《燃料电池发动机高原性能测试模拟试验方法》标准文本附编制说明

ICS43.120

T47

团体标准

T/CSAEXXX—XXXX

燃料电池发动机高原性能测试模拟试

验方法

Simulationtestmethodforhighaltitudeperformanceoffuel

cellengines

（征求意见稿）

在提交意见反馈时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

中国汽车工程学会发布

T/CSAEXXX—XXXX

目次

前言.....................................................................II

1范围......................................................................1

2规范性引用文件.............................................................1

3术语和定义.................................................................1

4试验条件...................................................................1

4.1测量参数、单位及准确度.................................................1

4.2测试设备条件...........................................................1

4.3燃料电池发动机条件.....................................................2

5试验准备...................................................................2

5.1试验要求...............................................................2

5.2试验数据采集及加载误差要求.............................................2

5.3热机方法...............................................................2

6试验方法...................................................................2

6.1试验海拔高度...........................................................2

6.2模拟高原起动特性试验...................................................3

6.3模拟高原稳态特性试验...................................................4

7数据处理...................................................................4

附录A（资料性）海拔对应大气压力、温度及湿度参数推荐值.......................5

附录B（规范性）试验数据记录.................................................6

附录C（资料性）相关计算公式.................................................7

I

T/CSAEXXX—XXXX

燃料电池发动机高原性能测试模拟试验方法

1范围

本文件描述了质子交换膜燃料电池发动机高原性能测试模拟试验方法。

本文件适用于质子交换膜燃料电池发动机。

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文本件必不可少的条款。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/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定

