CN110988698A - 一种新型的燃料电池测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的新型的燃料电池测试系统，包括测试台、供氢系统和散热冷却系统，供氢系统连接至测试台，燃料电池通过专用管路与测试台连接；还包括DC/DC模块、锂电池组和逆变器；其中，燃料电池的输出端连接DC/DC模块的输入端，DC/DC模块的输出端连接锂电池组的输入端，锂电池组的输出端连接逆变器的输入端，逆变器的输出端连接外部设备负载。该系统燃料电池测试过程中所产生的电能储存在锂电池组内，并通过锂电池组向外部设备负载供电，这样将燃料电池产生的电能再利用，节约能源，提高能源利用率。另外由于燃料电池实际使用中基本上都要与锂电池组配合使用，所以该系统能够更好地模拟燃料电池实际使用场景，测试结果更真实。

Description

一种新型的燃料电池测试系统
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种新型的燃料电池测试系统。
背景技术
燃料电池由多节单电池组成，俗称电堆，电堆是燃料电池动力系统总成中最核心部件。成品电堆要先在燃料电池测试系统上进行活化，以激活膜电极的物理化学性能，且当燃料电池动力系统总成装配完成后，需要在燃料电池测试系统上进行性能测试。
燃料电池测试系统是燃料电池生产制造中必不可少的装备。传统的燃料电池测试系统通常由测试台，供氢系统，散热冷却系统以及放电负载组成。测试台通过设定的测试数据，通过供氢系统给燃料电池提供合适的氢气，散热冷却系统对整个燃料电池测试系统进行冷却，当燃料电池按指定参数发电时，再将电能送往放电负载进行放电。
因此，传统的燃料电池测试系统中，放电负载需要将燃料电池产生的电能转换为热能消耗掉，浪费大量的能源。另外，燃料电池在实际使用时，不会出现发电后直接浪费掉的情况，所以传统的燃料电池测试系统不符合燃料电池实际使用场景，测试结果并不能真实地反映实际使用工况。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种新型的燃料电池测试系统，在测试过程中，燃料电池产生的电能进行再利用，提高能源利用率，测试过程符合燃料电池实际使用场景。
一种新型的燃料电池测试系统，包括测试台、供氢系统和散热冷却系统，供氢系统连接至测试台，燃料电池通过专用管路与测试台连接；
还包括DC/DC模块、锂电池组和逆变器；
其中，燃料电池的输出端连接DC/DC模块的输入端，DC/DC模块的输出端连接锂电池组的输入端，锂电池组的输出端连接逆变器的输入端，逆变器的输出端连接外部设备负载。
优选地，该系统还包括终端设备；
所述测试台通过CAN总线连接至所述终端设备，所述测试台用于将测试数据传输给所述终端设备。
优选地，所述终端设备用于接收到测试台上传的测试数据后，将所述测试数据按照预设的参数类别进行分类，并存储至测试数据库；终端设备还用于接收用户的选择指令，输入过滤条件，并从测试数据库中筛选出符合所述过滤条件的测试数据，以获得过滤数据；
终端设备还用于接收用户的绘图指令，输入两个参数类别，并根据所述参数类别从所述过滤数据中提取出相应的数据，并根据提取出的数据绘制曲线图；所述曲线图分别以输入的两个参数类别作为横轴和纵轴进行绘制。
优选地，所述终端设备中还设有若干个测试用例，所述终端设备用于将所述测试用例通过CAN总线传输给测试台；测试用例包括若干个测试步骤，测试用例用于控制测试台按照所述测试步骤完成燃料电池测试。
优选地，所述测试用例通过以下方法建立：
将燃料电池实际运行数据作为原始数据，从所述原始数据中提取诊断变量；
对所述诊断变量进行预处理，所述预处理过程包括归一化处理和故障特征数据提取；
将预处理后的数据通过学习算法进行训练，并筛选出与实际故障标签相同的聚类结果作为故障样本集；
通过学习算法对所述故障样本集进行学习，输出故障诊断分类器，以获得所述测试用例。
优选地，每种燃料电池型号对应一个测试用例；所述测试台用于当检测到燃料电池时，读取燃料电池的型号，并将该型号发送给终端设备；所述终端设备用于在接收到测试台上传的型号后，将该型号对应的测试用例发送给测试台。
