CN107037364A - 燃料电池车测试系统和燃料电池车测试方法 - Google Patents

燃料电池车测试系统和燃料电池车测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供燃料电池车测试系统和燃料电池车测试方法，能以更简单的设备进行燃料电池车的动力系统的测试，所述燃料电池车测试系统包括：测功机，与装载在燃料电池车上的电动机的输出轴连接，对所述电动机施加模拟行驶负荷；以及供电模拟器，模拟装载在所述燃料电池车上的燃料电池的动作，向所述电动机提供应该从所述燃料电池向所述电动机供给的电力。

Description

燃料电池车测试系统和燃料电池车测试方法
技术领域
本发明涉及用于评价燃料电池车等而进行测试的燃料电池车测试系统等，特别涉及适合用于燃料电池车的动力系统测试的测试系统。
背景技术
为了确认装载到燃料电池车上的所述动力系统的性能以及评价开发中的动力系统，已为公众所知的有对所述动力系统以单个的方式进行测试的系统(例如专利文献1)。在所述专利文献1中公开了，把燃料电池车的动力系统(在此是电动机及其控制装置)与测功机连接，进行所述动力系统的评价测试。在该构成中，电动机上连接有用于供电或存储再生电力的实际的燃料电池和辅助电池。
可是，在所述的系统中，因为使用实际的燃料电池，所以需要高压的氢容器等，会产生与操作等有关的安全性等问题。因此，使周围设备变得大型化，用于保证安全性的安排需要花费很多劳力和时间。
此外，燃料电池受到温度、湿度、氢压力等的影响会改变状态，因此例如难以在同一条件下重复测试，存在不能顺利地进行开发和确定故障的问题。
现有技术文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2001-91410号
发明内容
因此，本发明的目的是，能够更简单、更安全且以高可靠性以单个的方式实施燃料电池车的动力系统的测试。
即，本发明提供一种燃料电池车测试系统，其包括：测功机，与装载在燃料电池车上的电动机的输出轴连接，对所述电动机施加模拟行驶负荷；以及供电模拟器，模拟装载在所述燃料电池车上的燃料电池的动作，向所述电动机提供应该从所述燃料电池向所述电动机供给的电力。此外，本发明还提供一种燃料电池车测试方法，其包括：对装载在燃料电池车上的电动机施加模拟行驶负荷；以及模拟装载在所述燃料电池车上的燃料电池的动作，向所述电动机提供应该从所述燃料电池向所述电动机供给的电力。
按照所述的构成，当进行燃料电池车的动力系统测试时，不需要燃料电池，伴随与此也不需要高压的氢容器等，因此能够用简单的设备更安全地进行测试。此外，因为使用模拟燃料电池，所以没有实际的燃料电池那样的意外的变动因素，能够进行重复可靠性高的测试。
存在有在燃料电池车上装载辅助燃料电池的辅助电池的情况。如果所述供电模拟器还具有模拟所述辅助电池的动作的功能，则能够更简单地进行重复可靠性高的测试。
作为具体的实施方式，可以举出下述方式：所述供电模拟器根据测试情况，在模拟燃料电池的动作情况和模拟辅助电池的动作情况之间进行切换，进一步优选的是，根据测试情况，还能切换为同时模拟燃料电池和辅助电池双方的动作的情况。
例如为了能够自由地安装车辆厂家等用户独自具有的、针对燃料电池的控制顺序，从而有助于开发基于用户的燃料电池车等，优选的是，所述燃料电池车测试系统还包括主控制装置，所述主控制装置至少根据包括加速踏板开度或制动器踩下程度的行驶数据，控制燃料电池，并且用户能重写所述主控制装置的控制顺序数据。
按照所述的构成，不仅能够简单且安全地测试燃料电池车的动力系统，而且能够提高测试的重复可靠性。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的燃料电池车测试系统的整体示意图。
图2是同实施方式的供电模拟器的等价电路。
图3是同实施方式的主控制装置的功能框图。
图4是燃料电池的IV特性图的一个例子。
附图标记说明
100…燃料电池车测试系统
M…电动机
1…测功机
3…供电模拟器
4…主控制装置
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的一个实施方式。
如图1所示，本实施方式的燃料电池车测试系统100，以单个的方式对燃料电池车的动力系统PU进行测试，具有测功机1、行驶数据提供装置2、主控制装置4以及供电模拟器3。
在此，所谓的动力系统PU，是装载在燃料电池车上的行驶用电动机M(以下也简称为电动机M)、对该电动机M进行驱动控制的逆变器式电机驱动控制装置INV(以下，也简称为电机驱动控制装置INV)。
接着，说明所述燃料电池车测试系统100的各部分。
所述测功机1模拟在路上行驶中作用的负荷或驱动力并将其向所述电动机M的输出轴提供。具体地说，虽然未进行图示，但是测功机1具备：飞轮，再现因车体的重量等产生的惯性力；以及电动机及其控制装置，用于再现路上行驶中的阻力等，在此，测功机1例如使用与用于发动机车辆的装置相同的装置。
行驶数据提供装置2例如是具有CPU、存储器、通信端口等的信息处理装置(计算机)。该信息处理装置存储有在测试中使用的几个驾驶模式，例如如果由操作者决定了测试中的驾驶模式，则行驶数据提供装置2将所述驾驶模式下的加速踏板开度数据、制动器踩下程度数据等行驶数据向所述主控制装置4发送。
主控制装置4例如是具有CPU、存储器、通信端口等的信息处理装置(计算机)，在功能上如图3所示，包括：主控制部4a，用于根据各种参数控制所述电机驱动控制装置INV、燃料电池或者辅助电池等；参数接收部4b，接收所述的参数；以及控制顺序数据接收部4c，接收所述主控制部4a的控制顺序数据。
所述参数接收部4b接收的参数是所述行驶数据；从电机驱动控制装置INV发送来的电机电流、电机转速等电机状态数据；或者从燃料电池取得的发电量、燃料(氢)剩余量等燃料电池状态数据；从辅助电池取得的发电/充电量、剩余电量等辅助电池状态数据；等等。
所述主控制部4a根据所述行驶数据、所述电机状态数据、燃料电池数据、辅助电池数据等，控制电机驱动控制装置INV、燃料电池和辅助电池。针对电机驱动控制装置INV，例如进行电机驱动频率的设定等，针对燃料电池和辅助电池，根据存储在存储器中的控制顺序数据，例如进行氢供给量的控制和与切换使用哪个电池等有关的控制等。
