軌道車輛燃料電池混合動力系統(tǒng)性能

PAGEPAGE8軌道車輛燃料電池混合動力系統(tǒng)性能測試方法范圍本文件規(guī)定了軌道車輛用燃料電池混合動力系統(tǒng)范圍、性能測試相關(guān)的術(shù)語和定義、測試環(huán)境要求以及測試方法等。本文件適用于軌道車輛用燃料電池混合動力系統(tǒng)實驗室狀態(tài)下性能測試，非軌道車輛用燃料電池混合動力系統(tǒng)性能測試可參考執(zhí)行。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T18386.1-2021電動汽車能量消耗量和續(xù)駛里程試驗方法第1部分：輕型汽車GB/T19752-2005混合動力電動汽車動力性能試驗方法GB/T24548-2009燃料電池電動汽車術(shù)語GB/T24549-2020燃料電池電動汽車安全要求GB/T24554-2022燃料電池發(fā)動機性能試驗方法GB/T29843-2013直流電子負(fù)載通用規(guī)范GB/T31486-2015 電動汽車用動力蓄電池電性能要求及測試方法術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。燃料電池混合動力系統(tǒng)hybridsystem由燃料電池、儲能裝置、電力變換裝置、儲氫裝置構(gòu)成，并以能量控制單元管理對外輸出、為車輛提供動力的供電的系統(tǒng)。混合動力模式hybridmode混合動力系統(tǒng)由燃料電池、儲能裝置等所有的車載動力系統(tǒng)根據(jù)管理邏輯（整車控制策略）參與車輛驅(qū)動的一種工作模式。能量控制單元EnergyControlUnit負(fù)責(zé)控制氫燃料電池混合動力系統(tǒng)中的儲氫系統(tǒng)、燃料電池、電力變換裝置的運行，并根據(jù)能量管理策略控制氫燃料電池輸出功率，聯(lián)合儲能系統(tǒng)為整車運行提供混合動力?；旌蟿恿δＪ狡饎悠骄铀俣萢veragestartingaccelerationinhybridmode由車輛制造商給定，并按照9.1規(guī)定的程序驗證合格的平均加速度值。純儲能模式pureenergystoragemode混合動力系統(tǒng)僅有儲能裝置驅(qū)動車輛行駛的一種工作模式。部分動力模式partialdynamicmode混合動力系統(tǒng)部分或全部燃料電池或儲能裝置無法提供動力，車輛以能夠以正常狀態(tài)的動力裝置驅(qū)動車輛行駛時的一種工作模式，該工作模式的具體形式由車輛制造商確定并提供給用戶。試驗原則如果試驗用混合動力系統(tǒng)具有純儲能模式，并能夠按照GB/T31486的要求進行動力性能試驗，則進行混合動力系統(tǒng)在純儲能模式下續(xù)航里程試驗，否則，試驗系統(tǒng)可以不做純儲能模式試驗項目；如試驗用混合動力系統(tǒng)具有部分動力工作模式，則根據(jù)車輛制造商指定的具體形式，按本標(biāo)準(zhǔn)9.4進行試驗。測試參數(shù)、單位及準(zhǔn)確度表1規(guī)定了測量的參數(shù)、單位及準(zhǔn)確度表1測量的參數(shù)、單位及準(zhǔn)確度測量參數(shù)單位準(zhǔn)確度分辨率時間s±0.10.1溫度℃±0.1%1壓力kPa±0.3%FS0.001電壓V±0.3%FSDa或±1%rdgb0.1電流A±0.3%FSD或±1%rdg0.1濕度-±0.3%-質(zhì)量流量g/s≦1.0%FSD-AFSD:滿量程；brdg:讀數(shù)；試驗條件實驗室環(huán)境條件混合動力系統(tǒng)測試應(yīng)在下面指定的條件下進行：a）溫度：20℃±15℃；b）濕度：65%±20%相對濕度；c）壓力：91-106KPa。