乘用車用燃料電池系統(tǒng)耐久性試驗方法編制說明

中電協(xié)團體標(biāo)準(zhǔn)編制說明（征求意見稿）一、制定標(biāo)準(zhǔn)背景、目的和意義2022年3月，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》，規(guī)劃明確指出氫能是未來國家能源體系的重要組成部分，氫能產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展方向。在“十四五”、“雙碳”等政策推動下，我國氫能燃料電池系統(tǒng)功率等級、市場規(guī)模穩(wěn)步提高。但是，目前質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)在成本、壽命方面還不盡人意，這是限制燃料電池汽車大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的最關(guān)鍵問題。因此，燃料電池系統(tǒng)的耐久性成為行業(yè)測試的研究重點，相關(guān)的檢測要求也逐步提高。美國能源部（DOE）發(fā)布的FuelCellTechnicalTeamRoadmap中提出了商業(yè)化的車用燃料電池系統(tǒng)在耐久性、成本、效率、比功率、冷啟動性能等方面所應(yīng)達到的技術(shù)指標(biāo)，耐久性的最終目標(biāo)是乘用車用燃料電池達到8000h以上。同時，中國汽車工程學(xué)會發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》中也明確指出乘用車用燃料電池壽命在2025年達到5500h，在2030-2035年達到8000h。目前，國內(nèi)外眾多燃料電池系統(tǒng)和整車企業(yè)的研究重點也聚焦在燃料電池耐久性能。圖1燃料電池乘用車運行路況相比于商用車的固定路線，乘用車則需要在更廣泛的道路環(huán)境中行駛，包括城市道路、高速公路、鄉(xiāng)村小路、山區(qū)道路等，且由于不同城市地形、環(huán)境差異較大，乘用車還需要面對各種復(fù)雜的工況。此外，乘用車行駛過程中，起步、停車、加速、減速等操作較為頻繁，且等速行駛的情況較多。因此，對于燃料電池乘用車的耐久性標(biāo)準(zhǔn)，需要針對其特性單獨制定。但是，國內(nèi)外并沒有專門針對乘用車燃料電池系統(tǒng)的耐久性測試標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有的燃料電池耐久性標(biāo)準(zhǔn)僅考慮通用的循環(huán)功率譜試驗，無法充分考核復(fù)雜工況對乘用車用燃料電池系統(tǒng)耐久性的影響。為了有效的反映出燃料電池乘用車的實際運行工況，本項目計劃針對氫燃料電池乘用車在高溫高濕下的散熱能力、連續(xù)陡坡下的過載能力、高寒下的低溫啟動能力、綜合環(huán)境下的動態(tài)響應(yīng)能力等運行情況，在整車路試過程中，開展整車運行過程中動力系統(tǒng)加減載、發(fā)動機艙溫度、整車/系統(tǒng)振動信號采集，研究燃料電池乘用車綜合環(huán)境動態(tài)響應(yīng)特性。最終形成中國特色應(yīng)用場景下，覆蓋溫度、振動環(huán)境因素的燃料電池乘用車工況譜，并形成相應(yīng)的團體標(biāo)準(zhǔn)。二、工作簡況（一）立項情況2024年11月，國家電投集團氫能科技發(fā)展有限公司、中國汽車工程研究院股份有限公司、機械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟研究所等向中國電器工業(yè)協(xié)會申請《乘用車用燃料電池系統(tǒng)耐久性試驗方法》團體標(biāo)準(zhǔn)立項。2024年12月30日，中國電器工業(yè)協(xié)會正式下文通知《乘用車用燃料電池系統(tǒng)耐久性試驗方法》完成團體標(biāo)準(zhǔn)立項，項目計劃號為CEEIA2024145。（二）主要工作過程2024年7月，與燃料電池系統(tǒng)、燃料電池乘用車等相關(guān)企業(yè)、協(xié)會等進行了溝通交流，對相關(guān)路譜采集方案、工況轉(zhuǎn)化步驟、試驗要求、試驗方法進行了收集。2024年10月，召開團標(biāo)草案研討會，確定了團標(biāo)草案基本框架、試驗方法等。