T_SCSAE 002-2022 燃料电池客车双动力源系统性能台架试验方法.docx

T/SCSAE 002-2022目次前言. II1 范围. 12 规范性引用文件. 13 术语和定义. 14 试验条件. 35 试验程序. 56 试验数据计算. 97 试验报告. 9IT/SCSAE 002-2022燃料电池客车双动力源系统性能台架试验方法1范围本文件规定了燃料电池客车双动力源系统性能台架试验的方法。本文件适用于氢燃料电池客车双动力源系统。2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/T 4208外壳防护等级（IP代码）GB/T 19596电动汽车术语GB/T 197542021重型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法GB/T 20042.1质子交换膜燃料电池第1部分术语GB/T 24347电动汽车DC/DC变换器GB/T 28183客车用燃料电池发电系统测试方法GB/T 36288燃料电池电动汽车 燃料电池堆安全要求GB/T 37244质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气GB/T 38031电动汽车用动力蓄电池安全要求3术语和定义GB/T 19596、GB/T 20042.1、GB/T 24347界定的以及下列术语和定义适用于本文件。双动力源系统dual power source system由燃料电池系统、动力电池系统、DC/DC变换器、高压配电器、能量管理系统形成的组合。高压配电器power distributor安全可靠的分配动力电池系统、燃料电池系统的高压直流电到负载的电气装置。T/SCSAE 002-2022额定功率rated power在生产厂商规定的正常运行条件下，双动力源系统的最大连续电输出功率。峰值功率peak power在生产厂商规定的正常运行条件下，双动力源系统在一个约定的短时间内产生的不低于额定功率的最大功率。净功率net power双动力源系统产生的可供外部使用的电功率。怠速工况idle state双动力源系统处于工作状态，且燃料电池系统处于怠速状态，系统能维持自身工作，而不对外输出功率的工况。冷机状态cold state双动力源系统内部温度（冷却液出口温度）与环境温度相同。热机状态hot state双动力源系统内部温度处于正常工作温度范围（正常工作温度由生产厂商规定）。起动时间start up time在起动程序初始化后，双动力源系统从冷态（热态）过渡到有净功率输出的时间间隔（净功率大小由生产厂商规定）。或在起动程序初始化后，双动力源系统中燃料电池系统的起动时间。峰值功率运行时间peak power operation time双动力源系统在峰值功率稳态公差范围内持续运行的时间。2T/SCSAE 002-2022功率响应时间power response time双动力源系统接受功率变化指令后，从电功率输出变化的开始时刻到电输出功率达到设定值稳态公差范围内的时间间隔。净能量改变量net energy change；NEC本文件指动力电池净能量改变量，单位为千瓦时（kWh）。4试验条件试验环境要求4.1.1规定测试环境条件为：海拔不超过 1 000 ，环境温度为 5   40 。4.1.2实验室具备必要的安全措施，包括氢气泄漏检测报警措施、通风措施、空间上部电器防爆密封措施。试验台架要求4.2.1基本要求电子负载及电池模拟器与双动力源系统通过高压配电器连接（参见图1）。图1所示为一类典型燃料电池双动力源系统试验台架，不代表所有典型燃料电池双动力源系统台架。燃料电池双动力源系统主要由燃料电池系统、DC/DC变换器、动力电池系统、高压配电器、能量管理系统组成。试验台架包括燃料电池双动力源系统、电子负载及电池模拟器、上位机系统、供气系统、温控系统。上位机系统发出双动力源系统目标功率指令，并进行数据采集和记录生产厂商，分别测量双动力源系统输出电压、输出电流，氢气消耗量、进气温度和湿度、进气压力、冷却水温度。试验台架各部件要求如下：a）电子负载及电池模拟器应具有恒流、恒压和恒功率等多种模式，以满足各种加减载测试需求；b）供气系统能够为燃料电池系统提供测试所需的氢气，应满足GB/T 37244和双动力源系统生产厂商技术条件规定的要求；c）温控系统能够实现燃料电池系统、动力电池系统、DC/DC变换器的外部换热；d）上位机系统能够采集流量、温度、压力、电流、电压等关键信息。