车用燃料电池系统测试标准法规现状及展望

杨沄芃

(中国汽车技术研究中心有限公司, 天津 300300)

目前，全世界能源结构、环境污染等问题已经成为人类最为关心的研究课题之一[1]。燃料电池汽车(fuel cell vehicle，FCV)作为我国能源结构调整的重要一环，是我国未来能源技术的重要发展方向。丰田、本田等外国车企很早便推出了自己的燃料电池汽车[2]，而我国的上汽、宇通等企业近年来也陆续开发了燃料电池汽车[3]。作为燃料电池汽车的动力核心，燃料电池系统的测试标准及测试方法对燃料电池汽车产业的发展具有重要意义。

1 国内外车用燃料电池系统相关标准法规

美国、日本和欧洲等地区一直在燃料电池汽车技术领域领跑,先后制定了多项法规或标准[4]，如SAE J2615—2011《汽车用燃料电池系统测试性能》[5]和SAE J2617—2011《汽车应用的PEM燃料电池组子系统试验性能的推荐规程》[6]，IEC 62282-2—2012《燃料电池技术 第2部分 燃料电池模块》[7]，以及联合国车辆法规协调论坛(UN/WP29)制定的GTR 13《氢和燃料电池全球技术性法规》[8]等。

我国燃料电池标准化工作时间不长，由全国汽车标准化技术委员会电动车辆分委会组织，正在积极开展相关工作。

1.1 燃料电池系统性能相关标准法规现状

在燃料电池系统性能方面，我国现行的标准主要为GB/T 24554—2009《燃料电池发动机性能试验方法》[9]。该标准主要考核燃料电池系统的启动特性试验、额定功率试验、峰值功率试验、动态响应特性试验和稳态特性试验等基本特性。GB/T 24554—2009及与其对应的美国标准SAE J2615—2011，都提出了较为完整的燃料电池系统性能测评体系。

与GB/T 24554—2009相比，SAE J2615—2011在燃料电池系统包含的范围、燃料电池术语的定义及测试步骤等方面作出了更加详细明确的规定。目前，我国已经在考虑对GB/T 24554这一标准进行修改完善。

1.2 燃料电池系统安全性相关标准法规现状

由于燃料电池具有易燃易爆以及高压电等潜在风险，因此制定燃料电池系统安全性相关标准十分重要。我国GB/T 24549—2009《燃料电池电动汽车 安全要求》[10]对燃料电池系统的安全检测项目包括了供氢容器及管路、加氢口、发生意外或故障时紧急排气功能和电安全等。

与之相对应的国际标准GTR 13主要是确保燃料电池汽车能达到传统汽车的安全级别，避免乘车人员受到氢气爆燃、电击等危险，同时也对汽车损坏后对乘员的安全保护提出了要求。对比发现，我国安全性标准主要针对的是高压气态储氢的情况，而没有考虑液态储氢的情况，这一点也与我国发展的实际情况有关。

1.3 燃料电池系统可靠性相关标准法规现状

GB/T 33978—2017《道路车辆用质子交换膜燃料电池模块》[11]是财务部、工信部、科技部和发改委在2018年联合发布的《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》中明确指出的测试标准。该项标准主要考核燃料电池系统的可靠性，具体测试内容包括：高/低温存储试验、气体泄漏试验、正常运行试验和电磁兼容试验等。

国际标准IEC 62282-2—2012规定了燃料电池模块的安全性和性能的最低要求，考核不同环境条件和不同运行条件对燃料电池模块安全性的影响，与 GB/T 33978—2017相比，其适用范围更广，可适用于碱性燃料电池、聚合物电解质燃料电池和固体氧化物燃料电池等，且包含了如燃料饥饿测试等极端条件的检测。而GB/T 33978—2017则包含了电磁兼容和防尘防水等IEC 62282-2—2012不具备的检测项目。

2 未来燃料电池系统测评的展望

针对燃料电池系统的测评，我国的相关标准正在积极修订中。从上述几个标准可以看出，目前燃料电池系统的测试主要围绕额定功率和变载响应能力等性能指标，这也是整车企业最为关注的一点。在2018年的补贴政策中加入了对高/低温存储的要求，也就是考核了燃料电池系统可靠性。从燃料电池汽车发展的趋势和相关标准的要求来看，针对燃料电池系统的考核越来越严格，测评重点由最初的“能用”向未来的“好用”转变。针对未来在燃料电池系统的测评体系中可能出现的测评重点，提出以下几点展望：

1) 辅助系统测评。一个完整的车用燃料电池系统中，除了燃料电池堆外，还应包括许多辅助部件。通常辅助系统的功耗占到燃料电池系统的5%～15%，降低辅助系统的功耗对提高燃料电池系统的整体效率是十分有益的。辅助系统主要包括了空压机、氢气循环泵、电控单元和增湿器等，其中空压机的功耗最高。未来应增加对空压机性能、功耗和含油量的测试。

2) 低温冷启动测评。由于燃料电池工作时有大量的水存在，冷启动成为了燃料电池特有的一个技术难点。从国家的补贴政策来看，已经由最初的额定功率的要求，上升到温度存储的要求，下一阶段很有可能加入对低温冷启动的技术要求。现行的国家标准中，可按照GB/T 33979—2017《质子交换膜燃料电池发电系统低温特性测试方法》[12]进行低温冷启动测试。

3) 燃料利用率测评。燃料电池与传统内燃机相比，最大的优势之一就是具有远远高于内燃机的效率，若使用氢的低热值来计算燃料电池效率，其理论最大值将高达94.5%，而目前我国的标准中尚未加入燃料利用率的测评。因此，为体现燃料电池的高效率优势，检测燃料利用率是十分必要的。在实际测试过程中，燃料利用率可由理论氢气用量与实际氢气用量的比值求得。计算实际氢气用量需要采集进堆氢气量和尾排氢气量，理论氢气用量可根据法拉第定律求得。

4) 耐久性测评。目前我国对于燃料电池系统的性能和可靠性都已经有了相关的国家标准，但是对于耐久性的检测还没有提出明确要求。美国能源部制定的可满足正常使用要求的2020年目标为5 000 h。现阶段国产的燃料电池系统距这一目标仍有差距，且运行一段时间后性能衰减也较为严重。为了满足车用要求，燃料电池系统增加耐久性测试应是势在必行，且可以考虑使用车用工况进行循环测试。

3 结束语

本文介绍了我国主要的车用燃料电池系统的测试标准,对比分析了国内外现行标准的差异,提出了在测试项目中增加燃料电池系统的辅助系统、燃料利用率、低温冷启动和耐久性测试的建议，有利于推动我国燃料电池汽车的发展。