如果環(huán)境條件與上述要求有差異，需對實際測試環(huán)境進行記錄。氫氣質(zhì)量要求氫氣質(zhì)量應(yīng)符合GB/T37244規(guī)定的質(zhì)子交換膜燃料電池用氫氣要求。功率控制設(shè)備實驗室應(yīng)具備混合動力系統(tǒng)發(fā)電功率消耗，以及模擬車輛制動能量饋電的功率裝置?？上陌l(fā)電功率最大值，不低于混合動力系統(tǒng)的最大功率輸出值；模擬車輛制動能量饋電功率，不低于車輛最大制動功率。功率裝置宜采用饋網(wǎng)式電子負(fù)載，符合GB/T29843要求。試驗準(zhǔn)備充電常規(guī)充電應(yīng)使用儲能裝置制造廠家推薦的充電機進行充電，充電時環(huán)境溫度應(yīng)保持在20℃~30℃。充電結(jié)束的判斷當(dāng)儲能裝置的SOC達到混合動力車輛制造商指定的數(shù)值時，認(rèn)為充電過程結(jié)束。充氫試驗時，若燃料電池采用車載供氫系統(tǒng)提供氫氣，應(yīng)按照儲氫系統(tǒng)廠家的要求將氫氣充至合適的工作壓力；若采用實驗室供氣管路供氫，應(yīng)確保供氣壓力在燃料電池允許工作壓力范圍內(nèi)。預(yù)處理試驗系統(tǒng)應(yīng)在混合動力模式下，按照軌道車輛集成商指定的啟動-加速-勻速運行-制動-停機循環(huán)對應(yīng)的功率曲線，持續(xù)運行30分鐘以上，保證混合動力系統(tǒng)正式測試前功能正常。試驗程序試驗程序應(yīng)滿足表2的要求。表2試驗程序順序試驗方法試驗準(zhǔn)備或項目模式準(zhǔn)備階段7.1充電-7.2充氫-第一階段7.3預(yù)處理混合模式9.1混合動力模式起動加速度驗證試驗混合模式9.2混合動力模式續(xù)航里程試驗混合模式第二階段7.1充電-9.3純儲能模式續(xù)航里程試驗純儲能模式第三階段7.1充電-7.2充氫-9.4部分動力模式切換試驗部分動力模式試驗方法混合動力模式起動加速度驗證試驗測試方法混合動力模式起動加速度驗證試驗執(zhí)行步驟如下：1）采用車輛制造商提供的牽引電機速度-功率特性曲線，并根據(jù)目標(biāo)車型牽引電機數(shù)量，得到總體時間-功率特性曲線；2）將時間-功率曲線輸入至功率控制設(shè)備；3）啟動混合動力系統(tǒng)，并在怠速工況運行3min；4）由功率控制設(shè)備向混合動力系統(tǒng)能量控制器發(fā)送功率需能量求值，能量控制系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)功率值控制混合動力系統(tǒng)功率輸出，直至完成全部功率曲線。實驗過程中混合動力系統(tǒng)不允許有人為干預(yù)，混合動力系統(tǒng)所有部件均正常，未出現(xiàn)故障引起的停機。測試記錄記錄燃料電池、儲能裝置、負(fù)載控制裝置的電壓、電流。測試結(jié)果將計算得到的負(fù)載功率與燃料電池+儲能裝置的總輸出功率曲線繪制在一起，若在所有功率點總功率與負(fù)載功率標(biāo)準(zhǔn)差小于5%，則認(rèn)為混合動力系統(tǒng)啟動加速度符合車輛給定的啟動加速度數(shù)值?；旌蟿恿δＪ嚼m(xù)航里程試驗?zāi)M線路續(xù)航里程測試測試方法若燃料電池采用車載供氫系統(tǒng)提供氫氣，應(yīng)按照儲氫系統(tǒng)廠家的要求將氫氣充至最高工作壓力；若燃料電池采用實驗室供氣管路供氫，則實驗過程總供氫量為車載儲氫系統(tǒng)有效儲氫量，該數(shù)值可由制造商根據(jù)根據(jù)車載儲氫系統(tǒng)的設(shè)置計算得到，并提供相應(yīng)的計算依據(jù)。