如上所述，所述控制顺序数据接收部4c接收控制顺序数据。所述控制顺序数据从通信或存储卡等取得并能重写。设置所述控制顺序数据接收部4c是因为各个用户(例如车辆厂家)的、与行驶状态和燃料电池状态等对应的电机驱动控制及燃料电池控制各不相同，并且这些控制大多为核心技术，通过设置所述控制顺序数据接收部4c，使得能够由用户自身自由地决定、修正控制顺序数据，并将其安装到所述主控制装置4上。另外，在本实施方式中，预先设定作为默认的控制顺序数据。
如图1所示，所述供电模拟器3在物理上而言，例如是具备直流转换器31和电力控制装置32的电路，所述直流转换器31把从商用交流电源AC输出的交流电流转换为直流电流，电力控制装置32通过控制所述直流转换器31，将所述输出电流和输出电压控制成所希望的值，所述供电模拟器3在功能上模拟装载在燃料电池车上的燃料电池和辅助电池(能充电的例如铅蓄电池和锂离子电池等二次电池)的动作。
以下具体地进行说明。
所述直流转换器31是AC/DC转换器(未图示)或在AC/DC转换器上附加有DC/DC转换器(未图示)的转换器，例如通过开关元件(未图示)的时间控制(timing control)等能够调整输出电压和输入输出阻抗。
所述电力控制装置32是具备CPU、存储器、A/D转换器、D/A转换器、输入输出端口等的电子电路，通过根据存储在所述存储器中的规定的程序控制所述直流转换器31，使所述供电模拟器3发挥作为模拟燃料电池的动作的燃料电池模拟部32a、模拟辅助电池的动作的辅助电池模拟部32b等(图2所示)的功能。
由于燃料电池通过化学反应生成电力，所以本来所述燃料电池模拟部32a优选的是基于所述化学反应进行模拟。可是，如果采用所述的构成，则计算会耗费较多的时间，存在牺牲实时性的问题。因此，在本实施方式中，重视计算的高速化，燃料电池模拟部32a如图2所示，基于在内部阻抗和响应性方面与实际的燃料电池大体同等的等价电路计算燃料电池应该输出的电压和电流，并以使所述直流转换器31输出所述电压和电流的方式发送指令信号。所述等价电路预先存储在所述存储器中。
此外，如果燃料电池动作，则会消耗作为燃料的氢，所述燃料电池模拟部32a通过计算也能求出氢消耗量，并能够计算并输出剩余燃料。氢消耗量例如通过输出电流×时间×系数计算出来。
另外，除了利用所述等价电路的方式以外，例如也可以在存储器预先存储图4所示的燃料电池的IV特性图，根据该IV特性图计算燃料电池的输出(电流和/或电压)。
与所述燃料电池模拟部32a同样地，所述辅助电池模拟部32b基于在内部阻抗和响应性方面与实际的辅助电池大体同等的等价电路(图2所示)，计算辅助电池应该输出的电压和电流，并以使所述直流转换器31输出所述电压和电流的方式发送指令信号。
另外，所述等价电路预先存储在所述存储器中。除了所述等价电路以外，例如也可以在存储器中预先存储辅助电池的IV特性图(未图示)，并根据该图计算辅助电池的输出和输入。
此外，因为也存在利用来自电动机M的再生电力对辅助电池进行充电的情况，所以当电动机M作为发电机进行作用时，在此的辅助电池模拟部32b能够以使从电动机M通过电机驱动控制装置INV返回的电力成为基于所述等价电路计算出的电流、电压的方式，控制所述供电模拟器3的例如输入阻抗。此时的辅助电池模拟部32b，也计算出并输出辅助电池的充电量。
接着，说明所述结构的燃料电池车测试系统100的动作的一个例子。
在此，作为燃料电池车中的控制顺序，说明对电动机M供电时使用燃料电池的情况，此外说明储存从电动机M再生的电力或者作为在燃料电池的输出降低时的辅助性电源使用辅助电池的情况。
当所述主控制装置4根据所述行驶数据和电机状态数据等判断为例如处于加速时等如果是实际的车辆则从燃料电池向电动机M供电的测试情况时，所述主控制装置4向所述供电模拟器3发送使燃料电池输出规定的电力的控制信号。
于是，所述燃料电池模拟部32a接收所述控制信号，并基于燃料电池的等价电路等计算出应该输出的电压和电流，使直流转换器31输出所述电压和电流。此时由于实际上消耗作为燃料的氢，所以所述燃料电池模拟部32a通过计算求出所述氢消耗量，也计算出并存储剩余燃料并且将其向主控制装置4发送。
此外，在同测试中，当所述主控制装置4根据所述行驶数据和电机状态数据等，判断为例如处于松开加速踏板时的惯性行驶、下坡行驶等如果是实际的车辆则处于电动机M作为发电机发挥功能并对辅助电池充电的情况时，所述主控制装置4生成使燃料电池的输出停止并且对辅助电池充电的控制信号，并将该控制信号向供电模拟器3发送。
于是，所述燃料电池模拟部32a停止其功能，另一方面所述辅助电池模拟部32b根据辅助电池的等价电路等，计算出应该对辅助电池充电的电压和电流，并控制所述供电模拟器3的例如输入阻抗，使得成为所述的计算出的电流和电压。
另一方面，在同测试中，例如当所述主控制装置4根据燃料电池状态数据等，判断为处于由燃料电池模拟部32a计算出的剩余存氢量正在减少、如果是实际的车辆则处于来自燃料电池的输出停止并仅由辅助电池驱动车辆的情况时，所述主控制装置4生成使燃料电池的输出停止并且使电力从辅助电池向电动机供给的控制信号并将该控制信号向供电模拟器3发送。
于是，燃料电池模拟部32a停止其动作，并且所述辅助电池模拟部32b向电动机M输出基于辅助电池的等价电路等计算出的电流和电压，或者从电动机M输入电流和电压。
按照这种构成，当进行燃料电池车的动力系统PU的测试时，由于不需要准备燃料电池，伴随与此不需要高压的氢容器等，所以能够通过简单的设备更安全地进行测试。
此外，由于使用模拟燃料电池和模拟辅助电池，所以没有实际的燃料电池和辅助电池那样的意外的变动因素，能够进行重复可靠性高的测试，能够对缩短动力系统的开发时间以及解决故障做出很好的贡献。
另外，本发明不限于所述实施方式。
例如，供电模拟器无需一定具备辅助电池模拟部，可以使用实际的辅助电池。
此外，在所述供电模拟器中，根据测试情况，选择性地使燃料电池模拟部和辅助电池模拟部中的任意一方发挥功能，但是也可以根据实际的车辆的系统，使双方同时动作。
行驶数据提供装置、主控制装置和供电模拟器的电力控制装置，在物理上无需分别独立构成，也可以使一个计算机承担全部的功能，还可以将各功能进一步细分化，使功能单位与所述实施方式不同，使以可通信的方式构成的多个计算机承担所述的功能。
此外，本发明在不违反本发明的宗旨的范围内可以实施各种变形和组合。
可以相互组合本发明的各个实施方式(实施例)中所记载的技术特征形成新的技术方案。

