燃料电池电动汽车动力性能试验方法

在响应可持续发展与环保需求的背景下，燃料电池电动汽车作为新能源汽车的重要组成部分，其性能标准的制定与完善显得尤为关键。由工业和信息化部主管，全国汽车标准化技术委员会归口，以及国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会的共同批准，我们迎来了燃料电池电动汽车动力性能的新标准：GB/T 26991-2023《燃料电池电动汽车动力性能试验方法》。

此标准不仅进一步完善了燃料电池电动汽车最高车速、爬坡度和加速性能等动力性测试方法，还标志着我国在全球新能源汽车技术标准制定上的重要步伐。它详尽地规定了燃料电池电动汽车在最高车速、爬坡度以及加速性能等关键动力性指标的测试方法，旨在确保这类车辆在性能表现上的可靠性和先进性。通过这些严格的测试和评估，我们不仅可以保证车辆的安全性和效率，还可以推动整个行业的技术创新和市场竞争力。

1  范围

本文件描述了燃料电池电动汽车的加速性能,最高车速及爬坡能力等动力性能的试验方法。

本文件适用于使用压缩氢的M类、N类燃料电池电动汽车(以下简称“车辆”)的动力性测试。

2  规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T 3730.2  道路车辆  质量  词汇和代码

GB/T 12428  客车装载质量计算方法

GB/T 12534  汽车道路试验方法通则

GB/T 12539  汽车爬陡坡试验方法

GB/T12545.1-2008  汽车燃料消耗量试验方法第1部分:乘用车燃料消耗量试验方法

GB/T15089  机动车辆及挂车分类

GB18384  电动汽车安全要求

GB/T 18385  电动汽车动力性能试验方法

GB/T 19596  电动汽车术语

GB/T 19752  混合动力电动汽车  动力性能  试验方法

GB/T 24548  燃料电池电动汽车  术语

GB/T37244  质子交换膜燃料电池汽车用燃料  氢气

3  术语和定义

GB/T 12539、GB/T 15089,GB18384、GB/T18385、GB/T 19596,GB/T 19752和GB/T 24548 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。    

3.1

REESS 模式  rechargeable electrical energy storage system mode

车辆仅由可充电储能系统(REESS)提供能量或动力的行驶模式

3.2

混合模式   hybrid mode

车辆由两种及以上的能量源或动力源同时提供能量或动力的行驶模式

4  试验条件

4.1  环境要求

4.1.1  大气温度及大气压力

大气温度为0℃~40℃;大气压力为 91 kPa~104 kPa。

4.1.2  空气密度

由公式(1)计算得出试验中的空气密度,相对于标准环境的空气密度,其变化不应超过7.5%：

式中：         

4.1.3  风速

对于M,类车辆和最大设计总质量小于2t的N,类车辆,在高于路面0.7m处测量;对于其他车辆,在高于路面1.2m处测量。平均风速应小于3m/s,阵风风速小于5m/s。    

4.1.4  相对湿度

相对湿度小于95%,试验不应在雨天和雾天进行。

4.2  测试设备

试验测量的参数、单位和准确度的要求见表1。

表1 测量参数、单位及准确度

4.3  试验质量与载荷分布

4.3.1  通用要求

进行 30min最高车速试验、最高车速试验和加速性能试验时,车辆应分别按照4.3.2和4.3.3的规定加载;进行4%和12%的爬坡车速试验、最大爬坡度和坡道起步能力试验时,车辆应按照最大允许装载质量(包括测量人员和仪器的质量)加载,载荷分布应均匀,固定牢靠。

4.3.2  M1类车辆和最大设计总质量小于2t的N1类车辆

M1类车辆和最大设计总质量小于2t的N1类车辆按照最大允许装载质量分为如下:

——如果最大允许装载质量小于或等于180kg,该质量为最大允许装载质量;

——如果最大允许装载质量大于180kg且小于或等于360kg,该质量为180kg;     

——如果最大允许装载质量大于360kg,该质量为50%的最大允许装载质量(包括驾驶员     质量和必要的测试设备质量)。    

载荷分布按照GB/T12545.1-2008中6.1.2的规定加载。

4.3.3   M2类、M3类车辆和最大设计总质量不小于2t的N类车辆

除了特殊规定外,适用于M2类、M3类城市客车为最大允许装载质量的65%;其他车辆为最大允许装载质量(包括测量人员和仪器的质量)。M2类、M3类车辆的载荷分布按照GB/T12428的规定,N类车辆的载荷分布按照GB/T12534的规定。

4.4  车辆条件

4.4.1  保持车辆出厂时的外形结构和技术参数。

4.4.2  试验车辆应依据4.3的技术要求加载。

4.4.3  在环境温度下,除最大爬坡度试验外,车辆轮胎气压应符合车辆制造商的规定。进行最大爬坡度试验时,轮胎气压为厂定轮胎在冷状态的充气压力下增加20kPa;轮胎花纹深度应至少在原始花纹深度的75%以上，且胎面良好。

