吳 倩， 鄭廣州， 岳鳳來

（北京新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心有限公司， 北京 100176）

1 研究背景

中國(guó)政府高度重視新能源汽車的發(fā)展，在各方的共同努力下，中國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)由培育期進(jìn)入成長(zhǎng)期，產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得重大進(jìn)展。近年來，新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新速度不斷加快，然而，國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)因其制定周期長(zhǎng)并兼顧全行業(yè)技術(shù)水平，很難及時(shí)對(duì)行業(yè)的創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行規(guī)范和推廣。2017年，工信部、發(fā)改委和科技部《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，要求優(yōu)化完善新能源汽車標(biāo)準(zhǔn)體系。

2017年11月，經(jīng)全國(guó)人大常務(wù)委員會(huì)審議通過，將團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)納入《中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化法》。團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)因其與市場(chǎng)需求貼進(jìn)、制定周期相對(duì)較短等特點(diǎn)，作為國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的有益補(bǔ)充，成為及時(shí)規(guī)范和推廣新能源汽車創(chuàng)新技術(shù)的有效手段。然而，新能源汽車創(chuàng)新技術(shù)各項(xiàng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)不夠系統(tǒng)，甚至存在矛盾，急需制定一套完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，協(xié)調(diào)開展標(biāo)準(zhǔn)研究。

根據(jù)北京市科委、市經(jīng)信委《北京市加快科技創(chuàng)新培育新能源智能汽車產(chǎn)業(yè)的指導(dǎo)意見》構(gòu)建新能源汽車產(chǎn)業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系以及“推進(jìn)新能源汽車在北京2022年冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)中應(yīng)用”的要求，經(jīng)與國(guó)內(nèi)整車廠、零部件廠、行業(yè)協(xié)會(huì)深入調(diào)研合作，對(duì)現(xiàn)行國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行梳理，對(duì)新能源汽車技術(shù)進(jìn)行分析，開展了此項(xiàng)新能源汽車創(chuàng)新技術(shù)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)工作，并基于該體系，牽頭制定了支持北京冬奧會(huì)的電動(dòng)汽車低溫技術(shù)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

2 研究方法

1） 多層次調(diào)研

與行業(yè)協(xié)會(huì)、汽車整車企業(yè)、零部件生產(chǎn)企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)深入交流，了解產(chǎn)業(yè)各層面新能源汽車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化情況。參加ISO、IEC等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化會(huì)議，參加中德電動(dòng)汽車標(biāo)準(zhǔn)研討會(huì)，了解國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)路線及發(fā)展方向。

2） 結(jié)合技術(shù)梳理現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合新能源汽車車型及技術(shù)方向，對(duì)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車的國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)梳理分析，同時(shí)對(duì)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析研究，涉及標(biāo)準(zhǔn)100余項(xiàng)，從而確定團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)體系的基本框架。

3） 以需求為導(dǎo)向制定標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)已經(jīng)過驗(yàn)證、國(guó)家產(chǎn)業(yè)需求度高、國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)處于空白的新能源汽車創(chuàng)新技術(shù)，優(yōu)先納入本標(biāo)準(zhǔn)體系制定團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。為滿足北京冬奧會(huì)電動(dòng)汽車供給的迫切需要，擇優(yōu)制定一系列電動(dòng)汽車低溫先進(jìn)技術(shù)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

3 標(biāo)準(zhǔn)體系研究

3.1 標(biāo)準(zhǔn)體系框架

根據(jù)新能源汽車主要車輛類型及產(chǎn)業(yè)鏈涉及的主要新技術(shù)方向，新能源汽車創(chuàng)新技術(shù)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)體系框架見圖1 （紅色字為已牽頭制定相應(yīng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)）。下面將對(duì)標(biāo)準(zhǔn)體系框架中，各主要技術(shù)方向包含的標(biāo)準(zhǔn)研究方向進(jìn)行介紹。

圖1 新能源汽車創(chuàng)新技術(shù)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)體系框架

3.2 電動(dòng)車輛

標(biāo)準(zhǔn)體系中，電動(dòng)車輛架構(gòu)下的標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)車輛本身的研究，一般可分為基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)、整車標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)及部件標(biāo)準(zhǔn)等幾個(gè)層次。其中，系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)主要指車載儲(chǔ)能系統(tǒng)、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及其他系統(tǒng)［1］。

