CN108181582A - 一种车用发电机台架耗载装置及验证方法 - Google Patents

一种车用发电机台架耗载装置及验证方法 Download PDF

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刘新华
张志军
陈东峰
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Abstract

本发明提供了一种车用发电机台架耗载装置，该装置的主要设计特征为采用冷却系统补充耗载器三路假负载，利用冷却系统产生的制冷能力与电阻假负载产生的热量进行对冲，形成温控稳定的耗载器。同时由于制冷器具备功率连续可调能力，协同多级阻性负载调整达到宽范围的加载性能。在强化自然对流器中两端温差后，无需冷却泵便可获得极强的冷却介质流通能力，节约了系统成本，最终系统可被集成在发动机台架中，满足发动机与发电机总成联合可靠性、耐久性验证。

Description

一种车用发电机台架耗载装置及验证方法
技术领域
本发明属于发动机测试技术领域，尤其是涉及一种车用发电机台架耗载装置及验证方法。
背景技术
车载发电机总成是汽车电子的电能供应中心，由于汽车电子具有提高汽车的安全性、舒适性、经济性和娱乐性作用，汽车电子在车辆系统中的占比不断提高。整车中不仅大规模配置了监控状态用的传感器和执行器，中控微处理器MPU运算和集成能力也进行了提升，造成汽车电子对电能的需求越来越大。同时，动力系统在日益严格的经济性、排放性能法规严格要求下，采用越来越精细燃烧控制系统组织发动机燃烧，动力控制器也同样配置了数十甚至上百个电子元器件及其零部件作为策略参数监控，高耗电能的电子系统增多，要求车载发电机总成具有高的可靠性和稳定性。
而各主机厂进行发电机总成品质控制采用监控配套厂家的鉴定试验和协同发动机耐久性验证来实现。由于多数主机厂家配套验证更趋向于使用后者，需要在发动机台架运转中彻底检查发电机总成匹配性能，对车用发电机台架耗载装置提出需求。
当前主机厂家采用的协同验证耗载方案主要以串接假负载为主。由于直接使用阻性假负载时系统温度较高，耗载单元容易过热变形，且长期高温使用内部功率器件的工作阻值也会降低，不能准确控制加载功率。同时，在直接采用电阻假负载还会造成加载负载功率调整不连续，部分工况运行时存在过载运行，引起发电机超负荷运行，耐久性验证过程中发电机过验证，不能有效验证。而一些对明火控制严格的场合直接使用电阻假负载时，容易引发火灾和人身伤害事故，不利于安全生产。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种车用发电机台架耗载装置及验证方法，以方便在动力验证台架进行发动机与发电机联合运行的可靠性检测和性能参数检测。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种车用发电机台架耗载装置，包括阻性负载单元、自然对流器、第2换热器、膨胀阀、第1换热器、压缩机、储液筒、第1直流调速器、第2直流调速器、第3直流调速器、压缩机控制器、第1换热扇、第2换热扇、第3换热扇和主控制器；
发电机总成的负载电流依次通过主继电器触点、阻性负载单元形成阶梯递增式主耗载通路；
所述自然对流器与阻性负载单元相连；冷媒从储液桶流出，依次通过压缩机、第1换热器、膨胀阀、第2换热器与自然对流器中的冷却液热交换，热交换后的介质依次通过补液口回到储液桶，构成主冷却回路；
所述压缩机连接压缩机控制器，负载电流依次通过主继电器触点、调整回路继电器触点、压缩机控制器形成主制冷耗载回路；
第1换热扇用于给所述第1换热器换热，第1换热扇连接第1直流调速器，第1直流调速器和第1换热扇均与主控制器连接；负载电流依次通过主继电器触点、调整回路继电器触点、第1直流调速器形成主制冷增强效率耗载回路；
第2换热扇用于给所述第2换热器换热，第2换热扇连接第2直流调速器，第2直流调速器和第2换热扇均与主控制器连接；负载电流依次通过主继电器触点、调整回路继电器触点、第2直流调速器形成第一辅助热交换耗载回路；
第3换热扇用于给所述第2换热器换热，第3换热扇连接第3直流调速器，第3直流调速器和第3换热扇均与主控制器连接；负载电流依次通过主继电器触点、调整回路继电器触点、第3直流调速器形成第二辅助热交换耗载回路。
进一步的，所述阻性负载单元与第1电流互感器相连，第1电流互感器与主控制器连接；所述压缩机控制器构成的冷却负载回路上连接有第2电流互感器，第2电流互感器与主控制器连接。
