CN110909458A - 空压机的综合性能评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池系统的零部件部件评价的技术领域，具体涉及一种空压机的综合性能评价方法。制定用于评价空压机性能的几个特征方向；确定每个特征方向包含的各个分析指标，并获取各个分析指标的数值；建立综合性能得分模型，依据各个分析指标的数值计算各分析指标的得分；基于各分析指标的得分利用加权法计算出各特征方向的得分，并根据各特征方向的得分计算出待评价空压机的综合得分，所述综合得分越高，待评价空压机的综合性能越好。本发明划分特征方向大类和分析指标小类，通过计算分析指标得分后再加权计算特征方向得分的方式，能够准确计算出空压机的综合性能得分。

Description

空压机的综合性能评价方法

技术领域

本发明涉及燃料电池系统的零部件部件评价的技术领域，具体涉及一种空压机的综合性能评价方法。

背景技术

燃料电池电动汽车由于续驶里程长、燃料加注方便、性能与传统汽车相近等诸多优点，被认为是新能源汽车最终的发展方向。燃料电池发动机是燃料电池汽车的核心部件，而专用一体化电驱动空压机也是燃料电池发动机的核心部件

空压机的性能在很大程度上决定了燃料电池系统的性能。由于车用燃料电池系统要求动力性、经济性、可靠性、耐久性等诸多性能表现，其对关键零部件的要求自然也十分非常复杂。尽管车用燃料电池系统的综合性能不取决于系统的某一两个零部件，而是由方方面面所有的零部件决定，但空气子系统当中空压机部件的性能与之关系最为密切。

综合评价的难度在于建立一个全面的、合理的、能反映燃料电池系统专用空压机的先进性，且这种评价方法要能够对于两种或多种不同型号、系列的空压机具有科学的评价尺度，即能通过综合评价得分，体现这两种或者多种空压机的技术先进性。

在公开的专利和科技文献中，目前尚未有专门针对空压机评价的方法。如申请号为201820818787.6的空压机性能测试系统；申请号为201811028261.9便携式空压机测试装置和方法；申请号为201711459086.4的一种空压机负荷率测试装置、测试系统及测试方法；申请号为201720052399.7的空压机测试系统；申请号为201710272026.5的一种空压机自动测试系统及测试方法；申请号为201811217420.X的汽车空压机在线测试装置、系统及方法等。上述专利公开的装置及方法，重点在于性能数据获取，并无涉及到性能参数获取之后的综合性能评价。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种空压机的综合性能评价方法，该方法简单易行、适应范围广、实用性强、能够对多种燃料电池系统专用电驱动空压机的进行综合评价。

本发明的技术方案为：制定用于评价空压机性能的几个特征方向；

确定每个特征方向包含的各个分析指标，并获取各个分析指标的数值；

建立综合性能得分模型，依据各个分析指标的数值计算各分析指标的得分；

基于各分析指标的得分利用加权法计算出各特征方向的得分，并根据各特征方向的得分计算出待评价空压机的综合得分，所述综合得分越高，待评价空压机的综合性能越好。

较为优选的，所述特征方向包括供气能力特性、供气品质特性、经济能耗特性、环境适应性、可靠耐久性、动态响应特性、工作平顺性。

较为优选的，所述供气能力特性的分析指标包括额定转速下供气流量，单位体积供气量，单位质量供气量。

较为优选的，所述供气品质特性的分析指标包括供气压力脉动均方值，出口空气含油量水平。

较为优选的，所述经济能耗特性的分析指标包括综合输出比功率，最高效率；所述环境适应性的分析指标包括零下冷启动温度。

较为优选的，所述可靠耐久性的分析指标包括连续无故障工作时间，故障修复时间，平均使用寿命。

较为优选的，所述动态响应特性的分析指标包括综合供气量加载率、怠速至额定转速时间；所述工作平顺性的分析指标包括机身震动均方值，噪声声压级。

较为优选的，所述各分析指标的得分通过以下公式进行计算：

其中，x为分析指标数值，a为分析指标的最劣数值，b为分析指标的最优数值。

较为优选的，所述各特征方向的得分通过以下公式进行计算：

f_i＝∑g_j×α_j；j＝1,...,n；

其中，f_i为第i个特征方向的得分，i＝1,2,...,7，g_j为该特征方向中第j个分析指标的得分，α_j为第j个分析指标的权重，所述权重通过查阅特征方向上分析指标及其权重表获取，n为该特征方向中所包含的分析指标的个数。