具體測試步驟如下：采用車輛制造商提供的模擬線路時間-功率特性曲線，并將時間-功率曲線輸入至功率控制設(shè)備：啟動混合動力系統(tǒng)，并在怠速工況運行3min；由功率控制設(shè)備向混合動力系統(tǒng)能量控制器發(fā)送功率需能量求值，能量控制系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)功率值控制混合動力系統(tǒng)功率輸出；循環(huán)進行上述實驗，直至車載儲氫系統(tǒng)供氫壓力降至最小工作壓力，或?qū)嶒炇夜苈房偣淞窟_到預(yù)設(shè)值，停止測試。實驗過程中混合動力系統(tǒng)不允許有人為干預(yù)，混合動力系統(tǒng)所有部件均正常，未出現(xiàn)故障引起的停機。測試記錄記錄燃料電池、儲能裝置、負(fù)載控制裝置的電壓、電流，母線電壓，儲氫瓶工作壓力、溫度，氫氣質(zhì)量流量，測試循環(huán)數(shù)量，測試持續(xù)時間。測試結(jié)果根據(jù)測試循環(huán)和里程的對應(yīng)關(guān)系，計算得到總運行里程數(shù)，得到車輛續(xù)航里程；根據(jù)測量和計算得到的氫氣消耗量，得到車輛每公里消氫量；測試過程中，混合動力系統(tǒng)總功率與負(fù)載功率曲線標(biāo)準(zhǔn)差不超過5%；母線電壓波動范圍不超過車輛制造商指定的區(qū)間。標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)續(xù)航里程測試測試方法若車輛制造商無法或無需提供模擬線路信息，可按本標(biāo)準(zhǔn)提供的標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)進行續(xù)航里程測試。若燃料電池采用車載供氫系統(tǒng)提供氫氣，需按照儲氫系統(tǒng)廠家的要求將氫氣充至最高工作壓力；若燃料電池采用實驗室供氣管路供氫，則實驗過程總供氫量為車載儲氫系統(tǒng)有效儲氫量，該數(shù)值可由制造商根據(jù)根據(jù)車頂儲氫系統(tǒng)的設(shè)置計算得到，并提供相應(yīng)的計算依據(jù)。具體測試步驟如下：按以下方法確定標(biāo)準(zhǔn)測試循環(huán)：包含啟動加速、勻速運行、制動減速、站內(nèi)停車四個階段：停車-啟動加速階段，對應(yīng)時間為S1~S2，試驗功率點怠速功率P3按照9.1.1的方法加載至最高速勻速運行功率P2，期間經(jīng)過系統(tǒng)最大功率點P1；勻速運行階段，對應(yīng)時間為S2~S3，混合動力系統(tǒng)以恒功率P2持續(xù)運行，持續(xù)時間由車輛制造商根據(jù)目標(biāo)車型指定，并將該數(shù)值一并發(fā)布給用戶；制動減速階段，對應(yīng)的時間為S3~S4，混合動力系統(tǒng)按照車輛制造商提供的牽引電機制動時的時間-功率曲線，由功率P2減載至功率P4；站內(nèi)停車階段，對應(yīng)的時間為S4~S5，混合動力系統(tǒng)以P3功率對外輸出，持續(xù)時間由車輛制造商根據(jù)目標(biāo)車型指定，并將該數(shù)值一并發(fā)布給用戶。