标准评析
制定分析
■ 郝 冬1 张妍懿1 朱 凯1，2 王晓兵1，2 王仁广1 陈 光1，2
（1．中国汽车技术研究中心有限公司；2．中汽研汽车检验中心（天津）有限公司）
摘 要：燃料电池电动汽车的低温冷起动性能是其关键性能之一。由于燃料电池反应产生水在低温情况下会结冰而造成起动困难，为此需要采取了不同的低温冷起动策略。为了适应燃料电池电动汽车低温冷起动性能测试评价的需要，制定了一项中国汽车工程学会的团标。本文从该团标的制定原则以及主要内容等方面，进行具体的解析说明，以进一步明确标准具体内容制定的原因和采用方法的依据，以便于相关实验人员准确和全面理解该团标的相关内容，正确开展相关测试评价工作。
关键词：燃料电池电动汽车，标准，低温冷起动，测试方法
DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2020.09.034
Analysis on the Development of Standard for Test Methods for Cold Start Performances of FCV under Sub-zero Temperature
天津电动汽车HAO Dong1 ZHANG Yan-yi1 ZHU Kai1,2 WANG Xiao-bing1,2
WANG Ren-guang1 CHEN Guang1,2
（1.China Automotive Technology and Research Center Co., Ltd.;
2. CA TARC Automotive Test Center (Tianjin) Co., Ltd.）
Abstract: Cold start performance under sub-zero temperature is one of key requirements of FCV. The water produced during the reaction in fuel cell stack can get frozen under sub zero temperature, which can cause start become difficult and require the corresponding control strategy to deal with this condition. And a organization standard of CSAE was developed to meet the needing of test and evaluation for FCV. This paper briefly analyzes the development principles and main contents of this new standard, which can benefit the understanding and application and help to conduct the practical test and evaluation of FCV cold start.
Keywords: fuel cell electric vehicle (FCV), standard, cold start under zero temperature, test method
基金项目：本文受天津市科技重大专项《燃料电池汽车整车性能检验检测共性关键技术研究与开发》和中汽中心指南项目《氢燃料电池发动机测评技术研究》资助。
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
1 引 言
T/CSAE 122-2019《燃料电池电动汽车低温冷起动试验方法》是于2019年12月4日正式发布的一项团体标准，具体由中国汽车工程学会负责组织工作，并由中国汽车技术研究中心试验所牵头具体制定过程。这个团标的制定发布是为了适应燃料电池汽车的快速发展，以及低温冷起动性能测试需要。燃料电池电动汽车使用的燃料电池发动机在反应时生成的水需要及时排出电堆，同时燃料电池电堆工作还需要保持一定的湿度；但当燃料电池汽车在零下低温环境下停车存放时，电堆内部残留的水可能会结冰而阻碍气液传输，甚至破坏电池内部微观结构，导致无法正常起动。正是由于其燃料电池的这个特殊性，使得燃料电池汽车的低温冷起动性能测试使用的测试装备、试验和评价方法与传统汽车的都不同。
