《燃料電池電動汽車 熱平衡能力 試驗方法》編制說明

《燃料電池電動汽車熱平衡能力試驗方法》編制說明

一、工作簡況

1.1任務來源

《燃料電池電動汽車熱平衡能力試驗方法》團體標準是由中國汽車工程學會批

準立項。文件號中汽學標【2022】044號，任務號為2022-15：。本標準由中國汽

車工程學會汽車測試技術分會提出，中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司、中國

第一汽車集團有限公司、重慶長安新能源汽車有限公司、重慶大學、濰柴動力股份

有限公司、東風汽車集團有限公司、中通客車股份有限公司、鄭州宇通客車股份有

限公司、北汽福田汽車股份有限公司、廣汽研究院等單位起草。

1.2編制背景與目標

目前，燃料電池汽車技術日益成熟，我國已正式進入燃料電池汽車商業(yè)化示范

運營階段。在燃料電池汽車產(chǎn)品研發(fā)過程中，針對其熱管理系統(tǒng)在多種極限工況下

的性能表現(xiàn)展開測評分析對提升其環(huán)境適應性具有十分重要的意義。然而，現(xiàn)有的

標準體系尚不能支持相關的研究工作，未能覆蓋到燃料電池汽車整車熱平衡能力測

試領域。因此，為了進一步提高燃料電池汽車整車適應性能，促進我國燃料電池汽

車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，起草本標準項目。本標準致力于提供燃料電池汽車整車熱平衡能力的

測試方法，以促進整車熱平衡技術水平的提高。

1.3主要工作過程

本標準于2021年4月開始標準學習；2021年8月至2023年8月進行了標準

相關的試驗操作工作；2022年1月至3月進行了標準編寫工作；2022年4月完成

了標準立項工作；2022年6月對標準進行了修改和討論；2023年6月在起草組內

進行了標準初步意見征集。預計2023年12月底前完成標準的公布工作。

2022年6月，以線上方式召開了《燃料電池電動汽車熱平衡能力試驗方法》

的標準啟動會，會上宣布了起草工作組的正式成立，由中汽研汽車檢驗中心（天

津）有限公司對本標準的任務來源、技術內容和編制說明做了簡要介紹。各起草人

對標準內容進行逐字逐句的討論，形成了初步意見匯總，其中大部分意見被予以采

納和接受。例如：針對標準中的試驗溫度工況，經(jīng)過會上討論由初始的38℃提高

至40℃及以上，以給出更為嚴苛的試驗工況，得到了參會單位的一致認定。

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2021年8月、2023年6月至8月，起草組對標準方法展開了一系列的驗證工

作，完成包括現(xiàn)代NEXO、紅旗H5、宇通城市客車和福田城市客車在內的共計5款

燃料電池汽車的熱平衡能力試驗工作，對標準中提出的燃料電池功率最大工況、高

速工況、低速爬坡、高速爬坡工況等開展了驗證，得到了大量的車輛熱平衡試驗數(shù)