2024年11月，提交團標(biāo)立項申請材料，根據(jù)評審專家意見，對標(biāo)準(zhǔn)草案標(biāo)題、術(shù)語定義等進行了修改。2025年1月，標(biāo)準(zhǔn)起草工作組在寧波召開了標(biāo)準(zhǔn)啟動會和討論會，來自國氫科技、中國汽研、中國一汽、德燃動力、捷氫科技、武漢理工大學(xué)、北京交通大學(xué)等單位的10余名燃料電池領(lǐng)域?qū)＜壹按韰⒓恿吮敬螘h，從燃料電池系統(tǒng)的耐久測試流程、帶載振動試驗方法、可靠性評價方法等多角度對標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進行了探討。2025年2月，標(biāo)準(zhǔn)起草工作組在重慶召開了標(biāo)準(zhǔn)啟動會和討論會，來自國氫科技、中國一汽、國鴻氫能、深藍汽車、東方氫能、大連鍋檢、德燃動力、氫沄科技、未勢能源、重慶工職院、瑞氫動力、寧波拜特、中南大學(xué)、徐工智能、長安大學(xué)、長城汽車、陜西氫能、蘇州元章等20余家氫能零部件及整車企業(yè)、檢測機構(gòu)、高校的專家及代表參加了本次會議。根據(jù)與會專家意見對標(biāo)準(zhǔn)草案規(guī)定的試驗方法、故障分類和數(shù)據(jù)處理進行了進一步修改完善，形成征求意見稿。主要起草單位本標(biāo)準(zhǔn)在研究制定工作過程中，與燃料電池行業(yè)專家進行了多次研討并開展了廣泛的調(diào)研工作和大量的試驗驗證工作，得到了相關(guān)燃料電池系統(tǒng)及整車生產(chǎn)企業(yè)的支持，取得了大量具有建設(shè)性的意見、建議和數(shù)據(jù)，保證本標(biāo)準(zhǔn)的制定質(zhì)量。主要起草單位有：國家電投集團氫能科技發(fā)展有限公司、中國汽車工程研究院股份有限公司、機械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟研究所、中國第一汽車集團有限公司、深藍汽車科技有限公司、國鴻氫能科技（嘉興）股份有限公司、東方電氣（成都）氫能科技有限公司、大連鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院有限公司、德燃（浙江）動力科技有限公司、北京氫沄新能源科技有限公司、安徽瑞氫動力科技有限公司、上海徐工智能科技有限公司、長城汽車股份有限公司、未勢能源科技有限公司、寧波拜特測控技術(shù)有限公司、陜西氫能檢驗檢測有限公司、蘇州元章新能源科技有限公司、上海捷氫科技股份有限公司、長安大學(xué)、中南大學(xué)、重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院、武漢理工大學(xué)、北京交通大學(xué)。主要起草人序號姓名單位1陳平國家電投集團氫能科技發(fā)展有限公司2李從心國家電投集團氫能科技發(fā)展有限公司3熊慶輝國家電投集團氫能科技發(fā)展有限公司4毛占鑫中國汽車工程研究院股份有限公司5付娜中國汽車工程研究院股份有限公司6邢曉慧中國汽車工程研究院股份有限公司7張勛中國汽車工程研究院股份有限公司8張亮機械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟研究所9刁力鵬機械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟研究所10郭冬來中國第一汽車集團有限公司11馬秋玉中國第一汽車集團有限公司12游義富深藍汽車科技有限公司13李如菊深藍汽車科技有限公司14何鋒國鴻氫能科技（嘉興）股份有限公司15劉彥萍東方電氣（成都）氫能科技有限公司16姜玉軒大連鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院有限公司17詹劍德燃（浙江）動力科技有限公司18張曉杰德燃（浙江）動力科技有限公司19吳維北京氫沄新能源科技有限公司20劉秀會北京氫沄新能源科技有限公司21潘陳兵安徽瑞氫動力科技有限公司22尹明光安徽瑞氫動力科技有限公司23王佳上海徐工智能科技有限公司24薛瓊上海徐工智能科技有限公司25郭帥長城汽車股份有限公司26田俊龍未勢能源科技有限公司27文海霞寧波拜特測控技術(shù)有限公司28高建平陜西氫能檢驗檢測有限公司29樸世文蘇州元章新能源科技有限公司30石偉玉上海捷氫科技股份有限公司31史培龍長安大