轨道车辆燃料电池混合动力系统性能

PAGEPAGE8轨道车辆燃料电池混合动力系统性能测试方法范围本文件规定了轨道车辆用燃料电池混合动力系统范围、性能测试相关的术语和定义、测试环境要求以及测试方法等。本文件适用于轨道车辆用燃料电池混合动力系统实验室状态下性能测试，非轨道车辆用燃料电池混合动力系统性能测试可参考执行。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/T18386.1-2021电动汽车能量消耗量和续驶里程试验方法第1部分：轻型汽车GB/T19752-2005混合动力电动汽车动力性能试验方法GB/T24548-2009燃料电池电动汽车术语GB/T24549-2020燃料电池电动汽车安全要求GB/T24554-2022燃料电池发动机性能试验方法GB/T29843-2013直流电子负载通用规范GB/T31486-2015 电动汽车用动力蓄电池电性能要求及测试方法术语和定义下列术语和定义适用于本文件。燃料电池混合动力系统hybridsystem由燃料电池、储能装置、电力变换装置、储氢装置构成，并以能量控制单元管理对外输出、为车辆提供动力的供电的系统。混合动力模式hybridmode混合动力系统由燃料电池、储能装置等所有的车载动力系统根据管理逻辑（整车控制策略）参与车辆驱动的一种工作模式。能量控制单元EnergyControlUnit负责控制氢燃料电池混合动力系统中的储氢系统、燃料电池、电力变换装置的运行，并根据能量管理策略控制氢燃料电池输出功率，联合储能系统为整车运行提供混合动力。混合动力模式起动平均加速度averagestartingaccelerationinhybridmode由车辆制造商给定，并按照9.1规定的程序验证合格的平均加速度值。纯储能模式pureenergystoragemode混合动力系统仅有储能装置驱动车辆行驶的一种工作模式。部分动力模式partialdynamicmode混合动力系统部分或全部燃料电池或储能装置无法提供动力，车辆以能够以正常状态的动力装置驱动车辆行驶时的一种工作模式，该工作模式的具体形式由车辆制造商确定并提供给用户。试验原则如果试验用混合动力系统具有纯储能模式，并能够按照GB/T31486的要求进行动力性能试验，则进行混合动力系统在纯储能模式下续航里程试验，否则，试验系统可以不做纯储能模式试验项目；如试验用混合动力系统具有部分动力工作模式，则根据车辆制造商指定的具体形式，按本标准9.4进行试验。测试参数、单位及准确度表1规定了测量的参数、单位及准确度表1测量的参数、单位及准确度测量参数单位准确度分辨率时间s±0.10.1温度℃±0.1%1压力kPa±0.3%FS0.001电压V±0.3%FSDa或±1%rdgb0.1电流A±0.3%FSD或±1%rdg0.1湿度-±0.3%-质量流量g/s≦1.0%FSD-AFSD:满量程；brdg:读数；试验条件实验室环境条件混合动力系统测试应在下面指定的条件下进行：a）温度：20℃±15℃；b）湿度：65%±20%相对湿度；c）压力：91-106KPa。如果环境条件与上述要求有差异，需对实际测试环境进行记录。氢气质量要求氢气质量应符合GB/T37244规定的质子交换膜燃料电池用氢气要求。功率控制设备实验室应具备混合动力系统发电功率消耗，以及模拟车辆制动能量馈电的功率装置。可消耗发电功率最大值，不低于混合动力系统的最大功率输出值；模拟车辆制动能量馈电功率，不低于车辆最大制动功率。功率装置宜采用馈网式电子负载，符合GB/T29843要求。