吳 倩， 鄭廣州， 岳鳳來

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

1 研究背景

中國政府高度重視新能源汽車的發(fā)展，在各方的共同努力下，中國電動汽車產業(yè)由培育期進入成長期，產業(yè)發(fā)展取得重大進展。近年來，新能源汽車技術創(chuàng)新速度不斷加快，然而，國家、行業(yè)標準因其制定周期長并兼顧全行業(yè)技術水平，很難及時對行業(yè)的創(chuàng)新技術進行規(guī)范和推廣。2017年，工信部、發(fā)改委和科技部《汽車產業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，要求優(yōu)化完善新能源汽車標準體系。

2017年11月，經全國人大常務委員會審議通過，將團體標準納入《中華人民共和國標準化法》。團體標準因其與市場需求貼進、制定周期相對較短等特點，作為國家、行業(yè)標準的有益補充，成為及時規(guī)范和推廣新能源汽車創(chuàng)新技術的有效手段。然而，新能源汽車創(chuàng)新技術各項團體標準不夠系統(tǒng)，甚至存在矛盾，急需制定一套完整的標準體系，協(xié)調開展標準研究。

根據北京市科委、市經信委《北京市加快科技創(chuàng)新培育新能源智能汽車產業(yè)的指導意見》構建新能源汽車產業(yè)相關標準體系以及“推進新能源汽車在北京2022年冬奧會和冬殘奧會中應用”的要求，經與國內整車廠、零部件廠、行業(yè)協(xié)會深入調研合作，對現行國家行業(yè)標準進行梳理，對新能源汽車技術進行分析，開展了此項新能源汽車創(chuàng)新技術團體標準體系建設工作，并基于該體系，牽頭制定了支持北京冬奧會的電動汽車低溫技術團體標準。

2 研究方法

1） 多層次調研

與行業(yè)協(xié)會、汽車整車企業(yè)、零部件生產企業(yè)、科研機構深入交流，了解產業(yè)各層面新能源汽車技術標準化情況。參加ISO、IEC等國際標準化會議，參加中德電動汽車標準研討會，了解國際標準技術路線及發(fā)展方向。

2） 結合技術梳理現行標準

結合新能源汽車車型及技術方向，對現有國內電動汽車的國家、行業(yè)標準進行系統(tǒng)梳理分析，同時對國際標準和國外先進標準進行分析研究，涉及標準100余項，從而確定團體標準體系的基本框架。

3） 以需求為導向制定標準

對已經過驗證、國家產業(yè)需求度高、國家行業(yè)標準處于空白的新能源汽車創(chuàng)新技術，優(yōu)先納入本標準體系制定團體標準。為滿足北京冬奧會電動汽車供給的迫切需要，擇優(yōu)制定一系列電動汽車低溫先進技術團體標準。

3 標準體系研究

3.1 標準體系框架

根據新能源汽車主要車輛類型及產業(yè)鏈涉及的主要新技術方向，新能源汽車創(chuàng)新技術團體標準體系框架見圖1 （紅色字為已牽頭制定相應團體標準）。下面將對標準體系框架中，各主要技術方向包含的標準研究方向進行介紹。

圖1 新能源汽車創(chuàng)新技術團體標準體系框架

3.2 電動車輛

標準體系中，電動車輛架構下的標準是對車輛本身的研究，一般可分為基礎通用標準、整車標準、系統(tǒng)及部件標準等幾個層次。其中，系統(tǒng)標準主要指車載儲能系統(tǒng)、電驅動系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及其他系統(tǒng)［1］。

3.2.1 基礎通用

基礎通用標準是本領域內其他技術標準制定與實施的前提和基礎，在電動車輛的標準體系中，處于整個架構底層，對整個體系起到支撐和維護作用。主要包括：信號與標志、環(huán)境條件及電磁兼容。

3.2.2 整車

根據GB/T 19596-2017，本標準體系涉及的電動汽車分類如圖2所示。

圖2 電動汽車分類

電動汽車整車標準主要關注安全性、動力性、經濟型等車輛的主要指標或性能。其中，電動汽車特殊安全性作為區(qū)別于傳統(tǒng)汽車安全要求的內容，可適用于大部分類型的電動汽車。動力性和經濟性等其他內容則根據不同的電動汽車類型分別描述。