GB/T20626.1特殊环境条件高原电工电子产品第1部分：通用技术要求

GB/T24548燃料电池电动汽车术语

GB/T24554燃料电池发动机性能试验方法

GB/T25319汽车用燃料电池发电系统技术条件

GB/T37244质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气

3术语和定义

GB/T24548及GB/T25319界定的术语和定义适用于本文件。

4试验条件

4.1测量参数、单位及准确度

试验测量的参数、单位、准确度和分辨率要求应符合表1的规定。

表1测量参数、单位、准确度和分辨率要求

测量参数单位准确度分辨率

时间s±0.10.1

电压V±0.3%FSDa或±1%rdgb0.1

电流A±0.3%FSD或±1%rdg0.1

压力kPa±20.01

温度℃±10.05

湿度%RH±5%0.1%RH

质量流量g/s≤1.0%FSD

aFSD：满量程

brdg：读数

4.2测试设备条件

测试设备应满足以下条件：

a)试验用环境舱或台架应具备氢气浓度监测报警装置及通风装置；

b)试验用环境舱或台架应满足燃料电池发动机所需散热需求；

1

c)试验用环境舱或台架应该具备海平面大气至设计高度指标以上的压力指标参数及

压力调节装置；

d)试验用环境舱温度范围应在-30℃~60℃；

e)试验用环境舱或负压模块静态压力波动范围：±3kPa，动态压力波动范围：±5kPa；

f)试验设备数据采样频应率不低于5Hz；

g)试验用燃料应符合GB/T37244规定要求。

4.3燃料电池发动机条件

燃料电池发动机应满足以下要求：

a)燃料电池发动机各系统组成完整；

b)燃料电池发动机有可靠的安全保护系统；

c)燃料电池发动机若选用非承压式溢水壶，则溢水壶上方液面应符合不同海拔压力要

求；

d)燃料电池发动机已按GB/T24554-2022试验项目要求完成：气密性测试、起动特性

试验、额定功率试验、稳态特性试验等性能试验以及绝缘电阻测试试验并检验合格，

同时应满足制造商技术文件规定。

5试验准备

5.1试验要求

试验前及试验过程中，燃料电池发动机应满足以下条件：

a)试验前，燃料电池发动机冷却液加注完成；

b)试验前，将燃料电池发动机置于测试环境中，燃料电池发动机准备工作完成，接受

起动指令后，可正常起动测试；

c)燃料电池发动机在试验过程中不允许补充冷却液及加湿用水，开始进行测试后，包

括在测试过程中，不对燃料电池发动机做出任何改动。

5.2试验数据采集及加载误差要求

试验过程中，数据采集频率及功率加载误差要求应满足以下要求：

a)试验数据采样频率不低于5Hz；

b)在功率、效率等参数计算中，按GB/T8170的规定修约至小数点后2位，特殊说明

除外；

c)燃料电池发动机的实际稳态加载功率误差应符合GB/T24554-2022中5.6的要求。

5.3热机方法

按照制造商的使用规定，使燃料电池发动机工作在一定功率，同时监测燃料电池发动机

冷却液的出口温度达到制造商指定的正常工作温度，即认为燃料电池发动机达到热机状态。

6试验方法

6.1试验海拔高度

根据海拔高度对燃料电池发动机的影响程度，设定为1000m，2000m，2500m，3000m，

3500m，4000m，4500m，5000m共8个海拔高度，海拔高度对应的大气压力、温湿度可参

2

照附录A。

6.2模拟高原起动特性试验

6.2.1怠速热起动试验

6.2.1.1试验方法

燃料电池发动机按照以下步骤进行怠速热起动试验：

a)每个工况试验前，燃料电池发动机置于环境舱或试验室中，依据不同海拔要求设定

环境舱或试验室的温度、压力、湿度（参照附录A），并保证燃料电池发动机在完

成设定的环境中至少放置10min；

b)按照5.4规定的方法对燃料电池发动机进行热机，使燃料电池发动机处于热机状态；

c)热机过程结束后，停机10s，按照制造商建议步骤起动燃料电池发动机；

d)燃料电池发动机起动成功后，在怠速状态（或燃料电池发动机最低功率点）下至少

持续运行10min；

e)完成一个海拔工况后，按照制造商规定的方式执行燃料电池发动机停机过程；