进一步的，所述自然对流器上设有补液箱，补液箱上安装有自力式安全阀。
进一步的，所述自然对流器连接有第1温度变送器，第1温度变送器与主控制器连接；所述第2热交换器连接有第2温度变送器，第2温度变送器与主控制器连接。
进一步的，所述压缩机的出液管路上设有高压传感器，储液筒的回夜管路上设有低压传感器；所述高压传感器和低压传感器均与主控制器连接。
上述车用发电机台架耗载装置的验证方法，包括如下内容：
当阻性负载单元温升在5℃/min以下时，第一辅助热交换耗载回路运行；
当阻性负载单元温升在5～8℃/min范围时，第一辅助热交换耗载回路与第二热交换耗载回路联合运行时；
当阻性负载单元增大到温升10℃/min以上时，开启主冷却回路，第一辅助热交换耗载回路与第二热交换耗载回路辅助运行，通过调整第1换热扇转速改变制冷效率，调整压缩机11转速改变制冷功率，抵消阻性负载单元高功率回路产生的温升。
相对于现有技术，本发明所述装置及方法均具有以下优势：
(1)本发明采用阻性负载单元作为基本耗载部件，采用冷却负载单元作为补偿调节耗载部件，在两组单元相互组合匹配运行后可完成宽范围的耗载电流调节。
(2)利用制冷系统的冷却作用抵消阻性负载单元的升温特征，保持耗载部件稳定的阻抗特性，从而实现耗载装置在可控温度范围下耗载元件长期可靠使用；
(3)由于采取了温控调节功能和负载电流匹配功能，耗载时可以精确控制发电机持续负载，使验证可靠性和耐久性指标符合重复性评估，为发电机实车性能验证提供可靠的保障；
(4)耗载单元整体无明火设计，可满足复杂的使用环境条件下运行，满足现阶段安全标准化设计要求。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述耗载装置的原理示意图；
图2为本发明实施例所述阻性负载单元的接线图；
图3为本发明实施例所述主控制器系统结构拓扑图；
图4为本发明实施例所述主控制器原理图。
附图标记说明：
1-发动机，2-发电机总成，3-阻性负载单元、4-自然对流器、5-第2散热器、6-补液箱、7-自力式安全阀、8-膨胀阀、9-第1散热器、10-高压传感器、11-压缩机、12-储液筒、13-低压传感器、14-补液口、15-第1直流调速器、16-第2直流调速器、17-第3直流调速器、18-压缩机控制器、19-第1换热扇、20-第2换热扇、21-第3换热扇、22-第1电流互感器、23-第2电流互感器、24-主继电器触点、25-调整回路继电器触点、26-第1温度变送器、27-第2温度变送器、31-主控制器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明一种车用发电机台架耗载装置，如图1至4所示，包括阻性负载单元3、自然对流器4、第2散热器5、膨胀阀8、第1散热器9、压缩机11、储液筒12、第1直流调速器15、第2直流调速器16、第3直流调速器17、压缩机控制器18、第1换热扇19、第2换热扇20、第3换热扇21和主控制器31，所述主控制器31连接调整回路继电器和主继电器；
与发动机1连接的发电机总成2的负载电流依次通过主继电器触点25、阻性负载单元3形成阶梯递增式主耗载通路，见图2所示为阻性负载单元3的接线图，主控制器31与阻性负载单元3连接，主控制器31每接通1路KS负载继电器，阻性负载单元电流阶梯增加一级；
所述自然对流器4与阻性负载单元3相连；冷媒从储液桶12流出，依次通过压缩机11、第1换热器9、膨胀阀8、第2换热器5与自然对流器4中的冷却液热交换，热交换后的介质依次通过补液口14回到储液桶12，构成主冷却回路；
所述压缩机11连接压缩机控制器18，压缩机控制器18与主控制器31相连，负载电流依次通过主继电器触点25、调整回路继电器触点24、压缩机控制器18形成主制冷耗载回路。压缩机11运行转速越高，回路负载电流越大；
所述第1换热器9临近位置设有第1换热扇19，第1换热扇19连接第1直流调速器15，第1直流调速器15和第1换热扇19均与主控制器31连接；负载电流依次通过主继电器触点25、调整回路继电器触点24、第1直流调速器15形成主制冷增强效率耗载回路。主控制器31驱动第1换热扇运转转速越高，回路负载电流越大；
所述第2换热器5临近位置设有第2换热扇20，第2换热扇20连接第2直流调速器16，第2直流调速器16和第2换热扇20均与主控制器31连接；负载电流依次通过主继电器触点25、调整回路继电器触点24、第2直流调速器16形成第一辅助热交换耗载回路。主控制器31驱动第2换热扇运转转速越高，回路负载电流越大；