典型的標(biāo)準(zhǔn)測試循環(huán)如圖1所示：圖1標(biāo)準(zhǔn)測試循環(huán)示例2）將標(biāo)準(zhǔn)測試循環(huán)的時間-功率曲線輸入至功率控制設(shè)備：3）啟動混合動力系統(tǒng)，并在怠速工況運行3min；4）由功率控制設(shè)備向混合動力系統(tǒng)能量控制器發(fā)送功率需求值，能量控制系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)功率值控制混合動力系統(tǒng)功率輸出；5）循環(huán)進行上述實驗，直至車載儲氫系統(tǒng)供氫壓力降至最小工作壓力，或?qū)嶒炇夜苈房偣淞窟_到預(yù)設(shè)值，停止測試。實驗過程中混合動力系統(tǒng)不允許有人為干預(yù)，混合動力系統(tǒng)所有部件均正常，未出現(xiàn)故障引起的停機。測試記錄記錄燃料電池、儲能裝置、負(fù)載控制裝置的電壓、電流，母線電壓，儲氫瓶工作壓力、溫度，氫氣質(zhì)量流量，循環(huán)數(shù)量，測試持續(xù)時間。測試結(jié)果根據(jù)測試循環(huán)和里程的對應(yīng)關(guān)系，計算得到總運行里程數(shù)，得到車輛續(xù)航里程；根據(jù)測量和計算得到的氫氣消耗量，得到車輛每公里消氫量；測試過程中，混合動力系統(tǒng)總功率與負(fù)載功率曲線標(biāo)準(zhǔn)差不超過5%；母線電壓波動范圍不超過車輛制造商指定的區(qū)間。純儲能模式續(xù)航里程試驗測試方法純儲能模式續(xù)航里程測試步驟如下：1）采用7.1提供的方法，將儲能裝置SOC充至車輛允許的最大值；2）關(guān)閉燃料電池系統(tǒng)；3）啟動儲能裝置，由功率控制裝置控制其功率輸出為車輛怠速運行時總功率，該數(shù)值由車輛制造商指定，在該功率點運行1min；4）由功率控制裝置進行拉載，拉載目標(biāo)功率為車輛以30km/h勻速運行時總需求功率，拉載速率由車輛制造商指定；5）儲能裝置按4）所述工況恒功率輸出，直至SOC降至車輛制造商制定的數(shù)值開始減載，減載速率由車輛制造商指定，減至怠速功率后停機。實驗過程中混合動力系統(tǒng)不允許有人為干預(yù)，混合動力系統(tǒng)所有部件均正常，未出現(xiàn)故障引起的停機。測試記錄記錄儲能裝置、功率控制裝置的電壓、電流，母線電壓，測試時間。測試結(jié)果繪制儲能裝置及功率控制裝置時間-功率曲線，記錄恒功率運行時間，純儲能模式續(xù)航里程采用公式（1）計算：Ss式中：Sstpvp部分動力模式切換試驗測試方法部分動力模式切換試驗執(zhí)行步驟如下：制定混合動力系統(tǒng)狀態(tài)表，格式宜采用表3的要求；表3混合動力系統(tǒng)狀態(tài)表狀態(tài)名稱狀態(tài)描述S所有部件均正常S動力電池全部正常，燃料電池故障…………S……混合動力系統(tǒng)狀態(tài)表由車輛制造商提供，混合動力系統(tǒng)在運行過程中所有允許的工作狀態(tài)均需在該表中描述，表中未提及的狀態(tài)均屬于故障停機狀態(tài)。制定狀態(tài)切換表，格式可參考表4；表4狀態(tài)切換表狀態(tài)切換過程狀態(tài)切換條件S系統(tǒng)直接切換S需駕駛員確認(rèn)后直接切換…………啟動混合動力系統(tǒng)，并讓其在狀態(tài)S1設(shè)置混合動力系統(tǒng)狀態(tài)，使其符合狀態(tài)S2的運行條件。若所測試的切換過程由系統(tǒng)直接切換，則此時系統(tǒng)進入S2狀態(tài)，使其S2狀態(tài)下穩(wěn)定運行3min；若所測試的切換過程需駕駛員確認(rèn)，則執(zhí)行確認(rèn)操作切換至S3狀態(tài)，使其逐項進行表4中狀態(tài)切換試驗，直至完成所有狀態(tài)切換試驗。試驗順序可不必按表中所列順