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我国作为汽车销量大国，汽车保有量在持续快速增长，在交通领域的石油消耗量占比超过60%[1]。石油的过度依赖进口和大量消耗，不仅带来能源安全问题和环境污染问题。因此，大力发展新能源汽车，减少交通领域的石油消耗，成为保障我国能源安全和降低碳排放的有效途径
[2-4]
。
作为我国新能源汽车产业的重要发展技术路线之一，氢燃料电池汽车的发展一直备受国家政策支持和业内的关注
[5]
。然而，我国氢燃料电池汽车仍处于范推广阶段，产品质量和安全性能也在不断改善，尤其是整车的能耗是限制商业化应用的诸多挑战之一
[6-7]
。通过对抽取在售的氢燃料电池汽车在CLTC-P 、WLTC 、NEDC 、等速40km/h 、等速60km/h 、等速80km/h 等使用工况下百公里氢气消耗量测试，得到不同使用工况对氢燃料电池汽车百公里氢气消耗量的影响规律。
使用工况对氢燃料电池汽车百公里氢气消耗量影响研究
洪晏忠　崔垚鹏
中国汽车工程研究院股份有限公司　重庆市　401122
摘 要： 凭借高效率、零排放、低噪音等优势，氢燃料电池汽车已成为实现我国能源结构变革、节能减排以及
汽车产业升级的重要工具。百公里能耗指标是车辆最重要的经济性指标之一，氢燃料电池电动汽车则是氢气消耗量。基于此，文章通过抽取在售的氢燃料电池汽车进行不同使用工况下的行驶里程和氢气消耗量测试，通过结果的计算和统计分析得到CLTC 、WLTC 、NEDC 、等速40km/h 、等速60km/h 、等速80km/h 、等速100km/h 等使用工况对氢燃料电池汽车百公里氢气消耗量的影响规律。
关键词：氢燃料电池汽车　百公里能耗　氢气消耗量　使用工况
A Study on the Infl uence of Working Conditions on Hydrogen Consumption of Hydrogen Fuel Cell V ehicles per 100 km
Hong Yanzhong  Cui Yaopeng
Abstract ：
W ith the advantages of high effi  ciency, zero emission and low noise, hydrogen fuel cell vehicles have become an important tool to realize China's energy structure change, energy conservation and emission reduction, and automobile industry upgrading. The energy consumption index of 100 kilometers is one of the most important economic indicators of vehicles, and hydrogen fuel cell electric vehicles are hydrogen consumption. Based on this, the infl uence of CLTC, WLTC, NEDC, constant velocity 40km/h, constant velocity 60km/h, constant velocity 80km/h, and constant velocity 100km/h on hydrogen consumption of hydrogen fuel cell vehicles per 100km is obtained through the calculation and statistical analysis of the results.
Key words ：
hydrogen fuel cell vehicles, energy consumption per 100 kilometers, hydrogen consumption, working conditions
表1　试验项目及方法
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时代汽车  www.shidaiqiche
燃料电池电动汽车1　测试方法
车辆测试方法依据国家标准《GB/T 35178-2017燃料电池电动汽车氢气消耗量测量方法》、《GB 18352.6-2016 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》、《GB 18352.5-2013 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）》、《GB/T 38146.1-2019 中国汽车行驶工况 第1部分：轻型汽车》等制定
[8-11]
，
具体项目及试验方法见表1，所使用的设备见表2。
2　测试过程
2.1　样车信息
选取在售的NEXO 标准版车型作为样
车来源进行试验，样车具体参数见下表：
表3　NEXO 样车参数
2.2　测试试验
百公里氢气消耗量试验过程如下：1）车辆驱动轮置于底盘测功机的转鼓上，非驱动轮固定在地板上；
2）底盘测功机根据车辆整备质量设定阻力；
3）将功率分析仪的电压和电流采集通
道分别与燃料电池系统输出电流和电压线、动力电池的输出电流电压线进行连接，采集电流电压数据；