f)重复步骤a）至e），直至完成6.1要求试验海拔高度（或依据制造商推荐的海拔高

度）工况测试。

6.2.1.2试验过程数据记录

试验过程中数据记录如下（数据记录表参考附录B）：

a)起动时间；

b)燃料电池电堆（或燃料电池发动机）电压；

c)燃料电池电堆（或燃料电池发动机）电流；

d)辅助系统（包括空压机、氢循环泵、冷却泵、控制器等部件）电压；

e)辅助系统（包括空压机、氢循环泵、冷却泵、控制器等部件）电流；

f)氢气流量。

6.2.2额定功率热起动试验

6.2.2.1试验方法

燃料电池发动机按照以下步骤进行额定功率热起动试验：

a)每个工况试验前，燃料电池发动机置于环境舱或试验室中，依据不同海拔要求设定

环境舱或试验室的温度、压力、湿度（参照附录A），并保证燃料电池发动机在完

成设定的环境中至少放置10min；

b)按照5.4规定的方法对燃料电池发动机进行热机，使燃料电池发动机处于热机状态。

c)热机过程结束后，停机10s，按照制造商建议步骤起动燃料电池发动机；

d)按照制造商的加载方式加载到额定功率（0m海拔下的额定功率，以PE表示），在

额定功率下至少持续稳定运行10min；

e)完成一个海拔工况后，按照制造商规定的方式执行燃料电池发动机停机过程；

f)重复步骤a）至e），直至完成6.1要求试验海拔高度（或依据制造商推荐的海拔高

度）工况测试。

注：如在某海拔工况下无法达到额定功率，则加载到最高稳定功率。

3

6.2.2.2试验过程数据记录

试验过程中数据记录如下（数据记录表参考附录B）：

a)起动时间；

b)燃料电池电堆（或燃料电池发动机）电压；

c)燃料电池电堆（或燃料电池发动机）电流；

d)辅助系统（包括空压机、氢循环泵、冷却泵、控制器等部件）电压；

e)辅助系统（包括空压机、氢循环泵、冷却泵、控制器等部件）电流；

f)氢气流量。

6.3模拟高原稳态特性试验

6.3.1试验方法

燃料电池发动机按照以下步骤进行高原稳态特性试验测试：

a)每个工况试验前，燃料电池发动机置于环境舱或试验室中，依据不同海拔要求设定

环境舱或试验室的温度、压力、湿度（参照附录A），并保证燃料电池发动机在完

成设定的环境中至少放置10min；

b)按照5.4规定的方法对燃料电池发动机进行热机，使燃料电池发动机处于热机状态；

c)热机过程结束后，回到怠速状态（或燃料电池发动机最低功率点）状态运行10s；

d)照制造商规定的方式启动燃料电池发动机，加载到预先确定的工况点，推荐怠速状

态（或燃料电池发动机最低功率点），10%PE、20%PE、30%PE、40%PE、50%PE、60%PE、

70%PE、80%PE、90%PE、PE，每个工况点至少稳定运行3min，每个工况分析数据

的时间长度不少于2min；

e)完成一个海拔工况后，按照制造商规定的方式执行燃料电池发动机停机过程；

f)重复步骤a）至e），直至完成6.1要求试验海拔高度（或依据制造商推荐的海拔高

度）工况测试。

注：如在某海拔工况下无法达到预先确定的工况点，则加载到最高稳定功率，该海拔工况测试结束。

6.3.2试验过程数据记录

试验过程中数据记录如下（数据记录表参考附录B）：

a)加载响应时间；

b)燃料电池电堆（或燃料电池发动机）电压；

c)燃料电池电堆（或燃料电池发动机）电流；

d)辅助系统（包括空压机、氢循环泵、冷却泵、控制器等部件）电压；

e)辅助系统（包括空压机、氢循环泵、冷却泵、控制器等部件）电流；

f)氢气流量。

7数据处理

燃料电池发动机功率、燃料电池发动机效率、燃料电池发动机功率衰减率按照附录C提

供的方法进行试验结果处理。

4

附录A

（资料性）

海拔对应大气压力、温度及湿度参数推荐值

海拔对应大气压力、温度及湿度参数推荐值见表A.1

表A.1海拔对应大气压力、温度及湿度参数推荐表

相对湿度

海拔年平均大气压力年平均温度

RH%

mkPa℃

最湿月月平均最大最干月月平均最小

0101.320±595、9020

100090.020±595、9020

200079.515±59015

250074.715±59015

300070.110±59015

