■ 郭 婷1,2 徐 月1 王国卓1,2 吴诗雨1,2 王志军1,2 付 旺1,2 王 芳1*〔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：本文针对燃料电池汽车在实车使用场景下的故障情况特征进行对比分析，从结构特征、运行场景等进行分析，总结归纳燃料电池汽车的故障特征并进行分类。首先通过分析现阶段故障标准的现状，给予清晰的解析；其次分析基于燃料电池结构特征的故障类型，阐述其特征；最后，提出燃料电池汽车故障分类的方法和指标。
关键词：燃料电池，故障分类，标准方法
DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.17.029
Advice and Methods of Classifi cation of Fuel Cell Vehicle Faults
GUO Ting1,2 XU Yue1 WANG Guo-zhuo1,2 WU Shi-yu1,2
WANG Zhi-jun1,2 FU Wang1,2 WANG Fang1*
（1. China Automobile Technology and Research Center Co., Ltd.; 2. CATARC Automotive Inspection Center Co., Ltd.,
Tianjin）
Abstract:This paper compares and analyzes the fault characteristics of fuel cell vehicles in real vehicle use scenarios from the aspects of structural characteristics, operation scenarios, etc., and summarizes and classifi es the fault characteristics of fuel cell vehicles. The paper analyzes the current status of standards for fault, elaborates the characteristics of fault types based on the structural characteristics of fuel cells, and puts forward, the methods and indicators of fuel cell vehicle fault classifi cation.
Keywords: fuel cell, fault classifi cation, standard method
0 引 言
我国燃料电池汽车发展迅速，目前全球保有量已经排名前列，在大规模示范运行期间，燃料电池汽车的可靠性和耐久性尤为重要，也出现一些基于结构特征的故障模式[1-4]。作为未来汽车发展的重要方向，零故障已经成为各大汽车厂家关注的目标，也是提升燃料电池汽车商业化和市场化的重要因素。
截至目前，我国针对现有汽车的特征对汽车故障的分类要求等相关标准进行制定和修订，现有的故障类
标准已经无法覆盖燃料电池汽车的车型，对于整车类、轴耦合类等相关标准体系，将燃料电池作为重要一部分对其进行新的制定和修订，同时明确燃料电池汽车的故障分类准则，有助于其全面商业化的推动。
基金项目：本文受国家重点研发计划项目“基于中德合作的燃料电池汽车测试评价技术”（项目编号：2022YFE0103100）资助。
郭婷，徐月，王国卓等：燃料电池汽车故障分类的方法建议
为了更好地提升燃料电池汽车的可靠性，明确其故障的分类方法和关键技术指标，本文充分结合了燃料电池汽车的结构特征和行业的技术发展水平，从燃料电池汽车的故障分类入手，基于燃料电池运行的数据统计和分析，重点提出燃料电池汽车典型的故障分类特征和模式。
1 故障分类的标准现状
1.1 国家标准现状
我国很早就针对汽车的故障类型进行要求和规范，但是大多数的标准是20世纪制定的。经过多年的发展，汽车已经逐渐走向智能化、电动化，以前的标准已经不能满足现阶段的使用需求，特别是针对燃料电池汽车一些特殊的部件。已经修订和制定的故障类标准如表1所示。
1.2 燃料电池汽车故障特征
燃料电池汽车具备燃料电池系统和车载氢系统两大基本特征，这些系统结构复杂，出现故障的概率较大，且经验积累较少，需要重新进行分类和划分。如燃料电池系统包括燃料电池堆、空压机、氢气循环泵等各种类型的电子器件，车载氢系统涉及高压的阀件和各类通信等相关的问题。为了更好地界定和明确这类故障，本文收集了大量在五大示范城市车辆的故障信息，并实际进行社会路面和试验场路面的测试收集，总结和分类多类型的故障，为标准的制定明确了更好的方案。2 燃料电池汽车故障分类的方法研究
燃料电池汽车最关键的结构就是燃料电池系统和车载氢系统。燃料电池系统由氢气供应系统、空气供应系统、水热管理模块、燃料电池模块、控制系统、支架管路及线束等多个子系统构成。车载氢系统包括储氢容器、压力释放阀、压力调节器、单向阀、过流保护阀、主关断阀以及氢气加注口等。这两个特殊
的结构会导致在实际车辆运行过程中出现不同的故障模式。为了更好地促进燃料电池汽车的商业化发展，本文收集了目前燃料电池汽车在五大示范城市的故障数据以及实车在社会路面和试验场的故障数据，进行总结分析。
2.1 故障的影响因素
根据影响燃料电池汽车的故障因素划分：由电子器件的电磁干扰、静电、供电不稳等原因造成的故障称之为电气故障；由本身的传感器、电磁阀件、水泵等造成的故障称之为设备故障；由汽车运行工况如振动、机械碰撞导致的故障叫作机械故障；由于高低温高原环境等对燃料电池汽车造成的影响，如低温漏液、催化剂失效、动力功率限制等称之为环境故障。另外还有一些诸如操作人员的不当导致的故障被认为是主观故障。
2.2 故障的分类方法
根据危害燃料电池汽车的运行程度，将故障分为四类，即一类故障、二类故障、三类故障和四类故障。一类故障定义为已经严重影响燃料电池汽车的运行，对车身和人员的安全没有保障，会造成车辆的紧急停机等问题，也称为致命故障。二类故障一般指影响燃料系统和动力系统的正常运行，车辆的关键性能明显下降等问题，称为严重故障。三类故障一般指非主要零部件的问题且该问题能在短时间内解决，也叫一般故障。四类故障基本指不影响车辆行驶，不更换零部件而影响司机驾驶体验的故障，也叫轻微故
障。
郭婷，徐月，王国卓等：燃料电池汽车故障分类的方法建议
2.3 故障的功能分类
除燃料电池汽车自身的特征会出现一系列故障以外，还有些故障是燃油车和电动车共性的问题，为了更好地与所有类型的车型协同，目前故障类标准的框架主要从动力系统、能量系统、传动系统、制动系统、转向系统等十余项功能分类，如表2所示。2.4 故障的等级分类
通过现阶段数据的总结分析，将故障等级如表3进行划分。
2.5 性能失效的分类
对于所有的车型来说，随着车辆运行的开展，整车的关键性能会随着运行里程的增加而降低，如加速动力性能、氢耗经济性能、电池使用性能等，
表3 燃料电池汽车的故障划分
郭婷，徐月，王国卓等：燃料电池汽车故障分类的方法建议
从而无法满足消费者的使用需求。为了更好地推动实现汽车质量强国的发展目标，对整车的可靠性也需要通过故障的分类进行鉴别和要求，对于造成整车主要性能明显下降的可以判定为严重故障即二类故障。基于燃料电池汽车的运行特点，总结四点需要进行监控的性能，用于评价燃料电池汽车的质量性能和下降指标，如表4所示。
3 结 语
在燃料电池汽车快速发展的同时，也需要对其可靠性进行一定的要求。本文先对目前整车类故障标准进行现状分析，然后通过大数据统计和处理，将燃料电池的分类原则和故障特征进行阐述，最后对燃料电池汽车出现的一系列故障进行等级分类，并提出性能失效分类，以期为厂家在生产过程中明确研发和使用要求，更好地为燃料电池汽车的行业作出贡献。
参考文献
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作者简介
郭婷，博士，高级工程师，研究方向为燃料电池测试评价技术。
（责任编辑：袁文静）
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