氢燃料电池汽车试验体系探析

氢燃料电池汽车试验体系探析

任晓惠

安徽江淮汽车集团股份有限公司   安徽合肥   230000

摘要：为了能够建立一套完善的氢燃料电池汽车试验验证体系，需要分析氢燃料电池汽车系统构型、燃料电池发动机系统、车载氢系统技术，并提出零部件、系统、整车级试验项目，从而初步构建完善的试验验证体系，对项目开发和验证具有重要的指导作用。

关键词：氢燃料；电池汽车；试验体系；分析

我国已经明确要在2030年之前实现碳达峰，并在2060年前达到碳中和目标，为了实现这一目标，汽车行业正在大力地发展氢燃料电池汽车。氢燃料汽车的基本特征，就是将燃料和氧

化剂进行化学反应，从而产生能量转换成为电能，在这个过程中生成物是水，具有排气清洁和绿色无污染特点。而目前的氢燃料电池汽车，大多是传统燃油汽车和纯电汽车改制的，使用的是原有车型零部件。由于不是重新开发的，需要对燃电系统和车载氢系统进行考核，针对氢燃料电池汽车的验证体系，国内外在这方面做了大量研究，这对于完善燃料电池汽车试验验证体系具有重要影响，同时也可以指导新车型开发。

1系统零部件的试验情况分析

1.1燃料电池发动机试验情况分析

燃料电池系统是重要的动力性指标，在具体试验过程中必须要满足整车动力性和相关指标要求。由于燃料电池具有冷启动性能，所以在低温的环境下，可以发生电化学反应，这时会生成液态水，但是液态水会在低温情况下结冰，这种情况会导致电化学反应不能继续进行，所以会导致系统无法正常运行，在这样的情况下，燃电系统的输出率可以达到25%定额功率，并以此作为考核标准。

1.2车载氢系统试验情况分析

该系统检测主要是由动态冲击，还有静推试验构成，但是在具体试验过程中，应当依据相关标准和要求实际操作。

1.3整车控制器试验情况分析

为了能够确保整车功能可以正常使用，开展整车的控制器电性能试验，应当包括整车暗电流测试和整车电平衡测试，还有单负载工作特性和电压特性，以及接地电流分布等内容。汽车运行过程中会受到外部环境影响，为了能够降低这种情况，开展零部件电磁兼容性测试，能够有效保证整车控制器信号不会受到外部电磁干扰。

2整车级试验体系探析

2.1动力经济性试验

主要包括规定最高车速和爬坡车速等内容，其中经济性指标包括了氢气消耗量，还以续驶里程和燃料电池汽车电续驶里程，在试验过程中使用的是循环工况法，并且在底盘测功机或者是试验道路上试验，同时记录试验结束后的行驶里程。在具体试验过程中除了续驶里程外，氢气消耗率也是重要的指标，试验时使用外接氢源供氢，在底盘测功机上试验，并记录外接氢气质量。

2.2整车的安全性验证

燃料电池汽车主要是以氢气作为动力源，具有其它新能源汽车没有的系统，所以对安全性要求比较严格。燃料电池汽车和传统汽车相比新增了以下几个方面验证内容。第一，是氢排放。规定了氢排放的具体限制，确保能够满足氢气体积浓度要求。第二，氢泄露。根据相关规定限制了氢泄露情况。使氢气体积浓度满足规定要求。第三，碰撞安全。碰撞安全试验，需要根据相关标准规定进行。相较于传统车和纯电动汽车而言，除了假人伤害指标和碰撞后电安全以外，还需要测量碰撞后的储氢系统气体泄漏情况。

2.3热管理试验

热管理试验过程中，主要应当考虑温度和湿度，以及海拔等环境条件影响。用高温运行和低温运行方式，模拟燃料电池系统在高温和低温边界上的运行情况，从而试验低温冷启动特性，这是燃料电池系统设计个研发的关键，因此设计低温冷启动试验，需要在模拟低温边界条件来试验启动性能，目前在相关研究中，可以根据车型特点来编制试验规范。由于燃料电池车对于环境的有一定要求，如果海拔越高，空气当中的氧气就会越稀薄，而氧气作为燃料是电池系统中的反应气体之一，其含量会对于燃料电池系统功率特性产生一定影响，所以设2.4电子电器试验

氢燃料电池汽车的电子和电器试验，主要包含了以下几个部分。第一，是功能安全。开发燃料电池汽车，应该进行功能安全测试和概念设计测试，这样更好地验证功能安全。其次，进行整车级的HIL测试。应当有针对性地复现台架情况还有实车问题，这样便于分析问题原因，同时也可以节省问题的整改和验证时间，还可以降低相关成本。由于燃料电池系统是由燃料电池控制器和高低压线束等部分构成的，因此在进行抗电磁干扰能力考核时，应当按照规定标准试验。当对燃料电池驱动电机和控制器，还有变换器和空压机试验过程中，应当对燃料电池汽车的专有零件，进行零部件级EMC试验，当试验完成后再开展整车试验。

2.5振动和噪声试验

燃料电池汽车的振动和噪声，主要是因为排气时产生的高速气流音，还有水泵振动出现的结构声，在怠速时这种声音尤为突。怠速可以分为3个子工况，其中吹扫工况的气流音最大。吹扫能够降低燃料电池内部的液态水，这也是氢能源汽车的主要特性。业内将这个工况作为排气最恶劣工况，所以应当进行相关试验。当前人们在购买汽车过程中，非常注重噪声和振动问题，因为这些都会影响汽车的行驶安全，因此建立振动和噪声试验体系，对汽车整体性能会产生一定影响。

2.5耐久性验证

燃料电池系统作为动力源，能够将化学能转化成为电能，再将电能转化成为机械能，其中核心的部件就是燃料电池堆。而燃料电池堆同动力电池系统一样，化学特性会随着使用时间增加不断衰减直到完全失效。其中关键的辅助系统，就是空压机和水泵，也会随着使用时间增加，零部件就会出现一定损伤和失效情况。因此，对燃料电池系统进行验证，建立相关的体系必须要以策划整车台架耐久为基础，之后进行道路耐久性方面验证。因为零件部件的耐久性会直接影响汽车的使用寿命，也会影响行车安全，所以建设完善的耐久性验证体系，具有非常重要的作用和意义。

结束语：

通过分析燃料电池汽车技术，可以建立完善的试验体系。从零部件级来考核燃料和电池发动机系统，同时根据车载氢系统来建立整车级试验体系，可以确保验证体系更加的全面和合理，还具有较强的可行性，进而有效地指导燃料电池项目试验。为下一步燃料电池汽车发展，起到了积极的推动作用，同时也提升了汽车系统性能，更好地促进了氢能源汽车发展

参考文献：

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