1） 電動汽車安全性

電動汽車安全性主要考慮電動汽車在儲能、電氣、驅動等方面的特殊性，使得電動汽車在滿足傳統(tǒng)內燃機汽車安全要求的同時，還應符合特殊的安全標準，如觸電防護、電氣安全、有害氣體排放、電池起火防護等。

電動汽車在行駛、靜止、充電等多個狀態(tài)下可能會出現特殊安全性問題，體現在以下幾個方面：一是大質量的車載儲能系統(tǒng)及其相關系統(tǒng)對車輛結構及成員、第三方造成潛在機械傷害；二是高能的車載儲能系統(tǒng)的潛在危險；三是高能電壓系統(tǒng)帶來的觸電傷害。

2） 純電動汽車

純電動汽車整車性能主要側重動力性和經濟性先進技術標準研究。

3） 混合動力電動汽車

混合動力電動汽車的整車性能主要包括：動力性、經濟性和排放性先進技術標準研究。

4） 燃料電池電動汽車

燃料電池電動汽車的整車性能主要包括安全性、動力性和經濟性先進技術標準研究。其中，安全性除了滿足電動汽車安全性要求外，還應考慮車載氫系統(tǒng)等燃料電池電動汽車特有的安全要求。

3.2.3 關鍵系統(tǒng)及部件

1） 車載儲能系統(tǒng)

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

2） 電驅動系統(tǒng)

電驅動系統(tǒng)可分為驅動電機系統(tǒng)、驅動電機單體、動力系及其他三個方面。其中，驅動電機系統(tǒng)是電驅動系統(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汽車整車的安全性、動力性、經濟性及舒適性。

3） 燃料電池系統(tǒng)

燃料電池系統(tǒng)即燃料電池發(fā)動機，是一種將氫氣和氧氣通過電化學反應直接轉化為電能的發(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的電源及電路、通信網絡、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)及部件是指除了儲能、電驅動、整車電控三大系統(tǒng)之外的其他總成和零部件，同樣承擔著電動汽車某項重要功能。如熱管理系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、電動助力轉向系統(tǒng)、DC/DC等。

3.2.4 先進技術標準研究方向

結合產業(yè)需求、技術成熟度，經與國際及國外先進標準對比，分析現行國家行業(yè)標準［2］，制定現有先進技術標準研究方向，見圖3。

圖3 電動車輛先進技術團體標準研究方向

3.3 界面與通信

為使電動汽車傳導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。電動汽車進行無線充電時，需要規(guī)定形狀、大小、規(guī)格等相匹配的傳輸設備。燃料電池電動汽車加氫時，也應確保加氫口和加氫槍的嚴密對接。在充電或加氫過程中，數據通信可提供設備握手、功能交互、安全監(jiān)控等多項重要功能。

結合產業(yè)需求、技術成熟度，經與國際及國外先進標準對比，分析現行國家行業(yè)標準，制定現有界面與通信先進技術標準研究方向，見圖4。

3.4 基礎設施

電動汽車基礎設施是指為電動汽車提供能量補給的設備、場站、服務等。對于可外接充電的電動汽車，具體指充電或換電設施。對于燃料電池電動汽車，具體為加氫設施。中國已經建成規(guī)模龐大的充換電設施，并有相關國家行業(yè)標準。相比之下，燃料電池電動汽車相應基礎設施發(fā)展緩慢，標準空白主要集中于此。

結合產業(yè)需求、技術成熟度，經與國際及國外先進標準對比，分析現行國家行業(yè)標準，制定現有基礎設施先進技術標準研究方向，見圖5。

圖4 界面與通信先進技術團體標準研究方向

圖5 基礎設施先進技術團體標準研究方向

3.5 相關產業(yè)

從電動汽車的全生命周期角度考慮，緊急救援、消防安全、回收利用、遠程服務、存儲和運輸相關領域已成為發(fā)展電動汽車產業(yè)的重要補充。因此各相關產業(yè)的安全、綠色、協(xié)同發(fā)展，是電動汽車產業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的落腳點。

結合產業(yè)需求、技術成熟度，經與國際及國外先進標準對比，分析現行國家行業(yè)標準，制定現有相關產業(yè)先進技術標準研究方向，見圖6。

圖6 相關產業(yè)先進技術團體標準研究方向

4 技術標準研究

4.1 標準需求分析

因低溫環(huán)境對電動汽車的動力性、充電性能、采暖性能、整車環(huán)境適應性都有較大影響，為支持“2022年冬奧會和冬殘奧會”順利召開，保證電動汽車在冬奧會場地及中國華北及以南地區(qū)低溫環(huán)境具有良好的駕乘體驗，提升中國汽車產品形象，基于本標準體系，需研究制定一系列低溫技術團體標準，以填補國家、行業(yè)標準在電動汽車低溫環(huán)境性能要求和試驗方法的空白［3］。