目前，国内外还没有关于燃料电池汽车整车低温冷起动的直接可用标准，尚处具体标准缺失状态。其它类型车辆或FCV系统的相关标准主要有：GB/T 12535-2007《汽车起动性能试验方法》[1]、GB/T 28382-2012《纯电动乘用车技术条件》[2]、GB/ T 24554-2009《燃料电池发动机性能试验方法》[3]（修订中）、SAE J1635 200210 《SAE Cold Start and Drivability Procedure》[4] 、IEC-05 62282-3-2
00:2015《Fuel cell technologies - Part 3-200 Stationary fuel cell power systems - Performance test methods》[5]等。但这些标准目前都不能满足燃料电池汽车的低温冷起动测试和评价需求。针对这种现状有必要对燃料电池电动汽车的低温冷起动试验方法进行研究，形成适用国内燃料电池汽车技术现状的标准规范。
2 标准的编制原则分析
本标准提出的方法与目前使用的国家和行业标准中规定的方法协调统一、互不交叉，是一种新标准。制定者在充分总结和比较了国内外燃料电池汽车低温冷起动测试结果的基础上，对不同包括加热、吹扫、保温在内的起动策略进行了技术分析，参考了前面提到的几个国内外相关标准的内容进行新标准的制定。新标准对浸车时间、燃料电池汽车低温冷起动状态判断、车辆状态、测试参数、判断指标、测试设备，以及具体测试步骤等方面做了较明确的规定，并通过对不同类型燃料电池电动汽车的技术状况对标准的内容进行了调整及验证，以确保测试的准确性和一致性。
本标准提出的燃料电池电动汽车低温冷起动方法需要适用于以压缩氢气为燃料的燃料电池电动汽车，对不同压力等级、不同动力混合方式、不同控制策略具有同等适用性。该标准给出的方法能为国内燃料电池汽车的低温冷起动性能测试提供指导作用，其克服了传统汽车低温起动试验方法对燃料电池电动汽车的不适用情况，对冷起动过程的能量消耗及氢排放安全性等测试也进行了规定，可以引导燃料电池电动
汽车的先进低温冷起动方法的研发。提出的试验方法充分考虑了不同类型燃料电池汽车的使用环境要求和不同构型及起动策略，具有普遍适用性。
3 标准的主要内容分析
本标准共分为4章，主要内容包括范围、规范性引用文件、术语和定义、具体试验方法、判定依据等主要内容。本标准的试验步骤方面充分参考了GB/T 24554《燃料电池发动机 性能试验方法》[3]修订稿中的一些内容，下面主要对具体试验方法和判定依据方面的内容进行进一步解释说明。
3.1 浸车问题说明
浸车部分主要对车辆SOC、保温功能和浸车时间三大方面进行了具体规定。其中对车辆荷电状态（state of charge, SOC）规定如下：“在第一次浸车开始前，允许按照制造商的规定调整车辆状态及动力
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
蓄电池的SOC，调整后记录SOC状态”。这个对SOC 的调整是将车载动力电池的SOC降到较小的程度，以保证汽车起动时燃料电池堆的输出功率能够达到燃料电池制造商的规定值或者推荐的燃料电池发动机额定功率的5%。
对于具有保温功能的燃料电池汽车，标准中规定“若车辆具有停车保温功能，需要在浸车开始前将该功能关闭”。这条规定主要是考虑到部分车辆采用的燃料电池保温功能措施，在车辆长期低温停放过程中，车辆上的动力电池会由于其保温功能而大量消耗电量，最终失去所谓的保温功能而造成起动困难。这样的话，在其电能耗尽情况下具有保温功能的燃料电池汽车就不能真正反映汽车的低温冷起动性能。在标准制定过程中，对于在低温环境中采取保温措施的汽车，也考虑过采取具体能耗测试以确定和评价其保温所消耗的能量的方法。但采取这种保温方法，一是不利于燃料电池本身低温冷起动技术的发展，二是对不采取保温加热方法的燃料电池汽车的低温冷起动测试也不够公平。最终标准制定方讨论确定采取关闭燃料电池电动汽车的停车保温功能的测试方法。