學(xué)32高帷韜中南大學(xué)33張楊重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院34余小草重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院35王雅東武漢理工大學(xué)36岳美玲北京交通大學(xué)37張欣北京交通大學(xué)三、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要內(nèi)容（如技術(shù)指標(biāo)、參數(shù)、公式、性能要求、試驗方法、檢驗規(guī)則等）的論據(jù)，解決的主要問題（一）編制原則在充分總結(jié)和比較了國內(nèi)外燃料電池系統(tǒng)測試方法標(biāo)準(zhǔn)和文獻，調(diào)研了國內(nèi)系統(tǒng)廠家對燃料電池零部件相關(guān)測試方法的基礎(chǔ)上，參考了GB/T24554燃料電池發(fā)動機性能試驗方法、GB/Z44116-2024燃料電池發(fā)動機及關(guān)鍵部件耐久性試驗方法等標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)內(nèi)容。并且在標(biāo)準(zhǔn)撰寫的過程中嚴(yán)格遵守以下原則：通用性原則：本標(biāo)準(zhǔn)提出的測試方法充分考慮行業(yè)內(nèi)燃料電池系統(tǒng)使用情況，重整了國標(biāo)/行標(biāo)/地標(biāo)的評價指標(biāo)，制定的測試要求及方法具有代表性和合理性，通用性高。規(guī)范性原則：本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)《中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)法》、GB/T1.1《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》、T/CAQP015《“領(lǐng)跑者”標(biāo)準(zhǔn)編制通則》進行編制。指導(dǎo)性原則：現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)中，沒有針對乘用車用燃料電池系統(tǒng)的耐久性、故障分類、可靠性等的測試評價方法，制定此標(biāo)準(zhǔn)樂意規(guī)范試驗要求，給行業(yè)內(nèi)提供參考。協(xié)調(diào)性原則：本標(biāo)準(zhǔn)提出的方法與目前使用的國家標(biāo)準(zhǔn)不沖突。本標(biāo)準(zhǔn)對當(dāng)前國內(nèi)燃料電池系統(tǒng)測試方法進行了很好的填補，若能實施，將會使得國內(nèi)乘用車用燃料電池系統(tǒng)的發(fā)展得到有力提升。主要內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容如下：細節(jié)內(nèi)容：范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語和定義、測量參數(shù)、單位和準(zhǔn)確度、試驗要求、試驗方法、故障及停機處理、數(shù)據(jù)處理及耐久實驗報告等細節(jié)內(nèi)容；耐久試驗工況：為確保耐久工況更貼合乘用車用燃料電池系統(tǒng)實際工作條件，本標(biāo)準(zhǔn)考慮了燃料電池系統(tǒng)的快速變載功率譜循環(huán)工況，同時引入振動測試工況和耐久運行環(huán)境溫度，充分考核乘用車用燃料電池系統(tǒng)的耐久性能，同時還提出系統(tǒng)的安全性、耐久性和可靠性等方面的評價考核方法，并對系統(tǒng)故障做了詳細分類。測試方法定義：明確氣密性、絕緣強度、活化、額定功率及穩(wěn)態(tài)特性、耐久性等試驗要求及試驗方法，及故障及停機處理、數(shù)據(jù)處理和耐久試驗報告等后續(xù)評價方法。（三）解決的主要問題四、主要試驗情況及報告（或驗證）、科技成果鑒定等證明材料2024年5月-12月，標(biāo)準(zhǔn)牽頭起草單位分別在夏季高溫天氣對重慶的典型山路工況，冬季寒冷天氣對長春的典型城市工況進行了實車路譜采集，單次場景采集總運行里程數(shù)≥1000公里，確保采集數(shù)據(jù)能反映實際路況。