350065.810±59015

400061.75±59015

450057.75±59015

500054.00±59015

不同海拔下对应的大气压力可参考表A.1或按照计算公式（A.1）计算：

0.0065퐻5.256

푃=푃×(1−)（A.1）

0288.15

式中：

P——不同海拔下对应的大气压力，单位为kPa；

P0——0m海拔高度下的大气压力，单位为kPa；

H——海拔高度，单位为m。

5

附录B

（资料性）

试验数据记录

怠速/额定功率起动试验数据记录见表B.1，稳态特性试验数据记录见表B.2。

表B.1怠速/额定功率起动试验数据记录表

电堆电堆发动机发动机起动辅助系统辅助系统氢气

测试海拔

电流电压电流电压时间电压电流流量

项目m

AVAVsVAg/s

0

1000

2000

怠速/额定2500

功率起动3000

试验3500

4000

4500

5000

表B.2稳态特性试验数据记录表

测试电堆电堆发动机发动机加载响辅助系统辅助系统氢气

海拔

项目工况电流电压电流电压应时间电压电流流量

m

AVAVsVAg/s

0

1000

2000

怠速、2500

稳态特性

10%PE3000

试验

……3500

4000

4500

5000

6

附录C

（规范性）

相关计算公式

C.1燃料电池发动机功率

如果燃料电池发动机的电压和电流直接测量得到，则燃料电池发动机功率按照（C.1）

计算：

푃퐹=푈퐹∙퐼퐹/1000（C.1）

式中：

PF——燃料电池发动机功率，单位为千瓦（kW）；

UF——燃料电池发动机电压，单位为伏特（V）；

IF——燃料电池发动机电流，单位为安培（A）。

如果燃料电池发动机功率由燃料电池电堆功率和辅助系统功率相减得到，那么燃料电池

发动机功率按照公式（C.2）计算：

푃퐹=푃푆−푃퐴（C.2）

式中：

PF——燃料电池发动机功率，单位为千瓦（kW）；

PS——燃料电池电堆功率，单位为千瓦（kW）；

PA——辅助系统功率，单位为千瓦（kW）。

燃料电池发动机功率按照公式C.1进行计算，若无法直接测量燃料电池堆电压和电流，

则按照C.2计算。

C.2燃料电池发动机效率

燃料电池发动机效率按公式（C.3）计算：

1000푃퐹

휂퐹=×100%（C.3）

퐿퐻푉퐻2×푚퐻2

式中：

ηF——燃料电池发动机效率；

PF——燃料电池发动机功率，单位为千瓦（kW）；

mH2——氢气流量，单位为克每秒（g/s）；

5

LHVH2——氢气低热值，1.2×10（kJ/kg）。

C.3燃料电池发动机功率衰减率

不同海拔下燃料电池发动机功率衰减率按照公式（C.4）计算：

푃

푘=퐸—푃퐻×100%（C.4）

푃퐸

式中：

k——燃料电池发动机功率衰减率；

PE——0m海拔高度下燃料电池发动机额定功率，单位为千瓦（kW）；

PH——不同海拔下燃料电池发动机最高稳定功率，单位为千瓦（kW）。

7

《燃料电池发动机高原性能测试模拟试验方法》

编制说明

一、工作简况

1.1任务来源

《燃料电池发动机高原性能测试模拟试验方法》团体标准是由中国汽车工程学会批准立项。

文件号中汽学函【2022】17号，任务号为2022-17。本标准由特嗨氢能检测（保定）有限公司

提出，未势能源科技有限公司、北京科技大学、潍柴新能源动力科技有限公司、上海捷氢科技

股份有限公司（上汽集团）、中国第一汽车集团有限公司、中汽研新能源汽车检验中心（天津）

有限公司、重庆大学、吉林大学、重庆长安新能源汽车科技有限公司、襄阳达安汽车检测中心

有限公司（东风汽车）、上海重塑能源科技有限公司等单位起草。

1.2编制背景与目标

随着城市示范群的不断扩大，海拔高度从几米到几千米快速攀升，车辆对燃料电池发动机

的功率需求不断提高，燃料电池系统的高海拔稳定运行的能力以及输出功率的大小，变得尤为

重要。

当前国内相关厂商和机构提出的高海拔测试方法，均为基于零部件例如空压机，水泵等的

高海拔测试方法或标准，无法指导燃料电池系统级高海拔测试。而燃料电池发动机的高海拔运

行性能，是燃料电池发动机运行环境的关键性能参数指标，同样也是燃料电池发动机可覆盖区