较为优选的，所述各个分析指标的数值获取过程为：

将待评价空压机置于试验台上，在不同转速下实时采集空压机的工作状态数据和工作环境数据作为初始记录数据；

根据所述初始记录数据对各个分析指标的数值进行计算。

本发明的有益效果为：本发明划分特征方向大类和分析指标小类，通过计算分析指标得分后再加权计算特征方向得分的方式，能够准确计算出空压机的综合性能得分。通过建立评价专用一体化电驱动空压机综合性能得分模型，其中性能大类方向，即供气能力特性、供气品质特性、经济能耗特性、环境适应性、可靠性耐久性、动态响应特性、工作平顺性，是特别针对燃料电池发动机系统性能设计而提出的；每个性能大类中的分析指标，又是根据燃料电池发动机系统指标分解而来，该分析指标具有较强的代表性和普适性，能够适用于各种型号空压机的评价。有助于燃料电池发动机系统中的空压机对比和选型，评价方法简单有效，实用性强，适用范围广。

附图说明

图1为本发明一种空压机的综合性能评价方法的流程示意图；

图2为本发明得分计算模型中特征方向的示意图；

图3为本发明利用本发明所提供的方法进行的综合评价得分及结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

步骤101，将待评价的多个空压机(本实施例为3个)的分别置于专用试验台上，并准备好相关的试验附件，包括：电源、控制信号发生装置、传感器、数据记录仪等，等待开机。空压机测试可按一般空压机试验标准进行。这里采用专门的小型空气压缩机测试台架，该类型台架可根据压缩机测试标准制定。

步骤102，开机并调整转速，使其稳定工作在额定转速下，实时采集待评价空压机的工作状态数据和工作环境数据，并作为初始记录数据。其中额定转速下的初始记录数据包括进气流量、温度、压力及出口流量、温度和压力、电机电压及电流，泵头转速及力矩。其中：进气流量、出口流量可以直接使用流量计读出；温度包括环境温度和出口气流温度，通过温度计读出；压力由压力计读出，电机供电压力和电流由电压计和霍尔电流传感器读出；转速由转速仪和应力传感器测出。上述初始记录数据也可由计算机控制的数字采集系统进行自动化记录。这些初始记录数据用于步骤104中分析指标的定义和计算。

步骤103，制定空压机的特征方向，即供气能力特性、供气品质特性、经济能耗特性、环境适应性、可靠性耐久性、动态响应特性、工作平顺性七大方面。由于车用燃料电池系统的空压机需要考虑的方面很多。供气特性描述空压机能为电堆提供多少有效的空气输入，主要反映了空压机在满足燃料电池系统功率等级方面的要求；供气品质考虑出口气流波动及含杂质量对电堆内部膜电极造成损害；经济能耗特性描述空压机工作时损失的电功率和成本，其对燃料电池系统综合效率及成本控制有很大影响；环境适应性是指空压机协助燃料电池系统在不同环境下启停、加减载工作的能力；可靠与耐久性是指燃料电池系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力，主要反映了故障特性和寿命；工作的平稳性是指燃料电池系统能够平稳工作，避免对人、设备或自身造成干扰或伤害。

步骤104，确定每个特征方向的分析指标。其中供气能力特性指标额定转速下供气流量用于确定该空压机能提供给多大功率电堆，单位体积供气量，单位质量供气量属于强度量，体现其小型化、轻量化水平；供气品质特性指标供气压力脉动均方值越小越好，出口空气含油量水平也是越小越好，无油最佳；经济性能耗指标包括：综合输出比功率是压缩机常用的能耗指标，额定工作点效率为压缩机满负荷时的效率，反映了单位功率支撑下的成本水平；环境适应性指标包括：零下冷启动温度，考虑零下温度泵头冻结、电子电气失效等问题；可靠耐久性指标包括：连续无故障工作时间，故障修复时间，平均使用寿命；动态响应特性指标包括：综合供气量加载率，怠速至额定转速时间；工作平顺性指标包括：机身震动均方值，噪声声压级。具体各个分析指标的来源及计算方法如表1：

表1特征方向上分析指标及其计算方法或来源

步骤105，建立一个综合性能得分模型。得分模型是将各个分析指标所得分数再按加权平均方法得出的总分。其中，各个分析指标的权重，是由各个分析指标对空压机性能的的影响决定的。如表2所示，每个特征方向均包含有1～3项分析指标，表2中记载有每个分析指标在对应特征方向上的权重。