3参数单位精度电压V±0.5% FS电流A±0.5% FS温度±1.0湿度%相对湿度不低于±3%气体质量流量g/s不低于±1.0% FS气体体积流量L/s不低于±1.0% FS气体压力kPa不低于±1.0T/SCSAE 002-2022上位机系统电温控系统供气系统能量管理系统燃料电池系统动力电池系统DC/DC变换器高压配电器电压/电流传感器子负载及电池模双动力源系统信号传递能量传递图 1试验台架示意图拟器气体传递冷却液传递4.2.2其他相关参数要求测量参数、单位及精度见表1。表1测量参数、单位和精度要求被测对象要求4.3.1完整性要求被测试的双动力源系统是燃料电池系统、动力电池系统、DC/DC变换器、高压配电器、能量管理系统的集成，且具备生产厂商声明的全部功能和完整性能。在进行首次试验前，要求对动力电池系统进行充电，达到生产厂商对产品系统规定的SOC。在测试平台上安装测试对象前，检查确认测试对象管路连接是否完整，有无明显外观损伤，并确认燃料电池堆符合GB/T 36288、动力电池系统符合GB/T 38031的基本安全要求。4.3.2通讯要求要求被测双动力源系统给测试平台提供和接受以下信息：a）提供燃料电池堆工作温度、动力电池温度；T/SCSAE 002-2022b）提供燃料电池堆、燃料电池系统、DC/DC变换器、动力电池系统的电压和电流；c）提供动力电池系统的SOC；d）提供系统进入紧急处置程序（避免安全事故发生）的指令代码和信号；e）能接受紧急处置程序（避免安全事故发生）的指令代码和信号，接受启停信号；f）能接受功率给定信号；g）能够给出故障码。5试验程序密封性检测双动力源系统的燃料电池系统按照GB/T 28183气密性检查方法进行检查，动力电池系统的密封性应满足IP67的要求，按照GB/T 38031和GB/T 4208的方法进行检查。试验样机准备5.2.1跑合生产厂商应对试验样机进行跑合，或按生产厂商提供的技术条件完成跑合。5.2.2冷机双动力源系统（冷却液加注完成）在规定的温度和湿度条件下保温足够长的时间以保证双动力源系统内部温度与环境温度相同，静置时间至少为12 h。5.2.3热机按照生产厂商的使用规定，使双动力源系统工作在一定功率，同时监测双动力源系统冷却液的出口温度，一旦冷却液的出口温度达到正常工作温度，即认为双动力源系统达到热机状态。起动特性试验5.3.1冷起动试验5.3.1.1试验方法冷起动特性试验按以下方法进行：a）根据试验要求对双动力源系统进行冷机，按照（见5.2.2）过程预处理；b）按照生产厂商规定的起动操作步骤起动双动力源系统；c）双动力源系统从冷态过渡到有净功率输出，在该净功率状态下持续稳定运行10 min，则双动力源系统冷起动成功，否则冷起动失败；d）试验过程应自动进行，不应有人工干预。5.3.1.2试验过程测量记录的数据5T/SCSAE 002-2022试验中测量的数据：冷起动时间；冷却液起始温度；双动力源系统输出电压、输出电流。5.3.2热起动试验5.3.2.1试验方法热起动特性试验按以下方法进行：a）根据试验要求对双动力源系统进行热机（见5.2.3）过程预处理；b）按照生产厂商规定的起动操作步骤起动双动力源系统；c）双动力源系统从热态过渡到有净功率输出，在该净功率状态下持续稳定运行10 min，则双动力源系统热起动成功，否则热起动失败；d）试验过程应自动进行，不应有人工干预。5.3.2.2试验过程测量记录的数据试验中测量的数据：热起动时间；冷却液起始温度；双动力源系统输出电压、输出电流。额定功率试验5.4.1试验方法a）根据试验要求对双动力源系统进行热机（见5.2.3）过程预处理；b）预处理过程结束后，按照生产厂商建议的起动操作步骤起动双动力源系统；c）测试平台按照生产厂商建议的方法向双动力源系统发送工作指令，同时测试平台按照规定的加载方法进行加载，加载到额定功率点后双动力源系统在额定功率下能够持续稳定运行60 min；d）试验过程应自动进行，不应有人工干预。注：规定的加载（卸载）方法：由测试方、生产厂商、用户根据使用要求协商确定。5.4.2试验过程测量记录的数据试验中测量的数据：双动力源系统输出电压、输出电流；动力电池系统初始SOC、终止SOC；氢气消耗量；进气温度和湿度、进气压力、冷却水温度。峰值功率试验5.5.1试验方法a）根据试验要求对双动力源系统进行热机（见5.2.3）过程预处理；b）热机过程结束后，回到怠速状态运行10 s；c）测试平台控制器按照生产厂商建议的方法向双动力源系统发送工作指令，同时测试平台按照规定的加载方法进行加载，双动力源系统输出功率达到额定功率后在该功率点至少稳定运行10 min，然后按照规定的加载方法加载到设定功率（即峰值功率），在该功率点持续稳定运行设定的时间（根据产品6T/SCSAE 002-2022技术要求确定，但持续稳定运行时间不得少于30 s），到达设定的时间后按照生产厂商规定的卸载方法进行卸载，所测得的最大功率平均值即为峰值功率；d）试验过程应自动进行，不应有人工干预。