燃料電池汽車故障分類的方法建議

郭婷 徐月 王國卓 吳詩雨 王志軍 付旺 王芳

摘 要：本文針對燃料電池汽車在實車使用場景下的故障情況特征進行對比分析，從結構特征、運行場景等進行分析，總結歸納燃料電池汽車的故障特征并進行分類。首先通過分析現階段故障標準的現狀，給予清晰的解析；其次分析基于燃料電池結構特征的故障類型，闡述其特征；最后，提出燃料電池汽車故障分類的方法和指標。

關鍵詞：燃料電池，故障分類，標準方法

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.17.029

基金項目：本文受國家重點研發計劃項目“基于中德合作的燃料電池汽車測試評價技術”（項目編號：2022YFE0103100）資助。

Advice and Methods of Classifi cation of Fuel Cell Vehicle Faults

GUO Ting1，2 XU Yue1 WANG Guo-zhuo1，2 WU Shi-yu1，2 WANG Zhi-jun1，2 FU Wang1，2 WANG Fang1*

（1. China Automobile Technology and Research Center Co.， Ltd.； 2. CATARC Automotive Inspection Center Co.， Ltd.，

Tianjin）

Abstract： This paper compares and analyzes the fault characteristics of fuel cell vehicles in real vehicle use scenarios from the aspects of structural characteristics， operation scenarios， etc.， and summarizes and classifi es the fault characteristics of fuel cell vehicles. The paper analyzes the current status of standards for fault， elaborates the characteristics of fault types based on the structural characteristics of fuel cells， and puts forward， the methods and indicators of fuel cell vehicle fault classifi cation.

Keywords： fuel cell， fault classifi cation， standard method

0 引 言

我國燃料電池汽車發展迅速，目前全球保有量已經排名前列，在大規模示范運行期間，燃料電池汽車的可靠性和耐久性尤為重要，也出現一些基于結構特征的故障模式[1-4]。作為未來汽車發展的重要方向，零故障已經成為各大汽車廠家關注的目標，也是提升燃料電池汽車商業化和市場化的重要因素。

截至目前，我國針對現有汽車的特征對汽車故障的分類要求等相關標準進行制定和修訂，現有的故障類標準已經無法覆蓋燃料電池汽車的車型，對于整車類、軸耦合類等相關標準體系，將燃料電池作為重要一部分對其進行新的制定和修訂，同時明確燃料電池汽車的故障分類準則，有助于其全面商業化的推動。

為了更好地提升燃料電池汽車的可靠性，明確其故障的分類方法和關鍵技術指標，本文充分結合了燃料電池汽車的結構特征和行業的技術發展水平，從燃料電池汽車的故障分類入手，基于燃料電池運行的數據統計和分析，重點提出燃料電池汽車典型的故障分類特征和模式。

1 故障分類的標準現狀

1.1 國家標準現狀

我國很早就針對汽車的故障類型進行要求和規范，但是大多數的標準是20世紀制定的。經過多年的發展，汽車已經逐漸走向智能化、電動化，以前的標準已經不能滿足現階段的使用需求，特別是針對燃料電池汽車一些特殊的部件。已經修訂和制定的故障類標準如表1所示。

1.2 燃料電池汽車故障特征

燃料電池汽車具備燃料電池系統和車載氫系統兩大基本特征，這些系統結構復雜，出現故障的概率較大，且經驗積累較少，需要重新進行分類和劃分。如燃料電池系統包括燃料電池堆、空壓機、氫氣循環泵等各種類型的電子器件，車載氫系統涉及高壓的閥件和各類通信等相關的問題。為了更好地界定和明確這類故障，本文收集了大量在五大示范城市群車輛的故障信息，并實際進行社會路面和試驗場路面的測試收集，總結和分類多類型的故障，為標準的制定明確了更好的方案。

2 燃料電池汽車故障分類的方法研究

燃料電池汽車最關鍵的結構就是燃料電池系統和車載氫系統。燃料電池系統由氫氣供應系統、空氣供應系統、水熱管理模塊、燃料電池模塊、控制系統、支架管路及線束等多個子系統構成。車載氫系統包括儲氫容器、壓力釋放閥、壓力調節器、單向閥、過流保護閥、主關斷閥以及氫氣加注口等。這兩個特殊的結構會導致在實際車輛運行過程中出現不同的故障模式。為了更好地促進燃料電池汽車的商業化發展，本文收集了目前燃料電池汽車在五大示范城市群的故障數據以及實車在社會路面和試驗場的故障數據，進行總結分析。

2.1 故障的影響因素

根據影響燃料電池汽車的故障因素劃分：由電子器件的電磁干擾、靜電、供電不穩等原因造成的故障稱之為電氣故障；由本身的傳感器、電磁閥件、水泵等造成的故障稱之為設備故障；由汽車運行工況如振動、機械碰撞導致的故障叫作機械故障；由于高低溫高原環境等對燃料電池汽車造成的影響，如低溫漏液、催化劑失效、動力功率限制等稱之為環境故障。另外還有一些諸如操作人員的不當導致的故障被認為是主觀故障。

2.2 故障的分類方法

根據危害燃料電池汽車的運行程度，將故障分為四類，即一類故障、二類故障、三類故障和四類故障。一類故障定義為已經嚴重影響燃料電池汽車的運行，對車身和人員的安全沒有保障，會造成車輛的緊急停機等問題，也稱為致命故障。二類故障一般指影響燃料系統和動力系統的正常運行，車輛的關鍵性能明顯下降等問題，稱為嚴重故障。三類故障一般指非主要零部件的問題且該問題能在短時間內解決，也叫一般故障。四類故障基本指不影響車輛行駛，不更換零部件而影響司機駕駛體驗的故障，也叫輕微故障。

2.3 故障的功能分類

除燃料電池汽車自身的特征會出現一系列故障以外，還有些故障是燃油車和電動車共性的問題，為了更好地與所有類型的車型協同，目前故障類標準的框架主要從動力系統、能量系統、傳動系統、制動系統、轉向系統等十余項功能分類，如表2所示。

2.4 故障的等級分類

通過現階段數據的總結分析，將故障等級如表3進行劃分。

2.5 性能失效的分類

對于所有的車型來說，隨著車輛運行的開展，整車的關鍵性能會隨著運行里程的增加而降低，如加速動力性能、氫耗經濟性能、電池使用性能等，從而無法滿足消費者的使用需求。為了更好地推動實現汽車質量強國的發展目標，對整車的可靠性也需要通過故障的分類進行鑒別和要求，對于造成整車主要性能明顯下降的可以判定為嚴重故障即二類故障。基于燃料電池汽車的運行特點，總結四點需要進行監控的性能，用于評價燃料電池汽車的質量性能和下降指標，如表4所示。

3 結 語

在燃料電池汽車快速發展的同時，也需要對其可靠性進行一定的要求。本文先對目前整車類故障標準進行現狀分析，然后通過大數據統計和處理，將燃料電池的分類原則和故障特征進行闡述，最后對燃料電池汽車出現的一系列故障進行等級分類，并提出性能失效分類，以期為廠家在生產過程中明確研發和使用要求，更好地為燃料電池汽車的行業作出貢獻。

參考文獻

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作者簡介

郭婷，博士，高級工程師，研究方向為燃料電池測試評價技術。

（責任編輯：袁文靜）