫量為車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)有效儲(chǔ)氫量，該數(shù)值可由制造商根據(jù)根據(jù)車頂儲(chǔ)氫系統(tǒng)的設(shè)置計(jì)算得到，并提供相應(yīng)的計(jì)算依據(jù)。具體測(cè)試步驟如下：按以下方法確定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試循環(huán)：包含啟動(dòng)加速、勻速運(yùn)行、制動(dòng)減速、站內(nèi)停車四個(gè)階段：停車-啟動(dòng)加速階段，對(duì)應(yīng)時(shí)間為S1~S2，試驗(yàn)功率點(diǎn)怠速功率P3按照9.1.1的方法加載至最高速勻速運(yùn)行功率P2，期間經(jīng)過(guò)系統(tǒng)最大功率點(diǎn)P1；勻速運(yùn)行階段，對(duì)應(yīng)時(shí)間為S2~S3，混合動(dòng)力系統(tǒng)以恒功率P2持續(xù)運(yùn)行，持續(xù)時(shí)間由車輛制造商根據(jù)目標(biāo)車型指定，并將該數(shù)值一并發(fā)布給用戶；制動(dòng)減速階段，對(duì)應(yīng)的時(shí)間為S3~S4，混合動(dòng)力系統(tǒng)按照車輛制造商提供的牽引電機(jī)制動(dòng)時(shí)的時(shí)間-功率曲線，由功率P2減載至功率P4；站內(nèi)停車階段，對(duì)應(yīng)的時(shí)間為S4~S5，混合動(dòng)力系統(tǒng)以P3功率對(duì)外輸出，持續(xù)時(shí)間由車輛制造商根據(jù)目標(biāo)車型指定，并將該數(shù)值一并發(fā)布給用戶。典型的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試循環(huán)如圖1所示：圖1標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試循環(huán)示例2）將標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試循環(huán)的時(shí)間-功率曲線輸入至功率控制設(shè)備：3）啟動(dòng)混合動(dòng)力系統(tǒng)，并在怠速工況運(yùn)行3min；4）由功率控制設(shè)備向混合動(dòng)力系統(tǒng)能量控制器發(fā)送功率需求值，能量控制系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)功率值控制混合動(dòng)力系統(tǒng)功率輸出；5）循環(huán)進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，直至車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)供氫壓力降至最小工作壓力，或?qū)嶒?yàn)室管路總供氫量達(dá)到預(yù)設(shè)值，停止測(cè)試。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中混合動(dòng)力系統(tǒng)不允許有人為干預(yù)，混合動(dòng)力系統(tǒng)所有部件均正常，未出現(xiàn)故障引起的停機(jī)。測(cè)試記錄記錄燃料電池、儲(chǔ)能裝置、負(fù)載控制裝置的電壓、電流，母線電壓，儲(chǔ)氫瓶工作壓力、溫度，氫氣質(zhì)量流量，循環(huán)數(shù)量，測(cè)試持續(xù)時(shí)間。測(cè)試結(jié)果根據(jù)測(cè)試循環(huán)和里程的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算得到總運(yùn)行里程數(shù)，得到車輛續(xù)航里程；根據(jù)測(cè)量和計(jì)算得到的氫氣消耗量，得到車輛每公里消氫量；測(cè)試過(guò)程中，混合動(dòng)力系統(tǒng)總功率與負(fù)載功率曲線標(biāo)準(zhǔn)差不超過(guò)5%；母線電壓波動(dòng)范圍不超過(guò)車輛制造商指定的區(qū)間。純儲(chǔ)能模式續(xù)航里程試驗(yàn)測(cè)試方法純儲(chǔ)能模式續(xù)航里程測(cè)試步驟如下：1）采用7.1提供的方法，將儲(chǔ)能裝置SOC充至車輛允許的最大值；2）關(guān)閉燃料電池系統(tǒng)；3）啟動(dòng)儲(chǔ)能裝置，由功率控制裝置控制其功率輸出為車輛怠速運(yùn)行時(shí)總功率，該數(shù)值由車輛制造商指定，在該功率點(diǎn)運(yùn)行1min；4）由功率控制裝置進(jìn)行拉載，拉載目標(biāo)功率為車輛以30km/h勻速運(yùn)行時(shí)總需求功率，拉載速率由車輛制造商指定；5）儲(chǔ)能裝置按4）所述工況恒功率輸出，直至SOC降至車輛制造商制定的數(shù)值開(kāi)始減載，減載速率由車輛制造商指定，減至怠速功率后停機(jī)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中混合動(dòng)力系統(tǒng)不允許有人為干預(yù)，混合動(dòng)力系統(tǒng)所有部件均正常，未出現(xiàn)故障引起的停機(jī)。測(cè)試記錄記錄儲(chǔ)能裝置、功率控制裝置的電壓、電流，母線電壓，測(cè)試時(shí)間。測(cè)試結(jié)果繪制儲(chǔ)能裝置及功率控制裝置時(shí)間-功率曲線，記錄恒功率運(yùn)行時(shí)間，純儲(chǔ)能模式續(xù)航里程采用公式（1）計(jì)算：Ss式中：Sstpvp部分動(dòng)力模式切換試驗(yàn)測(cè)試方法部分動(dòng)力模式切換試驗(yàn)執(zhí)行步驟如下：制定混合動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)表，格式宜采用表3的要求；表3混合動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)表狀態(tài)名稱狀態(tài)描述S所有部件均正常S動(dòng)力電池全部正常，燃料電池故障…………S……混合動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)表由車輛制造商提供，混合動(dòng)力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中所有允許的工作狀態(tài)均需在該表中描述，表中未提及的狀態(tài)均屬于故障停機(jī)狀態(tài)。制定狀態(tài)切換表，格式可參考表4；表4狀態(tài)切換表狀態(tài)切換過(guò)程狀態(tài)切換條件S系統(tǒng)直接切換S需駕駛員確認(rèn)后直接切換…………啟動(dòng)混合動(dòng)力系統(tǒng)，并讓其在狀態(tài)S1設(shè)置混合動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)，使其符合狀態(tài)S2的運(yùn)行條件。若所測(cè)試的切換過(guò)程由系統(tǒng)直接切換，則此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入S2狀態(tài)，使其S2狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行3min；若所測(cè)試的切換過(guò)程需駕駛員確認(rèn)，則執(zhí)行確認(rèn)操作切換至S3狀態(tài)，使其逐項(xiàng)進(jìn)行表4中狀態(tài)切換試驗(yàn)，直至完成所有狀態(tài)切換試驗(yàn)。試驗(yàn)順序可不必按表中所列順