4.4.4  机械运动部件用润滑油黏度应符合制造商的规定。

4.4.5  车上的照明、信号装置以及辅助设备应关闭,除非试验和车辆白天运行对这些装置有要求。

4.4.6  车辆应清洁,对于不影响车辆和驱动系统正常运行的车窗和通风口应通过正常的操作关闭。

4.4.7  根据车辆制造商说明书的要求对传动系统和轮胎进行磨合。

4.4.8  试验前,试验车辆应使用车上燃料电池系统至少行驶300km。

4.4.9  车辆使用的氢燃料应符合GBT37244的规定，

4.5  道路条件

4.5.1  一般条件    

试验应在干燥的直线跑道或环形跑道上进行。路面应坚硬、平整、干净且要有良好的附着系数

4.5.2  直线条件

测量区的长度至少1000m。

加速区应足够长,以便在进入测量区前200m内达到稳定的最高车速。测量区和加速区后200m的纵向坡度均不超过0.5%。加速区的纵向坡度不超过4%。测量区的横向坡度不超过 3%。

为了减少试验误差,试验应在试验跑道的两个方向上进行,尽量使用相同的路径。当条件不允许在两个方向进行试验时,可按照4.5.4进行一个方向的试验。采用单一方向试验时,直线道路纵向坡度应不超过 0.1%。

4.5.3  环形跑道

环形跑道的长度应至少1000m。环形跑道与完整的圆形不同,它由直线部分和近似环形的部分相接而成。弯道的曲率半径应不小于200m。

测量区的纵向坡度不超过0.5%。为计算车速,行驶里程应为车辆被计时所驶过的里程。按附录A确定修正因数,修正因数不应超过5%。如果试验车辆上安装的限速装置或限速功能起作用,则不应用此修正因数。

4.5.4  单一方向试验道路

如果由于试验路面布置特点的原因,车辆不可能在两个方向达到最高车速,允许只在一个方向进行测量,但应满足以下条件:

a)试验跑道应满足4.5.2的要求;

b)风速与试验道路平行方向的风速分量不应超过2m/s。

4.5.5  试验坡道    

道路如图1所示,测试路段坡道长度不小于20m,测试路段的前后设有渐变路段,坡前平直路段长度不小于8m,坡道路面应表面平整、坚实、干燥、坡度均匀、具有良好附着性能。

测试路段的纵向坡度变化率不大于0.1%,横向坡度不大于3%。

5  试验车辆准备

5.1  加氢

按照车辆制造商规定的加氢规程,加注氢气。

5.2  常规REESS 电量调节

为使车辆上的燃料电池系统正常工作,避免试验过程中仅REESS工作的情况,试验前,按照以下程序对REESS进行电量调节。

a) 试验开始之前,确认并记录车辆的REESS的额定容量C0按照厂家规定的要求对车辆的REESS进行电量调节,使REESS的荷电状态(SOC)区间为30%~70%。

b) 按照7.2进行30min最高车速试验,从整车起动开始采样,直至试验结束。采集参数应包括REESS电流IREES(A)。记录试验过程中REESS容量变化的最大值Cmax。

c) 以Cmax±0.1C0区间作为REESS的设定容量消耗区间,即当次后续各项动力性能试验开始前的REESS目标设定状态区间,当次试验过程中不应中断数据采集。

d) 若试验需要中断或者数据采集中断,后续进行动力性能试验前,需要重新按照上述b)、c)进行试验和数据采集,确定后续各项动力性能试验开始前的REESS目标设定状态区间,再进行后续动力性能试验。

e) 选做厂家推荐的驾驶模式下的最高车速、加速能力试验时,可按照厂家的要求对车辆的REESS 进行电量调节。

5.3  预热

即将进行试验前,对会影响试验结果的车辆系统、部件进行预热以达到制造商设定的稳定温度条件。

6  试验项目

6.1  试验项目安排

针对可外接充电式和不可外接充电式车辆,在试验项目上有如下安排:

a) 针对不可外接充电式车辆,仅需要进行表2规定的混合模式的试验项目;

b) 针对可外接充电式车辆,需要进行表2规定的混合模式的试验项目。根据情况,可选做REESS模式下的试验项目。

6.2  驾驶模式设定    

在混合模式中,若车辆有多种驾驶模式(如智能模式、运动模式等):如果车辆有主模式(或者默认模式),应在主模式(或者默认模式)下进行;如果车辆没有主模式(或者默认模式),应选择车辆制造商推荐的驾驶模式进行,在记录中注明。