优选地，所述逆变器的输出端还连接至该燃料电池测试系统的供电系统，为所述燃料电池测试系统供电。
优选地，所述测试台上设有多组所述专用管路，测试台通过多组专用管路连接所述多个燃料电池。
优选地，所述DC/DC模块包括二极管D1、三极管Q1和三极管Q2；
燃料电池的正向输出端接三极管Q1的集电极，燃料电池的正向输出端通过电容Cf1接燃料电池的负向输出端，三极管Q1的发射极通过依次串联电容C1和电感L2输出DC/DC模块的正向输出端，燃料电池的正向输出端通过反接所述二极管D1接至三极管Q1的发射极；
电容C1和电感L2的中间节点反接所述二极管D2接至燃料电池的负向输出端，电容C1和电感L2的中间节点接三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极接至燃料电池的负向输出端，三极管Q1和三极管Q2的基极均连接至控制器，燃料电池的负向输出端作为DC/DC模块的反向输出端；
DC/DC模块的正向输出端通过串联电容Cf2接DC/DC模块的反向输出端。
优选地，所述DC/DC模块的输入电压范围为130-250V，输出电压范围为420-650V。
由上述技术方案可知，本发明提供的新型的燃料电池测试系统，用锂电池组代替传统燃料电池测试系统中的放电负载，燃料电池测试过程中所产生的电能储存在锂电池组内，并通过锂电池组向外部设备负载供电，这样将燃料电池产生的电能再利用，节约能源，提高能源利用率。另外由于燃料电池实际使用中基本上都要与锂电池组配合使用，所以该系统能够更好地模拟燃料电池实际使用场景，测试结果更真实。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例一提供的系统的模块框图。
图2为本发明实施例三提供的DC/DC模块的电路图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
实施例一：
一种新型的燃料电池测试系统，参见图1，包括测试台、供氢系统和散热冷却系统，供氢系统连接至测试台，燃料电池通过专用管路与测试台连接；
还包括DC/DC模块、锂电池组和逆变器；
其中，燃料电池的输出端连接DC/DC模块的输入端，DC/DC模块的输出端连接锂电池组的输入端，锂电池组的输出端连接逆变器的输入端，逆变器的输出端连接外部设备负载。
具体地，供氢系统用于在进行燃料电池测试过程中，向测试台提供氢气。散热冷却系统用于给整个测试系统进行散热冷却。当开始测试时，将待测试的燃料电池接在测试台的专用管路上进行测试。
由于燃料电池输出的电压大约在130-250V之间，锂电池组的电压范围为480-600V，故在燃料电池和锂电池组之间需增加一个升压DC/DC模块，实现对燃料电池输出的直流电进行升压的功能。所述DC/DC模块的输入电压范围为130-250V，输出电压范围为420-650V。
逆变器是运用脉宽调制(PWM)技术将锂电池组输出的高压直流电转换成380V三相交流电，然后给厂内其他外部设备负载供电，例如空调、空压机等等。另外所述逆变器的输出端还连接至该燃料电池测试系统的供电系统，为所述燃料电池测试系统供电，即锂电池组输出的高压直流电转换的交流电也可以给整个测试系统供电。锂电池组可以在充满电后再给外部设备负载供电，也可以在充电过程中边充边给外部设备负载供电。
该系统用锂电池组代替传统燃料电池测试系统中的放电负载，燃料电池测试过程中所产生的电能储存在锂电池组内，并通过锂电池组向外部设备负载供电，这样将燃料电池产生的电能再利用，节约能源，提高能源利用率。另外由于燃料电池实际使用中基本上都要与锂电池组配合使用，所以该系统能够更好地模拟燃料电池实际使用场景，测试结果更真实。
实施例二：
实施例二在实施例一的基础上，增加以下内容：
该系统还包括终端设备；
所述测试台通过CAN总线连接至所述终端设备，所述测试台用于将测试数据传输给所述终端设备。
具体地，测试台也可以将测试数据通过CAN总线上传给终端设备，供终端设备的工作人员对测试数据进行分析处理。