所述第2换热器5临近位置还设有第3换热扇21，第3换热扇21连接第3直流调速器17，第3直流调速器17和第3换热扇21均与主控制器31连接；负载电流依次通过主继电器触点25、调整回路继电器触点24、第3直流调速器17形成第二辅助热交换耗载回路。主控制器31驱动第3换热扇运转转速越高，回路负载电流越大；
所述阻性负载单元3与第1电流互感器22相连，第1电流互感器22与主控制器31连接，用来反馈主控制器31切入的阻性负载单元3在整个耗载装置中占比。
所述压缩机控制器18构成的冷却负载回路上连接有第2电流互感器23，第2电流互感器23与主控制器31连接，用来反馈主控制器31切入的冷却负载回路在整个耗载装置中占比。
所述自然对流器4连接有第1温度变送器26，第1温度变送器26与主控制器31连接，用来监控自然对流器4冷却液体温度，。
所述第2热交换器5连接有第2温度变送器27，第2温度变送器27与主控制器31连接，用来监控制冷耗载元件运行情况。
所述自然对流器4上设有补液箱6，补液箱6上安装有自力式安全阀7。所述压缩机11的出液管路上设有高压传感器10，储液筒12的回夜管路上设有低压传感器13；所述高压传感器10和低压传感器13均与主控制器31连接。
工作时：
当压缩机11额定转速运行时，压缩机控制器18耗载电流达到额定值，主制冷回路满载运行。当压缩机11停止运行时，压缩机控制器18耗载电流为0，主制冷回路停止运行。
在压缩机11运行时，第1换热扇19达到额定转速，主制冷回路达到最大制冷能力，第1直流调速器15负载电流达到额定值，主制冷增强效率回路满载运行。
当第2换热扇20到达额定转速时，第2直流调速器20耗载电流达到额定值，第一辅助热交换耗载回路满载运行。当第2换热扇20转速为0时，第2直流调速器16负载为0，第一辅助热交换耗载回路关闭；
当第3换热扇21到达额定转速时，第3直流调速器17耗载电流达到额定值，第二辅助热交换耗载回路满载运行。当第3换热扇21转速为0时，第3直流调速器21负载为0，第二辅助热交换耗载回路关闭。
第一辅助热交换耗载回路、第二辅助热交换耗载回路、主制冷耗载回路、增强耗载制冷回路满足以下介入运行策略：
当阻性负载单元3温升在5℃/min以下时，第一辅助热交换耗载回路运行，阻性负载端冷却液与第2换热器5端冷却液产生温差，自然对流器4内的液体形成抑制温升的流通能力，抵消阻性负载单元3低功率回路产生的温升；
当阻性负载单元3温升在5～8℃/min范围时，第一辅助热交换耗载回路与第二热交换耗载回路联合运行时，加大阻性负载端冷却液与第2换热器5端冷却液温差，自然对流器4内的冷却液流速增加，继续抑制阻性负载单元3温升；
当阻性负载单元3增大到温升10℃/min以上时，开启主制冷回路，第一辅助热交换耗载回路与第二热交换耗载回路辅助运行平衡负载电流，通过调整第1换热扇19转速改变制冷效率，调整压缩机转速改变制冷功率，抵消阻性负载单元3高功率回路产生的温升；
自然对流器4还通过补液箱6连接自立式安全阀7，补液箱6中液体储量为2/3液位，当液体升温后膨胀，自然对流器4中压力提升，压力大于自立式安全阀7调节2bar阈值时，阀门开启后平衡对流器中的压力；当液体冷却后，自然对流器4中压力降低到0bar或维持负压，自立式安全阀7反向平衡孔开启，外部空气进入系统平衡系统压力。在自然对流器4内形成稳定的工作压力，满足控制流场要求。
压缩机11出口还连接高压传感器10，当高压传感器10压力值大于压缩机11最大压缩压力10％以内时，压缩机11卸荷工作，主控制器31指示错误代码，当高压传感器10压力值高于压缩机11最大压缩压力10％以上时，压缩机11停机保护，主控制器31联合低压传感器13状态、第1直流调速器15状态逻辑运算指示冷媒管路堵塞、第1换热扇19停机、冷媒充液过多故障代码。当压缩机11出口压力低值低于压缩机11额定压缩压力限20％以内时，压缩机11卸荷工作，主控制器31联合低压传感器13状态逻辑运算指示冷媒缺液故障代码。
储液桶12还通过低压传感器13连接补液口，当低压传感器13指示压力低于冷媒额定储量下限压力时，压缩机11卸荷工作，主控制器31指示错误代码，当低压传感器13指示压力低值超出下限压力20％，压缩机11停机保护，主控制器31联合高压传感器10指示高压低故障信息提示冷媒不足故障代码，在压缩机11停机后通过补液口14补充冷媒和润滑油。