试验准备充电常规充电应使用储能装置制造厂家推荐的充电机进行充电，充电时环境温度应保持在20℃~30℃。充电结束的判断当储能装置的SOC达到混合动力车辆制造商指定的数值时，认为充电过程结束。充氢试验时，若燃料电池采用车载供氢系统提供氢气，应按照储氢系统厂家的要求将氢气充至合适的工作压力；若采用实验室供气管路供氢，应确保供气压力在燃料电池允许工作压力范围内。预处理试验系统应在混合动力模式下，按照轨道车辆集成商指定的启动-加速-匀速运行-制动-停机循环对应的功率曲线，持续运行30分钟以上，保证混合动力系统正式测试前功能正常。试验程序试验程序应满足表2的要求。表2试验程序顺序试验方法试验准备或项目模式准备阶段7.1充电-7.2充氢-第一阶段7.3预处理混合模式9.1混合动力模式起动加速度验证试验混合模式9.2混合动力模式续航里程试验混合模式第二阶段7.1充电-9.3纯储能模式续航里程试验纯储能模式第三阶段7.1充电-7.2充氢-9.4部分动力模式切换试验部分动力模式试验方法混合动力模式起动加速度验证试验测试方法混合动力模式起动加速度验证试验执行步骤如下：1）采用车辆制造商提供的牵引电机速度-功率特性曲线，并根据目标车型牵引电机数量，得到总体时间-功率特性曲线；2）将时间-功率曲线输入至功率控制设备；3）启动混合动力系统，并在怠速工况运行3min；4）由功率控制设备向混合动力系统能量控制器发送功率需能量求值，能量控制系统根据目标功率值控制混合动力系统功率输出，直至完成全部功率曲线。实验过程中混合动力系统不允许有人为干预，混合动力系统所有部件均正常，未出现故障引起的停机。测试记录记录燃料电池、储能装置、负载控制装置的电压、电流。测试结果将计算得到的负载功率与燃料电池+储能装置的总输出功率曲线绘制在一起，若在所有功率点总功率与负载功率标准差小于5%，则认为混合动力系统启动加速度符合车辆给定的启动加速度数值。混合动力模式续航里程试验模拟线路续航里程测试测试方法若燃料电池采用车载供氢系统提供氢气，应按照储氢系统厂家的要求将氢气充至最高工作压力；若燃料电池采用实验室供气管路供氢，则实验过程总供氢量为车载储氢系统有效储氢量，该数值可由制造商根据根据车载储氢系统的设置计算得到，并提供相应的计算依据。具体测试步骤如下：采用车辆制造商提供的模拟线路时间-功率特性曲线，并将时间-功率曲线输入至功率控制设备：启动混合动力系统，并在怠速工况运行3min；由功率控制设备向混合动力系统能量控制器发送功率需能量求值，能量控制系统根据目标功率值控制混合动力系统功率输出；循环进行上述实验，直至车载储氢系统供氢压力降至最小工作压力，或实验室管路总供氢量达到预设值，停止测试。实验过程中混合动力系统不允许有人为干预，混合动力系统所有部件均正常，未出现故障引起的停机。测试记录记录燃料电池、储能装置、负载控制装置的电压、电流，母线电压，储氢瓶工作压力、温度，氢气质量流量，测试循环数量，测试持续时间。测试结果根据测试循环和里程的对应关系，计算得到总运行里程数，得到车辆续航里程；根据测量和计算得到的氢气消耗量，得到车辆每公里消氢量；测试过程中，混合动力系统总功率与负载功率曲线标准差不超过5%；母线电压波动范围不超过车辆制造商指定的区间。标准循环续航里程测试测试方法若车辆制造商无法或无需提供模拟线路信息，可按本标准提供的标准循环进行续航里程测试。若燃料电池采用车载供氢系统提供氢气，需按照储氢系统厂家的要求将氢气充至最高工作压力；若燃料电池采用实验室供气管路供氢，则实验过程总供氢量为车载储氢系统有效储氢量，该数值可由制造商根据根据车顶储氢系统的设置计算得到，并提供相应的计算依据。