域运行范围的关键评判标准。

1.3主要工作过程

1.3.1预研阶段

由特嗨氢能检测（保定）有限公司牵头，拟与未势能源科技有限公司、北京科技大学、中

国汽车技术研究中心有限公司、北京理工大学等单位组成工作组。

本标准于2021年10月开始构思，2021年12月进行了标准相关的试验操作工作，2022年

1月进行了标准的编制工作。

1.3.2立项阶段

本文件于2022年3月进行标准的申报工作，由中国汽车工程学会批准立项。文件号中汽

学函【2022】17号，任务号为2022-17。

1.3.3征求意见阶段

2022年6月通过网络和邮箱的方式，发起了第一次标准意见征集，2022年7月组织了线

上启动会及第一次标准意见评审会，会议由特嗨氢能检测（保定）有限公司对本标准的来源、

1

技术内容、编制说明等进行了简要的介绍，各与会专家对标准的内容进行了详细地讨论，主要

讨论了“是否需要明确高原模拟是采用管路模拟还是环境舱模拟”、“如何真实模拟燃料电池

系统在高海拔环境下的测试，明确不同的海拔对应的压力范围，压力的精度如何定义”、“实

际试验过程中，燃料电池系统拉载造成的环境舱压力波动如何处理”、“采集哪些试验数据，

是否增加单片电压的变化作为判定依据”等问题。

2022年9月组织了起草组内的一次意见评审，会议由特嗨氢能检测（保定）有限公司对

正在调整中的标准内容进行了简要介绍，主要讨论了“散热系统位置在舱内外的影响”、“不

同地区的海拔差异对试验的影响”等问题。

2023年10月通过网络和邮箱的方式，发起了第二次意见征集，特嗨氢能检测（保定）有

限公司对标准内容进行了意见修改，主要针对海拔压力单位，额定功率定义，测试标定过程、

环境仓温度范围，试验项目，测试步骤等问题进行了修改。

2024年1月，通过网络和邮箱的方式，发起了第三次意见征集，特嗨氢能检测（保定）

有限公司对标准内容进行了意见修改，主要针对海拔高度术语，数据记录处理，测试步骤及格

式等问题进行了修改。

1.4主要起草人、单位及承担工作

本标准主要起草人包括张建华、田俊龙、张磊、封利利、段志杰、陈东方等共14人。具体

工作如表1所示。

表1标准主要起草人及所做工作

姓名单位承担工作

主持标准的编写工作，负责组织和协调，制定标准编写框架，全

特嗨氢能检测（保定）有面参与标准内容的编写，重点编写“1范围”、“4试验条件”、“附

张建华

限公司录”和资料收集，负责标准的内部审核，同时审核标准征求意见汇

总处理表和标准编制说明。

主持标准的编写工作，负责组织和协调，制定标准编写框架，全

未势能源科技有限面参与标准内容的编写，重点编写“2规范性引用文件”、“3术语

田俊龙

公司和定义”，“6试验方法”、与维护”和资料收集，负责标准的内部审

核，同时审核标准征求意见汇总处理表和标准编制说明。

参与制定标准编写框架，参与标准的调研和资料收集。参与编写

特嗨氢能检测（保定）有

张磊“6试验方法”和“7数据处理”的内容，参与标准的内部审核，同时

限公司

审核标准编制说明。

特嗨氢能检测（保定）有参与制定标准编写框架，参与标准的调研和资料收集。参与编写

封利利

限公司“6试验方法”，参与标准的内部审核，同时审核标准编制说明。

特嗨氢能检测（保定）有参与制定标准编写框架，参与标准的调研和资料收集。参与编写

段志洁

限公司“6试验方法”，参与标准的内部审核，同时审核标准编制说明。

参与制定标准编写框架，参与标准的调研和资料收集。参与编写

陈东方北京科技大学

“6试验方法”，参与标准的内部审核，同时审核标准编制说明。

2

（续）表1标准主要起草人及所做工作

姓名单位承担工作

潍柴新能源动力科技有限

张同伟参与标准的内部审核，同时审核标准编制说明。

公司

上海捷氢科技股份有限公

陈沛参与标准的内部审核，同时审核标准编制说明。

司

中国第一汽车股份有限公

王宇鹏参与标准的内部审核，同时审核标准编制说明。

司

中国汽车技术研究中心有

郝冬参与标准的内部审核，同时审核标准编制说明。

限公司

张财志重庆大学参与标准的内部审核，同时审核标准编制说明。

高金武吉林大学参与标准的内部审核，同时审核标准编制说明。