據(jù)，有效地支撐了標準的驗證工作。

2023年9月，形成征求意見稿并完成組內征求意見，召開標準第二次研討

會，起草組根據(jù)反饋意見進行修改后形成標準送審稿。

二、標準編制原則和主要內容

2.1標準制定原則

在充分總結和比較了國內外汽車熱管理試驗方法標準的基礎上，參考了GB/T

12542-2020《汽車熱平衡能力道路試驗方法》、GB/T12534《汽車道路試驗方法通

則》、GB/T3730.2《道路車輛質量詞匯和代碼》、GB/T38146.1-2019《中國汽

車行駛工況第1部分：輕型車》、GB/T38146.2-2019《中國汽車行駛工況第1部

分：重型商用車輛》以及GB/T24584《燃料電池電動汽車術語》。本標準通過對燃

料電池汽車熱管理系統(tǒng)不同關鍵部件溫度測點展開測試其在最大功率工況、高速工

況、高速爬坡工況和低速爬坡工況的測試方法做出詳細規(guī)定，以確保準確測評燃料

電池整車熱平衡性能。

2.1.1通用性原則

本標準適用于裝有燃料電池發(fā)動機的M、N類汽車在室內進行熱平衡能力試驗，

在道路上進行試驗時可參照執(zhí)行。

2.1.2指導性原則

本標準提出的熱平衡能力試驗方法能為燃料電池汽車試驗室環(huán)境下溫度表現(xiàn)測

定提供指導作用。目前GB/T12542-2020《汽車熱平衡能力道路試驗方法》中尚無

燃料電池汽車熱平衡能力測試方法，且其主要用于道路試驗測定，本標準提出的方

法可補充該方面空白。

2.1.3協(xié)調性原則

本標準提出的方法與目前國家標準中相關方法協(xié)調統(tǒng)一，互相補充。對針對燃

料電池汽車為測試對象的熱平衡試驗給出高效、便捷的測試方法。

2.1.4兼容性原則

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本標準提出的熱平衡能力測試方法充分考慮了M和N類汽車結構以及使用工況

的不同，具備普遍適用性。

2.2標準主要技術內容

本標準共分為8章，規(guī)定了燃料電池汽車進行熱平衡能力試驗的試驗方法和要

求。內容包括范圍、規(guī)范性引用文件、術語和定義、試驗條件和試驗要求、試驗準

備、試驗方法、數(shù)據(jù)處理及試驗報告。

2.3關鍵技術問題說明

本標準提出的方法針對燃料電池汽車熱管理系統(tǒng)開展其關鍵溫度點位測量，通

過測定其在不同極限環(huán)境下的溫度表現(xiàn)情況，判斷車輛的熱平衡能力，從而得出該

車輛在不同使用工況下的許可使用溫度。

為了驗證該標準方法的合理性和可操作性，起草組對現(xiàn)代NEXO燃料電池乘用

車展開在40℃環(huán)境下熱平衡能力試驗測評。下圖是該車輛在高速工況、高速爬坡工

況和中國工況下的關鍵性能部件的溫控表現(xiàn)：

（a）

（b）

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（c）

圖1現(xiàn)代NEXO燃料電池汽車不同工況下的熱平衡能力測試結果：（a）為高速工

況，（b）為高速爬坡工況，（c）為中國工況CLTC-P.

從圖中能夠明確得到該車輛的不同部件包括：電堆進出水溫度、水泵進出水口、

電機控制器進水口、冷凝器進出口等在不同工況下的熱平衡溫度點、其達到熱平衡

狀態(tài)所用時間以及試驗結束后的降溫表現(xiàn)，通過這些數(shù)據(jù)結果能夠給整車熱管理系

統(tǒng)設計提供較好的數(shù)據(jù)支撐。

2.4標準主要內容的論據(jù)

燃料電池汽車的熱平衡能力主要是指其在不同工況條件下所能達到的最高工作

溫度表現(xiàn)，是其在常規(guī)使用工況下的整車溫度邊界。本標準所提出的燃料電池電堆

最大輸出功率工況、高速行駛工況、高速爬坡工況、低速爬坡工況、城市工況和怠

速工況能夠覆蓋車輛常規(guī)使用條件下的極限邊界條件，通過與試驗溫度工況規(guī)定相

結合，可以得出其多工況下的熱平衡能力。標準中所規(guī)定的測試溫度點位包括：電

堆進出水溫度、散熱器進出水溫度、水泵進出水溫度、電機進出水溫度等（詳見標

準正文表2）能夠涵蓋當下燃料電池汽車不同車型熱管理系統(tǒng)的關鍵零部件結構，

對不同測溫點的具體測溫位置進行了統(tǒng)一規(guī)定，從而使標準方法操作明晰。

2.5標準工作基礎

編寫組主要起草單位中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司具備完整的整車產(chǎn)

品檢測能力。其中，包括標準中引用的GB/T12542-2020《汽車熱平衡能力道路試

驗方法》檢測能力，積累了大量的傳統(tǒng)車輛熱平衡測試數(shù)據(jù)，其檢測過程和相關結

果得到了行業(yè)專家的認可。標準立項以來，項目組對國內外標準展開對比分析，包

括GB/T12542《汽車熱平衡能力道路試驗方法》、T/CSAE114-2019《汽車動力總

成冷卻能力環(huán)境風洞試驗方法》、SAEJ3193《Fuelcellvehiclethermal

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management》和SAEJ3193《Batterythermalmanagement》等。通過前期開展