5.5.2试验过程测量记录的数据试验中测量的数据：峰值功率运行时间；双动力源系统输出电压、输出电流；动力电池系统初始SOC、终止SOC；氢气消耗量；进气温度和湿度、进气压力、冷却水温度。动态响应特性试验5.6.1加载动态响应测试5.6.1.1试验方法a）对双动力源系统按照5.2.3规定的方法进行热机；b）热机过程结束后，回到怠速状态运行10 s；c）按照规定的加载方法加载到动态响应的起始功率点，在该功率点至少稳定运行1 min；d）双动力源系统接受测试平台发送的功率加载变化指令，从电功率输出变化的开始时刻到电功率输出增加到设定值稳态公差范围内，记录动态过程的响应时间，系统应当在设定功率点稳态公差范围内持续稳定运行不少于10 min；e）试验过程应自动进行，不应有人工干预。推荐取10%90%的双动力源系统额定功率的响应时间作为评价双动力源系统的加载动态响应指标。5.6.1.2试验过程测量记录的数据试验中测量的数据：加载动态响应时间；双动力源系统输出电压、输出电流。5.6.2卸载动态响应测试5.6.2.1试验方法a）对双动力源系统按照5.2.3规定的方法进行热机；b）热机过程结束后，回到怠速状态运行10 s；c）按照规定的加载方法加载到动态响应的起始功率点，在该功率点至少稳定运行1 min；d）双动力源系统接受测试平台发送的卸载功率变化指令，从电功率输出变化的开始时刻到电输出功率减少到设定值稳态公差范围内，记录动态过程的响应时间，系统应当在设定功率点稳态公差范围内持续稳定运行不少于10 min；e）试验过程应自动进行，不应有人工干预。推荐取90%的双动力源系统额定功率作为起始功率点，10%的双动力源系统额定功率作为目标功率点的响应时间作为评价双动力源系统的卸载动态响应指标。7工况号工况名称负荷率稳定时间/min1起动后怠速012冷机加载由生产厂商给定33怠速0154部分负荷20%35部分负荷40%36部分负荷60%37部分负荷80%38额定100%39过载由生产厂商给定310部分负荷50%311部分负荷25%312部分负荷10%3T/SCSAE 002-20225.6.2.2试验过程测量记录的数据试验中测量的数据：卸载动态响应时间；双动力源系统输出电压、输出电流。双动力源系统稳态工况法性能测试5.7.1试验方法a）对双动力源系统按照5.2.3规定的方法进行热机；b）热机过程结束后，回到怠速状态运行10 s；c）双动力源系统起动成功后，按表2所示的工况顺序不停机运行；d）试验过程应自动进行，不应有人工干预。表2双动力源系统工况运行条件5.7.2试验过程测量记录的数据试验中测量的数据：双动力源系统输出电压、输出电流；动力电池系统初始SOC、终止SOC；氢气消耗量；进气温度和湿度、进气压力、冷却水温度。双动力源系统动态工况法性能测试5.8.1动态工况根据测试方与生产厂商协商的动态功率需求，作为双动力源系统的动态加载工况。5.8.2试验方法a）对双动力源系统按照5.2.3规定的方法进行热机；b）热机过程结束后，回到怠速状态运行10 s；c）双动力源系统起动成功后，按动态工况不停机连续运行；8T/SCSAE 002-2022d）试验过程应自动进行，不应有人工干预。5.8.3试验过程测量记录的数据试验中测量的数据：双动力源系统输出电压、输出电流；动力电池系统初始SOC、终止SOC；氢气消耗量；进气温度和湿度、进气压力、冷却水温度。6试验数据计算双动力源系统的功率双动力源系统的功率按下式计算：sP =Us ´ Is1 000（1）式中：Ps 双动力源系统输出功率，单位为千瓦（kW）；Us 双动力源系统输出的电压，单位为伏特（V）；Is 双动力源系统输出的电流，单位为安培（A）。双动力源系统能量效率双动力源系统的功率按下式计算：hs =双动力源系统输出总电量供给氢气的总能量+动力电池系统消耗能量å m1 000 ´ å Ps,t ´ Dt=tendtinth2,ttendtint´ Dt ´ LVHh2 + NEC ´ 3.6 ´106（2）式中：tint试验开始时刻（s）；tend试验结束时刻（s）；t时间（s）；𝞓t时间步长（s）；Ps,tt时刻双动力源系统输出功率，单位为千瓦（kW）；mh2,tt时刻氢气流量，单位为克每秒（g/s）；LVHh2 氢气低热值，1.2×105 kJ/kg；NEC动力电池净能量改变量，单位为千瓦时（kWh），按照GB/T 197542021计算。7试验报告9T/SCSAE 002-2022试验报告应包括台架对应的双动力源系统参数、第5章规定的所有测量数据和第6章的计算结果。_10