李如菊深蓝汽车科技有限公司参与标准的内部审核，同时审核标准编制说明。

襄阳达安汽车检测中心有

张晓鹏参与标准的内部审核，同时审核标准编制说明。

限公司

上海重塑能源科技有限

魏青龙参与标准的内部审核，同时审核标准编制说明。

公司

二、标准编制原则和主要内容

2.1标准制定原则

制定标准，使燃料电池发动机高原环境测试有据可依。

目前国内无燃料电池发动机相关的高原试验标准，只有相关的一些环境测试标准，参考了

GB/T24554-2022《燃料电池发动机性能试验方法》、GB/T20626.1-2017《特殊环境条件高原

电工电子产品第1部分：通用技术要求》等标准。本标准以燃料电池发动为试验对象，主要模

拟了燃料电池发动机在不同高原工况下的性能测试方法。

2.1.1通用性原则

本标准提出的燃料发动机高原模拟试验方法，可采用高原环境模拟舱或管道舱等对发动机

进行高原性能测试，可为整车高原性能提供测试基础，通用性高。

2.1.2指导性原则

本文件提出的方法能为燃料电池发动机及整车高原测试方法提供指导作用。目前无参照或

依据标准。

2.1.3协调性原则

本文件提出的方法与目前使用的国家标准中的方法协调统一、互不交叉。仅作为一种更便

捷、精确度更高、更高效的方法对目前使用的方法进行补充。

2.1.4兼容性原则

3

本文件提出的模拟高原性能测试方法充分考虑了不同高原工况下对发动机性能的影响，具

有普遍适用性。

2.1.5规范性原则

本标准根据《中华人民共和国标准化法》及相关法律、规章，按照GB/T1.1—2020《标准

化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》中的原则要求进行的，并参考了单位、

符号、用语的相关标准，保障了标准文本编写的规范性。

2.2标准主要技术内容

标准分为八大部分内容，第一部分是范围，第二部分是规范性引用文件，第三部分是术语

和定义，第四部分是试验条件，第五部分是试验准备，第六部分是试验方法，第七部分是数据

处理，第八部分是附录。

第一部分范围，主要内容是适用于的燃料电池发动机类型；第二部分规范性引用文件，主

要内容是标准文本内容中所引用的术语定义以及相关内容；第三部分术语和定义，主要内容是

对标准文本中的一些术语/名词进行定义；第四部分试验条件，对标准文本中测试参数、参数

单位以及测量准确度进行了定义，及测试设备条件，燃料电池发动机条件等；第五部分试验准

备，规定了试验前及试验中燃料电池发动机的要求，热机方法的要求，及试验过程中，数据采

集频率及加载误差要求；第六部分试验方法，主要内容是对于燃料电池发动机高原起动特性试

验、高原稳态特性试验等试验方法进行了详细的阐述；第七部分规定了数据处理的方法；第八

部分附录，推荐了不同海拔对应大气压力、温度及湿度参数，相关试验数据记录及相关计算公

式等。

2.3关键技术问题说明

目前市场上大多数的燃料电池汽车都以海拔1000m以内运行，随着示范运营区域范围的扩

大以及车辆对燃料电池系统在高海拔地区的功率需求不断提升，对于燃料电池系统的高海拔稳

定运行的能力以及输出功率能否满足设计要求，变得越来越重要，并且目前尚无关于燃料电池

系统的高海拔试验方法。当前国内相关厂商和机构提出的高海拔测试方法，均为基于零部件例

如空压机，水泵等的高海拔测试方法或标准，无法指导燃料电池系统级高海拔测试。燃料电池

系统高海拔测试是需要基于燃料电池堆以及零部件的性能耦合测试，需要整体的测试评判标准。

本标准核心关注燃料电池系统的高海拔空压机、水泵等零部件的性能，是否满足高原工况

下的操作条件，及高原工况下对燃料电池发动机功率、效率等性能的影响。

2.4标准主要内容的论据

通过对不同海拔下燃料电池发动机的性能测试，重点分析了燃料电池发动机功率，效率等

4

性能。燃料电池发动机功率测试结果如图1：

100

80

）

60

kw

40

功率（20

0

50150250350450

电流（A）

500m系统净输出EL（kw）1000m系统净输出EL（kw）

1500m系统净输出EL（kw）2000m系统净输出EL（kw）

2500m系统净输出EL（kw）