根据厂家需求,可增加选做表2中厂家推荐的驾驶模式下的最高车速、加速能力试验,可按照厂家的要求对车辆的REESS进行电量调节。如果该车有REESS模式,并能按照GB/T18385的要求进行试验,则可选做REESS模式下的动力性能试验;否则试验车辆可不做REESS模式下的动力性能试验或者减去不应做的项目。

7  试验方法

7.1  最高车速试验

7.1.1  标准试验程序(双方向试验)

标准试验程序如下。

a) 将试验车辆加载到试验质量(见4.3),增加的载荷应合理分布。

b) 按第5章的规定对车辆进行准备。

c) 为了减少道路坡度和风向(风速)等因素造成的影响,依次从试验道路的两个方向进行试验,尽量使用道路的相同路径,两次测试应连续进行。

d) 在符合4.5.2要求的试验道路上将试验车辆加速,使汽车在驶入测量区之前能够达到最高稳定车速并稳定行驶1 000m,保持这个车速持续行驶通过设定的测量长度。试验中车辆行驶速度变化率不应超过2%,记录车辆的通过时间ti。

e) 随即进行反方向的试验,往返方向上的试验次数应相同且不少于1次,并记录每次通过的时间ti; ti的变化率不应超过3%。

f) 按公式(2)计算试验结果:

式中：

v——最高车速,单位为千米每小时(km/h);

l——测量道路长度,单位为米(m);

t——往返方向试验所测通过时间，的算术平均值,单位为秒(s)。

7.1.2  单一方向试验程序

单一方向试验程序如下。

a) 将试验车辆加载到试验质量(见4.3),增加的载荷应合理分布。

b) 按第5章的规定对车辆进行准备。

c) 由于试验道路的自身特性,车辆不能从两个方向达到其最高车速,允许只在一个方向进行试验。其道路特征应满足4.5.1和4.5.2的要求。

试验过程中的平均风速在车辆行驶方向的水平分量不超过士2m/s。

试验按照 7.1.1d)进行,连续重复进行5次,记录每次试验通过时间ti, ti的变化率不应超过 3%。

考虑风速影响,每次试验的最高车速vi应按公式(3)、公式(4)、公式(5)修正,如果风的水平分量与车辆行驶方向相反,则选择“十”号,否则选择“一”号。

式中：    

7.1.3  环形道路上的最高车速试验程序

环形道路上的最高车速试验程序如下。

a) 将试验车辆加载到试验质量(见4.3),增加的载荷应合理分布。

b) 按第5章的规定对车辆进行准备。

c) 在环形跑道上标记测量的起始和终止点(同一点)。

d) 汽车在环形跑道上加速至最高车速后稳定行驶至少200m,在经过标记的起始点时开始测d)量,保持最高车速行驶至终止点结束测量,至少行驶三次,记录汽车行驶一整圈所用时间及测量期间的行驶距离。

e) 行驶过程中不对方向盘施加任何用来修正方向的动作,每次的测量时间差异不应超过3%。

f) 按下列公式计算最高车速。

用环形道路测量最高车速,需采用经验因数修正速度,尤其要考虑环形道路离心力的影响以及随之发生的汽车方向的变化,计算方法见公式(9):

7.2  30 min 最高车速试验

30 min最高车速试验可在环形跑道上进行,试验程序如下。

a) 将试验车辆加载到试验质量(见4.3),增加的载荷应合理分布。

b) 使试验车辆以该车30 min最高车速估计值士5%的车速行驶30 min。试验中车速如有变化,可通过踩加速踏板来补偿,从而使车速符合30 min最高车速估计值士5%的要求。

c) 如果试验中车速达不到30 min最高车速估计值的95%,试验应重做,车速可以是上述30 min最高车速估计值或者是制造商重新估计的30 min最高车速。

d) 测量车辆驶过的里程S­,，并按公式(10)计算平均30 min最高车速。

7.3  加速能力试验

7.3.1  加速能力试验程序

7.3.1.1  原地起步加速性能试验

原地起步加速性能试验程序如下。

a) 将试验车辆加载到试验质量(见4.3),增加的载荷应合理分布。   

b) 按第5章的规定对车辆进行准备。

c) 在驱动电机处于通电的情况下,踩下制动器,将变速器置于前进挡,车辆从静止状态全力踩下加速踏板,应在车轮滑转最小的情况下使车辆达到最大加速性能,当车辆运动时触发记录装置。

d) 从静止状态,全力踩下加速踏板,加速到100km/h(如果最高车速的90%达不到100km/h,应d)取最高车速的90%向下圆整到5的整数倍的车速作为试验终了车速)。记录每次试验过程中的车速、加速时间和加速距离。

e) 从静止状态,全力踩下加速踏板加速通过400m的距离,记录每次试验过程中的车速、加速时间。

7.3.1.2  超越加速性能试验

超越加速性能试验程序如下。

a) 将试验车辆加载到试验质量(见4.3),增加的载荷应合理分布。

b) 按第5章的规定对车辆进行准备。

c) 试验前,车辆加速到规定的起始车速向下2km/h范围内保持匀速行驶至少2s,当车速达到规定的起始车速时触发记录装置。

d) 车辆从规定的起始车速全力踩下加速踏板加速到100km/h(如果最高车速的90%达不到100km/h，应取最高车速的90%向下圆整到5的整数倍的车速作为试验终了车速)。记录每次试验过程中的车速、加速时间和加速距离。