的不同類型燃料電池汽車熱平衡試驗，積累了大量的數(shù)據(jù)并對方法進行了驗證。本

標準具有一定的先進性、通用性、科學性和可操作性。

三、主要試驗（或驗證）情況分析

起草組對標準方法展開了一系列的驗證工作，完成包括現(xiàn)代NEXO、紅旗H5、

宇通城市客車和福田城市客車在內的共計5款燃料電池汽車的熱平衡能力試驗工

作，對標準中提出的燃料電池功率最大工況、高速工況、低速爬坡、高速爬坡工況

等開展了驗證，得到了大量的車輛熱平衡試驗數(shù)據(jù)，有效地支撐了標準的驗證工

作。其中，現(xiàn)代NEXO燃料電池汽車的試驗數(shù)據(jù)結果詳見2.3中的圖1，在40℃條

件下，該車輛熱管理系統(tǒng)不同部件能夠在不同工況下達到熱平衡狀態(tài)，例如：在車

輛高速爬坡階段，電堆散熱器平均溫度基本達到平衡，整體溫度變化不超過2℃；

在車輛高速爬坡階段，電堆進出水溫度已基本達到平衡狀態(tài)，電堆進出水存在一定

的溫差，約為3℃；在剛開始高速運轉期間，電堆散熱器平均溫度急速下降，之后

基本維持穩(wěn)定，溫度變化不超過2℃，基本達到了熱平衡狀態(tài)。在車輛靜置后，電

堆散熱器平均溫度出現(xiàn)了上升現(xiàn)象后維持58℃上下不變；在中國工況條件下試驗

期間，不同部件的溫度會隨著車速的變化表現(xiàn)出一定的變化，但整體平穩(wěn)。通過上

述測試結果可以得到該車輛不同工況下的熱管理系統(tǒng)控制能力，達到標準方法的測

試目的。

針對紅旗H5燃料電池汽車、宇通城市客車和福田城市客車等，起草組對其開

展了低速爬坡工況、高速爬坡工況和高速工況條件下的熱平衡試驗驗證，測試結果

出于保密要求不便公開：

通過對不同車輛車型展開標準方法的驗證工作，對本標準方法進行總結如下：

1）試驗過程操作簡單、明晰，能夠準確測試不同工況下的車輛熱平衡能力；

2）試驗過程中充分考慮了涉氫安全情況，可以最大限度保證試驗安全要求；

3）本標準不僅規(guī)定了燃料電池汽車熱平衡試驗工況和溫度測點，對后續(xù)數(shù)據(jù)

處理計算許用環(huán)境溫度也給出計算方法；

4）試驗結果具有較高準確性，可以滿足大部分燃料電池汽車的熱平衡能力測

試；

綜上所述，本標準提出的方法對于燃料電池汽車熱平衡能力測試具有良好的適

用性，可以補充現(xiàn)有標準方法在該領域的缺失。

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四、標準中涉及專利的情況

本標準涉及到“燃料電池汽車熱平衡測試評價方法”這一專利，目前該專利處

于實質性審查狀態(tài)，專利申請?zhí)枮椋?021106832073，專利申請人為中國汽車技術

研究中心有限公司和中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司。標準涉及專利的內容

主要為標準試驗工況和溫度測點以及測試步驟。該專利為主要起草單位中汽研汽車

檢驗中心（天津）有限公司提出，可直接采用專利與標準在技術內容的相關性。

五、預期達到的社會效益、對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用的情況

本標準的發(fā)布，實現(xiàn)了燃料電池汽車在不同工況下的熱平衡能力測評，彌補了

傳統(tǒng)汽車熱平衡標準體系中在該方面的缺失，對提升燃料電池汽車技術水平，促進

燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)進步具有一定的推動作用。

六、采用國際標準和國外先進標準情況，與國際、國外同類標準水平的對比情況，國內外關鍵

指標對比分析或與測試的國外樣品、樣機的相關數(shù)據(jù)對比情況

尚無。