表2特征方向上分析指标及其权重表

步骤106中，根据实时采集待的试验数据获得相对应的分析指标的具体数值，然后并计算各分析指标得分g(x)：

其中x为分析指标数值，a和b为设定的参数，一般来说，b取系统中上述分析指标的最优值，a取对应最劣值。即当该分析指标越大，则性能越好时，b取其中最大值a取最小值；反之则b取其中最小值a取最大值；一旦a和b的值取定，那么在本轮评价中就不能修改。需要说明的是，这些分析指标的定义在公开的文献中(比如国家标准、期刊论文、科技报告等)均可以获得。

步骤107，根据各分析指标的得分计算各特征方向的得分：

f_i＝∑g_j×α_j；j＝1,...,n

式中，f_i为第i个特征方向的得分，i＝1,2,...,7，g_j为该特征方向中第j个分析指标的得分，α_j对第j个分析指标的权重，n为该特征方向中所包含的分析指标的个数。

实施例1

对于供气能力特性方向的得分，可通过以下公式来计算：

f₁＝α₁×g₁+α₂×g₂+α₃×g₃＝0.1·g₁+0.05·g₂+0.05·g₃

g₁～g₃为由步骤106计算得到的分析指标得分；α₁～α₃为表1所定义的供气能力特性的分析指标对应的权重。

再计算综合得分得分：

式中，k_i为第i个特征方向对应的影响因子。

重复上述步骤可以得到两种或多种空压机对应的综合性能得分。根据综合性能得分高低可对多个空压机进行评价，分数高的性能好，在燃料电池系统上使用会带来更好的效果。

比如，在进行燃料电池系统开发的过程中，针对3款不同的电驱动空压机，需要进行评价和选择优化，获得分析指标的具体数值如下表3所示：

表3 3款一体化电驱动空压机的指标数据

利用本方法计算得到三种不同空压机的得分，分别为25、67、51分。因此从综合性能看，空压机2的综合性能最好，压缩机3次之，压缩机1最差，结果如图3所示。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种空压机的综合性能评价方法，其特征在于：

制定用于评价空压机性能的几个特征方向；

确定每个特征方向包含的各个分析指标，并获取各个分析指标的数值；

建立综合性能得分模型，依据各个分析指标的数值计算各分析指标的得分；

基于各分析指标的得分利用加权法计算出各特征方向的得分，并根据各特征方向的得分计算出待评价空压机的综合得分，所述综合得分越高，待评价空压机的综合性能越好。

2.根据权利要求1所述的空压机的综合性能评价方法，其特征在于，所述特征方向包括供气能力特性、供气品质特性、经济能耗特性、环境适应性、可靠耐久性、动态响应特性、工作平顺性。

3.根据权利要求2所述的空压机的综合性能评价方法，其特征在于，所述供气能力特性的分析指标包括额定转速下供气流量，单位体积供气量，单位质量供气量。

4.根据权利要求2所述的空压机的综合性能评价方法，其特征在于，所述供气品质特性的分析指标包括供气压力脉动均方值，出口空气含油量水平。

5.根据权利要求2所述的空压机的综合性能评价方法，其特征在于，所述经济能耗特性的分析指标包括综合输出比功率，最高效率；所述环境适应性的分析指标包括零下冷启动温度。

6.根据权利要求2所述的空压机的综合性能评价方法，其特征在于，所述可靠耐久性的分析指标包括连续无故障工作时间，故障修复时间，平均使用寿命。

7.根据权利要求2所述的空压机的综合性能评价方法，其特征在于，所述动态响应特性的分析指标包括综合供气量加载率、怠速至额定转速时间；所述工作平顺性的分析指标包括机身震动均方值，噪声声压级。

8.根据权利要求1所述的空压机的综合性能评价方法，其特征在于，所述各分析指标的得分通过以下公式进行计算：

其中，x为分析指标数值，a为分析指标的最劣数值，b为分析指标的最优数值。

9.根据权利要求1所述的空压机的综合性能评价方法，其特征在于，所述各特征方向的得分通过以下公式进行计算：

f_i＝∑g_j×α_j；j＝1,...,n；

其中，f_i为第i个特征方向的得分，i＝1,2,...,7，g_j为该特征方向中第j个分析指标的得分，α_j为第j个分析指标的权重，所述权重通过查阅特征方向上分析指标及其权重表获取，n为该特征方向中所包含的分析指标的个数。

10.根据权利要求1所述的空压机的综合性能评价方法，其特征在于，所述各个分析指标的数值获取过程为：

将待评价空压机置于试验台上，在不同转速下实时采集空压机的工作状态数据和工作环境数据作为初始记录数据；

根据所述初始记录数据对各个分析指标的数值进行计算。

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