3.2.1 基礎(chǔ)通用

基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)是本領(lǐng)域內(nèi)其他技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定與實(shí)施的前提和基礎(chǔ)，在電動(dòng)車輛的標(biāo)準(zhǔn)體系中，處于整個(gè)架構(gòu)底層，對(duì)整個(gè)體系起到支撐和維護(hù)作用。主要包括：信號(hào)與標(biāo)志、環(huán)境條件及電磁兼容。

3.2.2 整車

根據(jù)GB/T 19596-2017，本標(biāo)準(zhǔn)體系涉及的電動(dòng)汽車分類如圖2所示。

圖2 電動(dòng)汽車分類

電動(dòng)汽車整車標(biāo)準(zhǔn)主要關(guān)注安全性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)型等車輛的主要指標(biāo)或性能。其中，電動(dòng)汽車特殊安全性作為區(qū)別于傳統(tǒng)汽車安全要求的內(nèi)容，可適用于大部分類型的電動(dòng)汽車。動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性等其他內(nèi)容則根據(jù)不同的電動(dòng)汽車類型分別描述。

1） 電動(dòng)汽車安全性

電動(dòng)汽車安全性主要考慮電動(dòng)汽車在儲(chǔ)能、電氣、驅(qū)動(dòng)等方面的特殊性，使得電動(dòng)汽車在滿足傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車安全要求的同時(shí)，還應(yīng)符合特殊的安全標(biāo)準(zhǔn)，如觸電防護(hù)、電氣安全、有害氣體排放、電池起火防護(hù)等。

電動(dòng)汽車在行駛、靜止、充電等多個(gè)狀態(tài)下可能會(huì)出現(xiàn)特殊安全性問題，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是大質(zhì)量的車載儲(chǔ)能系統(tǒng)及其相關(guān)系統(tǒng)對(duì)車輛結(jié)構(gòu)及成員、第三方造成潛在機(jī)械傷害；二是高能的車載儲(chǔ)能系統(tǒng)的潛在危險(xiǎn)；三是高能電壓系統(tǒng)帶來的觸電傷害。

2） 純電動(dòng)汽車

純電動(dòng)汽車整車性能主要側(cè)重動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性先進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究。

3） 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的整車性能主要包括：動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性先進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究。

4） 燃料電池電動(dòng)汽車

燃料電池電動(dòng)汽車的整車性能主要包括安全性、動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性先進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究。其中，安全性除了滿足電動(dòng)汽車安全性要求外，還應(yīng)考慮車載氫系統(tǒng)等燃料電池電動(dòng)汽車特有的安全要求。

3.2.3 關(guān)鍵系統(tǒng)及部件

1） 車載儲(chǔ)能系統(tǒng)

車載儲(chǔ)能系統(tǒng)分為可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)和不可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)。動(dòng)力蓄電池和超級(jí)電容屬于可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)。車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)和鋅空氣電池屬于不可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)。目前，車載儲(chǔ)能系統(tǒng)尚不能完全滿足電動(dòng)汽車的需求，其技術(shù)水平制約著電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2） 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可分為驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)單體、動(dòng)力系及其他三個(gè)方面。其中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)是電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要組成部分，其電氣特性、耐久性、電磁兼容性、噪聲等性能直接影響電動(dòng)汽車整車的安全性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及舒適性。

3） 燃料電池系統(tǒng)

燃料電池系統(tǒng)即燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種將氫氣和氧氣通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料電池系統(tǒng)可分為：電堆、氫氣供給循環(huán)系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、水熱管理系統(tǒng)。

4） 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)包括控制器以及與控制器相關(guān)的電源及電路、通信網(wǎng)絡(luò)、傳感器與執(zhí)行器，也包括通信協(xié)議等軟件部分。

5） 其他系統(tǒng)和部件

其他系統(tǒng)及部件是指除了儲(chǔ)能、電驅(qū)動(dòng)、整車電控三大系統(tǒng)之外的其他總成和零部件，同樣承擔(dān)著電動(dòng)汽車某項(xiàng)重要功能。如熱管理系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、DC/DC等。

3.2.4 先進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究方向

結(jié)合產(chǎn)業(yè)需求、技術(shù)成熟度，經(jīng)與國(guó)際及國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，分析現(xiàn)行國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［2］，制定現(xiàn)有先進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究方向，見圖3。

圖3 電動(dòng)車輛先進(jìn)技術(shù)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)研究方向