Claims (6)

1.一种燃料电池车测试系统，其特征在于，
所述燃料电池车测试系统包括：
测功机，与装载在燃料电池车上的电动机的输出轴连接，对所述电动机施加模拟行驶负荷；以及
供电模拟器，模拟装载在所述燃料电池车上的燃料电池的动作，向所述电动机提供应该从所述燃料电池向所述电动机供给的电力。
2.根据权利要求1所述的燃料电池车测试系统，其特征在于，所述供电模拟器还具有模拟辅助电池的动作的功能，所述辅助电池装载在所述燃料电池车上并向所述电动机提供辅助电力。
3.根据权利要求2所述的燃料电池车测试系统，其特征在于，所述供电模拟器根据测试情况，在模拟燃料电池的动作的情况和模拟辅助电池的动作的情况之间进行切换。
4.根据权利要求3所述的燃料电池车测试系统，其特征在于，所述供电模拟器根据测试情况，还能切换为同时模拟燃料电池和辅助电池双方的动作的情况。
5.根据权利要求1所述的燃料电池车测试系统，其特征在于，所述燃料电池车测试系统还包括主控制装置，所述主控制装置至少根据包括加速踏板开度或制动器踩下程度的行驶数据，控制燃料电池，并且用户能重写所述主控制装置的控制顺序数据。
6.一种燃料电池车测试方法，其特征在于，
所述燃料电池车测试方法包括：
对装载在燃料电池车上的电动机施加模拟行驶负荷；以及
模拟装载在所述燃料电池车上的燃料电池的动作，向所述电动机提供应该从所述燃料电池向所述电动机供给的电力。
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