——M1类、N1类车辆的起始车速:50km/h、60 km/h。

——M1类、N1类以外的最高车速不大于70km/h的燃料电池电动汽车的起始车速30 km/h。

——M1类、N1类以外的最高车速大于70km/h的燃料电池电动汽车的起始车速:60km/h。

7.3.2  一般要求

7.3.2.1  每项试验应往返进行,每个方向至少进行3次。若一次试验发生问题,则该往返试验均应重做。

7.3.2.2  每项试验取所有有效数据的算术平均值作为试验的最终结果。

7.3.3  数据处理

7.3.3.1  数据计算

按照公式(11)、公式(12)、公式(13)计算所有有效试验数据的算术平均值、标准偏差和变化系数(标准偏差/算术平均值):

7.3.3.2  数据验证

原地起步加速性能试验,变化系数不应大于3%;

超越加速性能试验,变化系数不应大于6%。

7.4  爬坡车速试验(M,类、M类、N，类以外的燃料电池电动汽车可不做此项)爬坡车速试验程序如下。  

a)  将试验车辆加载到最大设计总质量,增加的载荷应合理分布。或将试验车辆空载状态置于底盘测功机,通过底盘测功机模拟车辆最大设计总质量进行测试。

b)  将试验车辆置于测功机上,并对测功机进行必要的调整,使其模拟试验车辆最大设计总质量值进行测试。

c)  调整测功机使其增加一个相当于4%坡度的附加载荷。

d)  将加速踏板踩到底使试验车辆加速或使用适当变速挡位使车辆加速。

e)  确定试验车辆能达到并能持续行驶1km的最高稳定车速,试验中车辆行驶速度变化不应超过2%,同时记录持续行驶1km的时间。

f)  调整测功机使其增加一个相当于12%坡度的附加载荷。

g)  重复上述d)、e）的试验。

h） 试验完成后,停车检查各部位有无异常现象发生,并详细记录。

I） 按公式(14)计算试验结果: 

7.5  最大爬坡度试验

最大爬坡度试验程序如下。

a) 将试验车辆加载到最大设计总质量,增加的载荷应合理分布。

b) 试验在大于40%的坡道上进行时,应设置安全保险装置。

c) 将汽车停于接近坡道区域的平直路线段上。   

d) 如制造商有特殊规定的爬坡挡位,汽车挡位置于制造商规定的挡位;如无特殊规定的挡位,汽车挡位置于D挡,全驱车使用全轮驱动。

e) 起步后将全力踩下加速踏板,在测试路段采集汽车的车速变化数据,爬坡中车速不断升高或趋于稳定通过测试路段,则爬坡成功并记录平均车速:爬至坡顶后,停车检查各部位有无异常现象发生。

f) 如果第一次爬坡失败,可重做一次试验,总共不应超过两次,第二次爬坡在记录报告中应特别说明:如果试验再次失败,制造商应重新计算最大爬坡度。

g) 牵引车做最大爬坡度试验时,应在制造商规定的牵引条件和坡道上进行。

h) 若没有制造商规定坡度的坡道,可通过增加质量Δm进行试验,按公式(15)计算需增加的质量Δm。

7.6  坡道起步能力试验    

坡道起步能力试验程序如下。

a) 将试验车辆加载到最大设计总质量,增加的载荷应合理分布。

b) 坡道起步能力应在有一定坡度角a2的道路上进行。该坡度角a2为制造厂规定的坡度角。

c) 若没有制造商规定坡度的坡道,可通过增加质量Δm进行试验,按公式(17)计算需增加的质量Δm, Δm应均布于乘客室和货箱中。

d) 选定的坡道中段设置至少10m的测量区,测量区前应提供起步区,起步区与测量区的坡度应相同。

e) 试验车辆爬坡至起步区,靠车辆自身制动系统稳定地停在坡道上,将挡位放置在P挡或N挡,静止 2 min。

f) 将汽车挡位置于D挡、最低挡或制造商规定的爬坡挡位,全驱车使用全轮驱动,全力踩下加速踏板,车速应不断增加或趋于稳定地向上通过测量区,车辆起步时不应出现驾驶员无法控制的明显的溜坡现象。