浸车就是要求燃料电池汽车的温度达到与环境温度一致，以反映汽车在实际的低温环境下长时间停放后的汽车内部温度情况。标准对低温浸车时间规定：当环境温度达到设定温度后开始计时，有效浸车时间至少为12h。车辆在设定的低温环境条件下停车静置足够长的时间，以保证燃料电池汽车的温度与环境温度相同。标准规定低温（0℃以下）浸车时间12h以上指标的提出，是经过了与多家燃料电池汽车企业充分调研的结果。采用至少12h以上的浸车时间能使燃料电池汽车达到充分的浸车状态，也是为了能更加严苛地验证车辆的低温冷起动性能。
另外对于具体低温环境温度的规定，标准只是笼统规定为低温（0℃以下），没有给出具体的低温温度限值。这主要是考虑当前的燃料电池汽车低温冷起动水平差别较大，国际上比较先进的能够达到-30℃，
国内厂家的也有达到这个水平的，但大多数达不到。考虑中国南北环境温差较大的实际情况，具体产品可以根据使用地点的具体其后情况，考虑采用-10℃、-15℃、-20℃等不同温度的低温冷起动方案。在具体试验过程中，具体采用的低温设定温度就由试验厂家和试验机构自行商量确定，并在试验报告中表明具体的低温温度。
另外由于浸车的低温环境仓是一个相对密闭的环境，燃料电池电动汽车本身存在氢气渗透泄漏等实际问题，长时间的浸车可能会使得环境仓内聚集的环境氢气浓度达到安全限值要求。另外对于采取低温吹扫策略防止水结冰的汽车，就必须要监控其排氢造成的浸车环境空气中的氢气浓度，以保证浸车空间的氢气排放安全性。这样综合考虑就对浸车环境必须进行氢气浓度监测，并对氢气排放浓度达到安全限值的汽车终止浸车过程，等解决氢气排放问题后再进行浸车等下一步试验。
3.2 起动成功判定问题说明
本标准中提出的燃料电池汽车低温冷起动性能试验方法，是针对安装在整车上的燃料电池发动机进行的，规定了燃料电池堆以一定功率输出和一定功率输出维持时间。具体要求燃料电池堆的输出功率达到制造商规定值后继续测量10min，如果保持输出功率达不到规定值，则认为本次车辆低温冷起动失败。同时自车辆起动上电操作开始起，需要连续测量并记录燃料电池堆的输出功率、动力电池功率、尾排管口处的氢气浓度；这些测量为了监控发动机在起动过程中相关部件的工作和耗能情况。
3.3 采用两次低温冷起动步骤的原因分析
对于低温冷起动性能试验中，标准规定车辆低温冷起动性能试验步骤中分两次起动，并要求两次起动都成功才算低温冷起动成功。同时对起动不成功的情况进行了规定：如果车辆在至少10min的起动过程中出现故障或燃料电池发动机自动停机，则
认为起动失败，需要重新进行试验。
这种两次起动步骤的制定也是在实际测试过程中发现一些燃料电池电动汽车存在的实际控制策略带来的实际问题。首先第一次起动测试前的浸车过程是在环境仓内从环境温度逐渐下降到设定温度的过程中开始的，而第二次起动测试的浸车过程是在第一次浸车和试验的低温环境基础上进行的。对于这种两种情况，只从设定低温温度上看是相同的，但对于一些控制策略考虑比较详细的燃料电池汽车其起动时间却存在明显差别。造成这个差别的原因主要有：实际中有些车辆的温度传感器能够识别车辆停机时的周围环境温度，整车控制策略会根据这个环境温度来判定采取什么样的应对策略。这样的话，第一次的停机浸车开始时，由于车辆所处的环境温度可能是常温（不是零下的低温），这样车辆可能就会认为外接温度不够低也不会采取低温冷停车的相关应对策略。另外环境舱在较短时间内迅速下降到设定低温的情景，跟车辆的实际使用场景也有较大差别。而第二次低温浸车开始时，由于周围的环境温度还是低温环境（低于零度），车辆可以通过温度传感器识别出这种低温环境情况从而采取相应的策略，这样就更加符合车辆在实际使用环境中遇到的真实低温情况。
在实际验证测试过程中也发现，有些燃料电池电动汽车的第二次低温冷起动过程中，其燃料电池堆的输出功率达到制造商规定值时的所用时间要明显小于第一次起动所用时间。根据这个实际情况，标准中采取了两次起动测试的步骤，这样的规定为了更加准确地反应出燃料电池电动汽车在使用过程中的实际低温冷起动性能，规定的方法也更具有科学性和针对性。
3.4 标准中汽车低温浸车时间确定分析
低温（0℃以下）浸车时间12h以上指标，是经过了与多家燃料电池汽车企业充分调研的结果。12h 以上的浸车时间，才有可能使燃料电池汽车达到充分的浸车状态，也是为了能更加严苛的条件下验证车辆的低温冷起动性能。