3.3 界面與通信

為使電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電接口具有廣泛的兼容性，需要規(guī)定統(tǒng)一的充電接口界面。電動(dòng)汽車進(jìn)行無線充電時(shí)，需要規(guī)定形狀、大小、規(guī)格等相匹配的傳輸設(shè)備。燃料電池電動(dòng)汽車加氫時(shí)，也應(yīng)確保加氫口和加氫槍的嚴(yán)密對(duì)接。在充電或加氫過程中，數(shù)據(jù)通信可提供設(shè)備握手、功能交互、安全監(jiān)控等多項(xiàng)重要功能。

結(jié)合產(chǎn)業(yè)需求、技術(shù)成熟度，經(jīng)與國(guó)際及國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，分析現(xiàn)行國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定現(xiàn)有界面與通信先進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究方向，見圖4。

3.4 基礎(chǔ)設(shè)施

電動(dòng)汽車基礎(chǔ)設(shè)施是指為電動(dòng)汽車提供能量補(bǔ)給的設(shè)備、場(chǎng)站、服務(wù)等。對(duì)于可外接充電的電動(dòng)汽車，具體指充電或換電設(shè)施。對(duì)于燃料電池電動(dòng)汽車，具體為加氫設(shè)施。中國(guó)已經(jīng)建成規(guī)模龐大的充換電設(shè)施，并有相關(guān)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。相比之下，燃料電池電動(dòng)汽車相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展緩慢，標(biāo)準(zhǔn)空白主要集中于此。

結(jié)合產(chǎn)業(yè)需求、技術(shù)成熟度，經(jīng)與國(guó)際及國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，分析現(xiàn)行國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施先進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究方向，見圖5。

圖4 界面與通信先進(jìn)技術(shù)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)研究方向

圖5 基礎(chǔ)設(shè)施先進(jìn)技術(shù)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)研究方向

3.5 相關(guān)產(chǎn)業(yè)

從電動(dòng)汽車的全生命周期角度考慮，緊急救援、消防安全、回收利用、遠(yuǎn)程服務(wù)、存儲(chǔ)和運(yùn)輸相關(guān)領(lǐng)域已成為發(fā)展電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的重要補(bǔ)充。因此各相關(guān)產(chǎn)業(yè)的安全、綠色、協(xié)同發(fā)展，是電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的落腳點(diǎn)。

結(jié)合產(chǎn)業(yè)需求、技術(shù)成熟度，經(jīng)與國(guó)際及國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，分析現(xiàn)行國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定現(xiàn)有相關(guān)產(chǎn)業(yè)先進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究方向，見圖6。

圖6 相關(guān)產(chǎn)業(yè)先進(jìn)技術(shù)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)研究方向

4 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究

4.1 標(biāo)準(zhǔn)需求分析

因低溫環(huán)境對(duì)電動(dòng)汽車的動(dòng)力性、充電性能、采暖性能、整車環(huán)境適應(yīng)性都有較大影響，為支持“2022年冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)”順利召開，保證電動(dòng)汽車在冬奧會(huì)場(chǎng)地及中國(guó)華北及以南地區(qū)低溫環(huán)境具有良好的駕乘體驗(yàn)，提升中國(guó)汽車產(chǎn)品形象，基于本標(biāo)準(zhǔn)體系，需研究制定一系列低溫技術(shù)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，以填補(bǔ)國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在電動(dòng)汽車低溫環(huán)境性能要求和試驗(yàn)方法的空白［3］。

圖7 4地冬季最低氣溫圖

4.2 標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度確定

電動(dòng)汽車性能與環(huán)境溫度息息相關(guān)，溫度的確定將決定各項(xiàng)性能指標(biāo)的確定及試驗(yàn)的開展。溫度設(shè)置過高將導(dǎo)致提供的汽車產(chǎn)品無法滿足冬奧會(huì)要求，溫度設(shè)置過低將增加汽車企業(yè)的研發(fā)制造成本。因此，確定合理的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度成為制定此系列低溫技術(shù)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的首要問題。

4.2.1 數(shù)據(jù)選取原則

標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度選取遵循如下兩個(gè)原則。

1） 確保采標(biāo)車輛性能滿足2022年2月北京冬奧會(huì)舉辦城市的環(huán)境條件（北京市區(qū)、延慶區(qū)、張家口）。

2） 同時(shí)兼顧中國(guó)電動(dòng)汽車冬季主要行駛區(qū)域環(huán)境條件。中國(guó)幅員遼闊，以目前中國(guó)電動(dòng)汽車的技術(shù)現(xiàn)狀難以在東北、西北地區(qū)冬季良好運(yùn)行，故冬季主要行駛區(qū)域最北部主要為華北地區(qū)。