圖7 4地冬季最低氣溫圖

4.2 標準環(huán)境溫度確定

電動汽車性能與環(huán)境溫度息息相關，溫度的確定將決定各項性能指標的確定及試驗的開展。溫度設置過高將導致提供的汽車產品無法滿足冬奧會要求，溫度設置過低將增加汽車企業(yè)的研發(fā)制造成本。因此，確定合理的標準環(huán)境溫度成為制定此系列低溫技術團體標準的首要問題。

4.2.1 數據選取原則

標準環(huán)境溫度選取遵循如下兩個原則。

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

2） 同時兼顧中國電動汽車冬季主要行駛區(qū)域環(huán)境條件。中國幅員遼闊，以目前中國電動汽車的技術現狀難以在東北、西北地區(qū)冬季良好運行，故冬季主要行駛區(qū)域最北部主要為華北地區(qū)。

4.2.2 數據統(tǒng)計分析

根據以上兩點，選取北京（朝陽區(qū)、延慶區(qū)）、張家口、太原4地作為標準試驗環(huán)境溫度基準城市。所選4地近10年11月、12月、1月、2月最低氣溫數據見圖7，統(tǒng)計情況如下。

1） 4地10年間，在冬奧會舉辦月 （2月），最低溫均高于-20℃。

2） 4地10年間，冬季4個月，單日最低溫度數據統(tǒng)計共計160個，其中低于-20℃的月最低溫9個 （占總統(tǒng)計數據比例的5.6%），最低為-24℃。

3） 4地10年間，單日最低溫極值均出現在1月，且整體成波動上揚趨勢。

所選4個城市10年11月、12月、1月、2月的月平均最低溫 （當月每日最低溫加總，除以當月天數） 數據，見圖8。統(tǒng)計情況如下：①4地10年間，冬季4個月，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在1月，且整體成波動上揚趨勢。

圖8 4地冬季平均低溫圖

4.2.3 數據分析結論

標準設定環(huán)境溫度分析結論如下。

1） 4地10年間，北京冬奧會舉辦月 （2月） 最低溫均高于-20℃。

2） 4地10年間，冬季4個月，單日最低溫度低于-20℃的數據占比僅為5.6%，最低為-24℃，車輛當日處于低于-20℃的時間較短，車內溫度很難達到-20℃以下。且，10年來單日低溫極值出現月（1月） 溫度成整體波動上揚趨勢。

3） 4地10年間，冬季4個月，月平均最低溫均高于-20℃。且，10年來低溫極值出現月 （1月） 溫度成整體波動上揚趨勢。

綜上所述，標準設置車輛在試驗基準溫度-20℃，車輛試驗前浸置16h （16:00～8:00，大于日最低溫持續(xù)時間段）。

4.3 標準研討

為研究制定低溫技術系列標準，成立了3個標準研究工作組，組織召開標準研討會19場次，對標準逐項進行充分研討，形成意見建議300余項。邀請專家對標準進行評審，并結合專家意見完善標準相關內容［4］。

4.4 標準試驗驗證

標準技術內容基本確定后，根據標準規(guī)定，在低溫環(huán)境下對純電動乘用車和純電動商用車進行了試驗驗證。因篇幅所限，此處僅列舉其中一項標準《純電動汽車低溫冷起動性能要求及試驗方法》的部分試驗數據，詳見表1～表4。

表1 1#乘用車試驗樣車試驗記錄

試驗證明，此系列低溫團體標準規(guī)定的低溫性能指標適合行業(yè)主流中上等車型，試驗方法科學合理、可操作，對提升電動汽車行業(yè)低溫環(huán)境技術水平具有引導意義。

表2 2#乘用車試驗樣車試驗記錄

表4 2#商用車試驗樣車試驗記錄

表3 1#商用車試驗樣車試驗記錄

4.5 標準研究成果

通過多次研討及試驗驗證，已形成8項低溫先進技術團體標準，并完成團體標準全國公開征求意見，未收到國內汽車行業(yè)相關單位異議。