4 标准的发展方向分析
本团标的名称是《燃料电池电动汽车低温冷起动试验方法》，而且目前标准内容来看，测试的内容还只是燃料电池发动机这个动力系统的起动情况。在某种意义上讲，本团标给出的测试方法还不能完全代表整车的低温冷起动情况。从GB/ T 12535-2007《汽车起动性能试验方法》[1]规定来看，汽车的低温冷起动测试还应包括汽车的低温起步性能试验。简单来说，车辆的燃料电池发动机起动成功后，还需要进一步验证车辆是否能够顺利起步行驶，这样才是一个完整的燃料电池汽车低温冷起动测试过程。
针对车辆起步行驶测试这个情况，本标准在制定过程中也进行了详细讨论分析，也进行了一些实际测试。也存在燃料电池发动机起动了而车辆不能起步的情况，这主要是由于车辆作为一个整体在低温环境下都要满足低温性能要求。鉴于目前燃料电池电动汽车的特殊情况，在实验室进行车辆的起步测试还需要具备涉氢测试能力的相关设备；但是目前国内还没有能够满足这项测试的具体设备，这样对燃料电池电动汽车的起步测试留在后续标准修订中逐步完善。
5 结 语
通过对燃料电池电动汽车低温冷起动试验方法标准的制定原则、主要测试内容等问题的具体解析，明确试验方法规定的浸车条件、起动步骤和判定标准等内容的制定过程和具体原因，并且指出了标准下一步的改进和发展方向。具体内容为燃料电池电动汽车的低温冷起动测试方法的贯彻执行提供有利的辅助。
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
参考文献
[1] 汽车起动性能试验方法:GB/T 12535-2007[S].北京：中国标准 出版社，2007.
[2] 纯电动乘用车技术条件:GB/T 28382-2012[S]. 北京：中国标准 出版社，2012.
[3] 燃料电池发动机性能试验方法:GB/T 24554-2009[S]. 北京：中 国标准出版社，2009.
[4] J1635 200210.SAE Cold Start and Drivability Procedure[DB/OL]. /content/J1635_200210/,DEC.10,2019.
[5] IEC-05 62282-3-200:2015.Fuel cell technologies-Part 3-200 Stationary fuel cell power systems-Performance test methods[DB/OL]. www.doc88/p-1661725307015.html, DEC.09,2019.
作者简介
郝冬，高工，主要从事电动汽车、燃料电池汽车开发与测试评价。张妍懿，工程师，主要从事电动汽车、燃料电池汽车开发与测试评价。朱凯，工程师，主要从事涉氢实验室安全监控设备及燃料电池汽车测试设备开发。
王晓兵，工程师，主要从事电动汽车、燃料电池汽车测试评价。
王仁广，教授级高工，主要从事新能源汽车技术研究。
陈光，工程师，主要从事新能源汽车性能分析和测评工作。
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
程、人员要求、补录规则、档案扫描、信息校正和管理利用的婚姻登记档案信息补录的全流程、闭环式的整体规范，具有较高的完整性。
5 结 语
大数据时代社会主义治理体系和治理能力现代化建设离不开历史档案信息数据的支撑。应根据尊重历史原则和可录尽录的原则，对婚姻登记档案信息尽快按照统一的档案补录规则标准采集汇总，有助于提升各级政务管理部门的管理水平和服务效率，实现婚姻档案信息数据资源跨层级、跨部门、跨区域和跨行业共享开放，加快“放管服”改革力度提供数据支撑，进一步提高众的获得感及满意度。
参考文献
[1] 个人基本信息分类与代码第2部分：婚姻状况代码:GB/T 2261.2
-2003[S].
[2] 中华人民共和国民政部.民政业务数据共享与交换编码:MZ/T 012 -2014[S].
[3] 中华人民共和国民政部.婚姻登记术语:MZ/T 082-2017[S].
作者简介
石伟，硕士，高级工程师，主要从事系统开发、网络设计、数据管理和安全方面研究，本标准主要起草人。
（上接第179页）
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