4.2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)以上兩點(diǎn)，選取北京（朝陽(yáng)區(qū)、延慶區(qū)）、張家口、太原4地作為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)環(huán)境溫度基準(zhǔn)城市。所選4地近10年11月、12月、1月、2月最低氣溫?cái)?shù)據(jù)見圖7，統(tǒng)計(jì)情況如下。

1） 4地10年間，在冬奧會(huì)舉辦月 （2月），最低溫均高于-20℃。

2） 4地10年間，冬季4個(gè)月，單日最低溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)共計(jì)160個(gè)，其中低于-20℃的月最低溫9個(gè) （占總統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)比例的5.6%），最低為-24℃。

3） 4地10年間，單日最低溫極值均出現(xiàn)在1月，且整體成波動(dòng)上揚(yáng)趨勢(shì)。

所選4個(gè)城市10年11月、12月、1月、2月的月平均最低溫 （當(dāng)月每日最低溫加總，除以當(dāng)月天數(shù)） 數(shù)據(jù)，見圖8。統(tǒng)計(jì)情況如下：①4地10年間，冬季4個(gè)月，月平均最低溫均高于-20℃，極值為2011年1月張家口-16℃。②4地10年間，月平均最低溫極值均出現(xiàn)在1月，且整體成波動(dòng)上揚(yáng)趨勢(shì)。

圖8 4地冬季平均低溫圖

4.2.3 數(shù)據(jù)分析結(jié)論

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定環(huán)境溫度分析結(jié)論如下。

1） 4地10年間，北京冬奧會(huì)舉辦月 （2月） 最低溫均高于-20℃。

2） 4地10年間，冬季4個(gè)月，單日最低溫度低于-20℃的數(shù)據(jù)占比僅為5.6%，最低為-24℃，車輛當(dāng)日處于低于-20℃的時(shí)間較短，車內(nèi)溫度很難達(dá)到-20℃以下。且，10年來單日低溫極值出現(xiàn)月（1月） 溫度成整體波動(dòng)上揚(yáng)趨勢(shì)。

3） 4地10年間，冬季4個(gè)月，月平均最低溫均高于-20℃。且，10年來低溫極值出現(xiàn)月 （1月） 溫度成整體波動(dòng)上揚(yáng)趨勢(shì)。

綜上所述，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置車輛在試驗(yàn)基準(zhǔn)溫度-20℃，車輛試驗(yàn)前浸置16h （16:00～8:00，大于日最低溫持續(xù)時(shí)間段）。

4.3 標(biāo)準(zhǔn)研討

為研究制定低溫技術(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)，成立了3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)研究工作組，組織召開標(biāo)準(zhǔn)研討會(huì)19場(chǎng)次，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)逐項(xiàng)進(jìn)行充分研討，形成意見建議300余項(xiàng)。邀請(qǐng)專家對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)審，并結(jié)合專家意見完善標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容［4］。

4.4 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)驗(yàn)證

標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容基本確定后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在低溫環(huán)境下對(duì)純電動(dòng)乘用車和純電動(dòng)商用車進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。因篇幅所限，此處僅列舉其中一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)《純電動(dòng)汽車低溫冷起動(dòng)性能要求及試驗(yàn)方法》的部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)，詳見表1～表4。

表1 1#乘用車試驗(yàn)樣車試驗(yàn)記錄

試驗(yàn)證明，此系列低溫團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的低溫性能指標(biāo)適合行業(yè)主流中上等車型，試驗(yàn)方法科學(xué)合理、可操作，對(duì)提升電動(dòng)汽車行業(yè)低溫環(huán)境技術(shù)水平具有引導(dǎo)意義。

表2 2#乘用車試驗(yàn)樣車試驗(yàn)記錄

表4 2#商用車試驗(yàn)樣車試驗(yàn)記錄

表3 1#商用車試驗(yàn)樣車試驗(yàn)記錄

4.5 標(biāo)準(zhǔn)研究成果

通過多次研討及試驗(yàn)驗(yàn)證，已形成8項(xiàng)低溫先進(jìn)技術(shù)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，并完成團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)全國(guó)公開征求意見，未收到國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)相關(guān)單位異議。