本发明车用发电机台架耗载装置的主要设计特征为采用冷却系统补充耗载器三路假负载，利用冷却系统产生的制冷能力与电阻假负载产生的热量进行对冲，形成温控稳定的耗载器。同时由于制冷器具备功率连续可调能力，协同多级阻性负载调整达到宽范围的加载性能。在强化自然对流器中两端温差后，无需冷却泵便可获得极强的冷却介质流通能力，节约了系统成本，最终系统可被集成在发动机台架中，满足发动机与发电机总成联合可靠性、耐久性验证。
系统耗载回路匹配的特别说明：
耗载系统中的各回路耗能额定性能设计比(k)见下表：
序号 名称 配比 备注
1 第一辅助热交换耗载回路 10％
2 第二辅助热交换耗载回路 10％
3 主制冷回路 30％
4 增强制冷回路 20％
5 阻性负载单元 60％
各回路额定设计功率计算公式：
Wi＝WP·k
其中：
Wi为各回路单元额定设计功率；
WP为发电机额定功率；
k为设计耗能占比。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种车用发电机台架耗载装置，其特征在于：包括阻性负载单元、自然对流器、第2换热器、膨胀阀、第1换热器、压缩机、储液筒、第1直流调速器、第2直流调速器、第3直流调速器、压缩机控制器、第1换热扇、第2换热扇、第3换热扇和主控制器；
发电机总成的负载电流依次通过主继电器触点、阻性负载单元形成阶梯递增式主耗载通路；
所述自然对流器与阻性负载单元相连；冷媒从储液桶流出，依次通过压缩机、第1换热器、膨胀阀、第2换热器与自然对流器中的冷却液热交换，热交换后的介质依次通过补液口回到储液桶，构成主冷却回路；
所述压缩机连接压缩机控制器，负载电流依次通过主继电器触点、调整回路继电器触点、压缩机控制器形成主制冷耗载回路；
第1换热扇用于给所述第1换热器换热，第1换热扇连接第1直流调速器，第1直流调速器和第1换热扇均与主控制器连接；负载电流依次通过主继电器触点、调整回路继电器触点、第1直流调速器形成主制冷增强效率耗载回路；
第2换热扇用于给所述第2换热器换热，第2换热扇连接第2直流调速器，第2直流调速器和第2换热扇均与主控制器连接；负载电流依次通过主继电器触点、调整回路继电器触点、第2直流调速器形成第一辅助热交换耗载回路；
第3换热扇用于给所述第2换热器换热，第3换热扇连接第3直流调速器，第3直流调速器和第3换热扇均与主控制器连接；负载电流依次通过主继电器触点、调整回路继电器触点、第3直流调速器形成第二辅助热交换耗载回路。
2.根据权利要求1所述的车用发电机台架耗载装置，其特征在于：所述阻性负载单元与第1电流互感器相连，第1电流互感器与主控制器连接；所述压缩机控制器构成的冷却负载回路上连接有第2电流互感器，第2电流互感器与主控制器连接。
3.根据权利要求1所述的车用发电机台架耗载装置，其特征在于：所述自然对流器上设有补液箱，补液箱上安装有自力式安全阀。
4.根据权利要求1所述的车用发电机台架耗载装置，其特征在于：所述自然对流器连接有第1温度变送器，第1温度变送器与主控制器连接；所述第2热交换器连接有第2温度变送器，第2温度变送器与主控制器连接。
5.根据权利要求1所述的车用发电机台架耗载装置，其特征在于：所述压缩机的出液管路上设有高压传感器，储液筒的回夜管路上设有低压传感器；所述高压传感器和低压传感器均与主控制器连接。
6.权利要求1至5任一所述车用发电机台架耗载装置的验证方法，其特征在于包括如下内容：
当阻性负载单元温升在5℃/min以下时，第一辅助热交换耗载回路运行；
当阻性负载单元温升在5～8℃/min范围时，第一辅助热交换耗载回路与第二热交换耗载回路联合运行时；
当阻性负载单元增大到温升10℃/min以上时，开启主冷却回路，第一辅助热交换耗载回路与第二热交换耗载回路辅助运行，通过调整第1换热扇转速改变制冷效率，调整压缩机11转速改变制冷功率，抵消阻性负载单元高功率回路产生的温升。
7.根据权利要求6所述的车用发电机台架耗载装置的验证方法，其特征在于：
在压缩机运行时，第1换热扇达到额定转速，主冷却回路达到最大制冷能力，第1直流调速器负载电流达到额定值，主制冷增强效率回路满载运行；
当第2换热扇到达额定转速时，第2直流调速器耗载电流达到额定值，第一辅助热交换耗载回路满载运行；当第2换热扇转速为0时，第2直流调速器负载为0，第一辅助热交换耗载回路关闭；
当第3换热扇到达额定转速时，第3直流调速器耗载电流达到额定值，第二辅助热交换耗载回路满载运行；当第3换热扇转速为0时，第3直流调速器负载为0，第二辅助热交换耗载回路关闭。
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