具体测试步骤如下：按以下方法确定标准测试循环：包含启动加速、匀速运行、制动减速、站内停车四个阶段：停车-启动加速阶段，对应时间为S1~S2，试验功率点怠速功率P3按照9.1.1的方法加载至最高速匀速运行功率P2，期间经过系统最大功率点P1；匀速运行阶段，对应时间为S2~S3，混合动力系统以恒功率P2持续运行，持续时间由车辆制造商根据目标车型指定，并将该数值一并发布给用户；制动减速阶段，对应的时间为S3~S4，混合动力系统按照车辆制造商提供的牵引电机制动时的时间-功率曲线，由功率P2减载至功率P4；站内停车阶段，对应的时间为S4~S5，混合动力系统以P3功率对外输出，持续时间由车辆制造商根据目标车型指定，并将该数值一并发布给用户。典型的标准测试循环如图1所示：图1标准测试循环示例2）将标准测试循环的时间-功率曲线输入至功率控制设备：3）启动混合动力系统，并在怠速工况运行3min；4）由功率控制设备向混合动力系统能量控制器发送功率需求值，能量控制系统根据目标功率值控制混合动力系统功率输出；5）循环进行上述实验，直至车载储氢系统供氢压力降至最小工作压力，或实验室管路总供氢量达到预设值，停止测试。实验过程中混合动力系统不允许有人为干预，混合动力系统所有部件均正常，未出现故障引起的停机。测试记录记录燃料电池、储能装置、负载控制装置的电压、电流，母线电压，储氢瓶工作压力、温度，氢气质量流量，循环数量，测试持续时间。测试结果根据测试循环和里程的对应关系，计算得到总运行里程数，得到车辆续航里程；根据测量和计算得到的氢气消耗量，得到车辆每公里消氢量；测试过程中，混合动力系统总功率与负载功率曲线标准差不超过5%；母线电压波动范围不超过车辆制造商指定的区间。纯储能模式续航里程试验测试方法纯储能模式续航里程测试步骤如下：1）采用7.1提供的方法，将储能装置SOC充至车辆允许的最大值；2）关闭燃料电池系统；3）启动储能装置，由功率控制装置控制其功率输出为车辆怠速运行时总功率，该数值由车辆制造商指定，在该功率点运行1min；4）由功率控制装置进行拉载，拉载目标功率为车辆以30km/h匀速运行时总需求功率，拉载速率由车辆制造商指定；5）储能装置按4）所述工况恒功率输出，直至SOC降至车辆制造商制定的数值开始减载，减载速率由车辆制造商指定，减至怠速功率后停机。实验过程中混合动力系统不允许有人为干预，混合动力系统所有部件均正常，未出现故障引起的停机。测试记录记录储能装置、功率控制装置的电压、电流，母线电压，测试时间。测试结果绘制储能装置及功率控制装置时间-功率曲线，记录恒功率运行时间，纯储能模式续航里程采用公式（1）计算：Ss式中：Sstpvp部分动力模式切换试验测试方法部分动力模式切换试验执行步骤如下：制定混合动力系统状态表，格式宜采用表3的要求；表3混合动力系统状态表状态名称状态描述S所有部件均正常S动力电池全部正常，燃料电池故障…………S……混合动力系统状态表由车辆制造商提供，混合动力系统在运行过程中所有允许的工作状态均需在该表中描述，表中未提及的状态均属于故障停机状态。制定状态切换表，格式可参考表4；表4状态切换表状态切换过程状态切换条件S系统直接切换S需驾驶员确认后直接切换…………启动混合动力系统，并让其在状态S1设置混合动力系统状态，使其符合状态S2的运行条件。若所测试的切换过程由系统直接切换，则此时系统进入S2状态，使其S2状态下稳定运行3min；若所测试的切换过程需驾驶员确认，则执行确认操作切换至S3状态，使其逐项进行表4中状态切换试验，直至完成所有状态切换试验。试验顺序可不必按表中所列顺