4）将外置供氢的氢气利用率测试仪上的加氢插入整车的加氢口进行供氢，并记录供气量；
5）待氢气利用率测试仪和功率分析仪开启后，驾驶员按照提示驾驶车辆，分别进行CLTC 、WLTC 、NEDC 、等速40km/h 、等速60km/h 、等速80km/h 、等速100km/h 等运转一定的里程；
6）分别按照GB 18352.6-2016、GB 18352.5-2013、GB/T 38146.1-2019、等速工况中的规定记录续驶里程。
试验照片如图1
所示。
图1　百公里氢气消耗量试验
3　测试结果及分析
按照表1的测试方法，分别对样车进行了CLTC 、WLTC 、NEDC 、等速40km/h 、等速60km/h 、等速80km/h 等工况下的行驶里程、氢气消耗量、燃料电池发电量、动力电池电量变化等进行了测试，测试结果如表4所示。
从表4中数据可知，在不同工况下，整车行驶过程中的总体能量输出基本上都是来源于燃料电池系统的能量输出，并同时给动力电池充电，可以有效排除动力电池的能量输出对氢气消耗量的影响，便于我们后续更准确的计算整车百公里氢气消耗量。
根据表4的测试数据，对样车分别进行了不同工况下的百公里氢气消耗量和百公里电耗的计算，在扣除了燃料电池系统对动力电池充的电量后计算得到了样车在不同使用工况下的百公里氢气消耗量、百公里电耗和燃料电池系统的平均效率数据，计算结果如表5所示。
通过表5的结果分析可知，WLTC 工况下的百公里氢气消耗量最大，达到了1.01kg 。等速40km/h 工况下的百公里氢气消耗量最小，只有0.45kg/h ，百公里氢气消耗量不足WLTC 工况下的50%。表明行
驶工况越严苛，氢气消耗量越大。但是，通过燃料电池发电效率数据对比分析可以看出，等速40km/h 工况下燃料电池系统的发电效率最低，而等速80km/h
工况下的燃
表2　试验设备
表4　测试结果统计表
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料电池系统的发电效率最高，表明燃料电池系统的效率随着整车行驶工况的严苛程度呈现先上升后下降的趋势，但下降趋势不明显。表明不同工况下的百公里氢气消耗量与燃料电池系统的氢气利用效率成一定的反比关系。
对比NEDC 工况和CLTC 工况的百公里氢气消耗量和百公里电耗可以发现，NEDC 工况下的百公里电耗要略高于CLTC 工况，但百公里氢气消耗量的对比结果却相反。因为CLTC 工况下的平均运行功率要低一些，行驶同样里程条件下的电损耗要低一些，但是燃料电池系统的效率较NEDC 工况下低一些，导致单位质量内氢气的发电量降低，百公里氢气消耗量低于NEDC 工况。
对比四个不同等速工况下的百公里氢气消耗量和百公里电耗可知，整车速度越快，百公里能耗越高。当车速超过80km/h 后，整车的百公里氢气消耗量急速增加。等速60km/h 和等速80km/h 工况下，整车的百公里氢气消耗量基本接近，但是百公里电耗却差异明显。通过这两组数据的对比分析，我们发现当车速在80km/h 时，燃料电池系统的能量输出效率比等速60km/h 工况下高，导致等速80km/h 行驶时燃料电池发电量更多，从而使整车在百公里电耗增加的情况下基本不增加百公里氢气消耗量。
4　结论
根据上述测试结果和相应的数据分析，得到不同使用工况对氢燃料电池汽车百公里氢气消耗量的影响规律：
1）等速40km/h 工况下，整车的百公里氢气消耗量最低。WLTC 工况下，整车百公里氢气消耗量最高。随着整车行驶速度的增加，整车百公里氢气消耗量呈现非线性增加的趋势。
2）整车的燃料电池发电系统随着工况的严苛程度和整车行驶速度的增加，其发电效率呈现增长的趋势。
针对当前测试结果，氢燃料电池汽车可以通过提升整车燃料电池系统的发电效率来降低整车百公里氢气消耗量。同时，该测试结果的也可以为整车产品开发人员进行整车能耗目标和续驶里程目标的制定提供参考依据。
基金项目：国家重点专项“新能源汽车”专项(2018YFB1502705)。
参考文献:
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[4]袁中，周定华，陈大华. 国内氢燃料电池汽车产业现状及发展前景[J].时代汽车，2018，(12)：67-68.
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[8]中华人民共和国工业和信息化部，全国汽车标准化技术委员会. 燃料电池电动汽车氢气消耗量测量方法：GB/T 35178-2017[S].北京：中国标准出版社.
[9]环境保护部、国家质检总局，中国环境科学研究院.轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）：GB 18352.6-2016 [S] .北京：中国环境科学出版.[10]环境保护部、国家质检总局，中国环境科学研究院.轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）：GB 18352.5-2013 [S] .北京：中国环境科学出版.[11]中华人民共和国工业和信息化部，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
.
表5
　百公里能耗和燃料电池平均效率的计算结果
作者简介
男，博士，主要从事纯电动汽车、燃
料电池汽车、燃料电池系统等的测评研究。