整車路試主要采集的信號有燃料電池系統(tǒng)4個懸置點的加速度信號、環(huán)境和發(fā)動機艙溫度信號、整車海拔和車速信號、燃料電池系統(tǒng)功率、電壓和電流信號。其中實車采集的部分?jǐn)?shù)據(jù)如下圖所示。圖SEQ圖\*ARABIC1燃料電池系統(tǒng)加速度、溫濕度信號圖SEQ圖\*ARABIC2整車車速、燃料電池系統(tǒng)功率信號（1）功率譜構(gòu)建基于路試采集的燃料電池系統(tǒng)功率信號，進行標(biāo)準(zhǔn)中的循環(huán)功率譜構(gòu)建，主要包括數(shù)據(jù)預(yù)處理以及工況拼接。數(shù)據(jù)預(yù)處理主要涵蓋數(shù)據(jù)讀取、清洗、異常處理、平滑化等，然后對處理后的數(shù)據(jù)進行運動學(xué)片段劃分、特征參數(shù)提取，最后進行工況片段拼接得到循環(huán)功率譜。短行程拼接過程主要采用3個約束，分別是時間約束1800s、特征參數(shù)最大誤差≤5%、短行程片段個數(shù)約束。最后通過單位時間內(nèi)等功率法進行功率曲線的平滑，偏移怠速功率7KW，形成臺架可加載運行的循環(huán)功率譜。根據(jù)上述方法，最終得到的循環(huán)工況如下圖所示，具體循環(huán)工況數(shù)據(jù)已體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)草案文本中。圖SEQ圖\*ARABIC3燃料電池系統(tǒng)山區(qū)循環(huán)工況曲線圖SEQ圖\*ARABIC4燃料電池系統(tǒng)城市循環(huán)工況曲線（2）振動譜構(gòu)建基于路試采集的4個懸置點的加速度信號，進行標(biāo)準(zhǔn)中的PSD隨機振動譜構(gòu)建，將實際采集到的振動信號先進行時域預(yù)覽，再利用高通濾波器和方差濾波的方法消除數(shù)據(jù)偏執(zhí)及信號毛刺，再利用傅里葉變換進行數(shù)據(jù)的時域頻域轉(zhuǎn)換。利用上述方法計算出4個懸置點3個方向的PSD譜初步結(jié)果，選取對應(yīng)頻率的最大值進行包絡(luò)處理，最后再利用插值擬合的方法將包絡(luò)處理結(jié)果進行平滑，最終得到的PSD隨機振動譜如下圖所示，具體數(shù)據(jù)已體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)草案文本中。圖SEQ圖\*ARABIC5燃料電池系統(tǒng)常規(guī)道路和強化道路PSD隨機振動譜明確標(biāo)準(zhǔn)中涉及專利的情況，對于涉及專利的標(biāo)準(zhǔn)項目，應(yīng)提供全部專利所有權(quán)人的專利許可聲明和專利披露聲明標(biāo)準(zhǔn)中不涉及專利。預(yù)期達到的社會效益、對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用等情況本項目通過對燃料電池乘用車進行實車路譜采集，并將采集的數(shù)據(jù)進行分析處理，最終形成可以在實驗室臺架中復(fù)現(xiàn)的耐久運行工況，以真實反映乘用車實車運行的復(fù)雜工況。且本項目由國家電投集團氫能科技發(fā)展有限公司牽頭，中國汽車工程研究院股份有限公司、中國第一汽車股份有限公司、深藍汽車科技有限公司等作為參與單位共同開展完成。項目參與單位在燃料電池乘用車行業(yè)內(nèi)具備較大的影響力，能有效支撐本標(biāo)準(zhǔn)的推廣及應(yīng)用。通過本標(biāo)準(zhǔn)文件的發(fā)布，可為企業(yè)及第三方檢驗檢測機構(gòu)提供乘用車用燃料電池系統(tǒng)耐久性測試依據(jù)，能夠更加真實的反應(yīng)系統(tǒng)的耐久性能，促進燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品的迭代升級和耐久性能優(yōu)化，推動產(chǎn)業(yè)成本持續(xù)下降，不斷提升我國氫能行業(yè)在國際的影響力。采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進標(biāo)準(zhǔn)情況7.1采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進標(biāo)準(zhǔn)情況未采用，國