优选地，所述终端设备用于接收到测试台上传的测试数据后，将所述测试数据按照预设的参数类别进行分类，并存储至测试数据库；终端设备还用于接收用户的选择指令，输入过滤条件，并从测试数据库中筛选出符合所述过滤条件的测试数据，以获得过滤数据；
具体地，终端设备在接收到测试数据后，对数据进行分类。参数类别包括电池型号、输出电压、使用时间、堆温度(Tfc)、氢气和空气的化学计量(Sh，Sa)、入口空气相对湿度(RH)、负载电流(I)、堆温度、电流、堆电压(Vs)和单电池电压等等。这样用户也可以按照参数类别在测试数据库中进行检索查询。当用户想要了解测试数据中某些数据时，可以输入过滤条件筛选测试数据。例如过滤条件可以是筛选出电池型号A的数据，或者是最近一个月的测试数据等等。
终端设备还用于接收用户的绘图指令，输入两个参数类别，并根据所述参数类别从所述过滤数据中提取出相应的数据，并根据提取出的数据绘制曲线图；所述曲线图分别以输入的两个参数类别作为横轴和纵轴进行绘制。
具体地，该系统还提供统计功能，为了使得用户更直观地了解测试过程，该系统自动根据用户输入的参数类别绘制曲线图。终端设备可以对前面筛选出的过滤数据进行进一步筛选，输入两个参数类别，例如时间和输出电压。这样终端设备就从过滤数据中筛选出每条测试数据的时间和输出电压，并以时间为横轴，输出电压为纵轴，或者是以输出电压为横轴，时间为纵轴，绘制曲线图。
优选地，所述终端设备中还设有若干个测试用例，所述终端设备用于将所述测试用例通过CAN总线传输给测试台；测试用例包括若干个测试步骤，测试用例用于控制测试台按照所述测试步骤完成燃料电池测试。
具体地，用户可以根据不用电池型号设置不同的测试用例，这样当对电池型号A进行测试时，终端设备将该型号对应的测试用例传输给测试台进行测试。测试台再接收到测试用例后，按照测试用例中的测试步骤进行测试。这样就能实现自动化测试功能，不需要测试人员手动调整测试过程，使用方便。
优选地，所述测试用例通过以下方法建立：
将燃料电池实际运行数据作为原始数据，从所述原始数据中提取诊断变量；
对所述诊断变量进行预处理，所述预处理过程包括归一化处理和故障特征数据提取；
将预处理后的数据通过学习算法进行训练，并筛选出与实际故障标签相同的聚类结果作为故障样本集；
通过学习算法对所述故障样本集进行学习，输出故障诊断分类器，以获得所述测试用例。
具体地，该系统对电池常见的故障情况进行学习，这样就能在测试的过程中根据测试数据及时地分析出燃料电池是否存在故障。故障特征数据提取即提取出燃料电池故障时的特征值。该系统获得的测试用例能够在燃料电池测试过程中，自动分析燃料电池的测试数据，并根据测试数据分析燃料电池是否存在故障，这样就能在燃料电池的测试过程中，及时地识别出燃料电池是否存在故障。
优选地，每种燃料电池型号对应一个测试用例；所述测试台用于当检测到燃料电池时，读取燃料电池的型号，并将该型号发送给终端设备；所述终端设备用于在接收到测试台上传的型号后，将该型号对应的测试用例发送给测试台。
具体地，由于不同燃料电池的性能和指标不同，所以针对每种燃料电池设计对应的测试用例。当燃料电池开始测试时，测试台识别燃料电池的型号，并发给终端设备。终端设备供测试人员根据不同燃料电池的性能和需求设置不同的测试用例，终端设备在接收到测试台上传的型号后，将该型号对应的测试用例发送给测试台。测试台收到测试用例后，根据测试用例完成燃料电池的测试。
本发明实施例所提供的系统，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述系统实施例中相应内容。
实施例三：
实施例三在上述实施例的基础上，增加了以下内容：
所述测试台上设有多组所述专用管路，测试台通过多组专用管路连接所述多个燃料电池。
具体地，该系统可以在测试台上设置多组专用管路，每组专用管路连接一个燃料电池，这样测试台就可以同时完成多个燃料电池的测试。
参见图2，所述DC/DC模块包括二极管D1、三极管Q1和三极管Q2；
燃料电池的正向输出端接三极管Q1的集电极，燃料电池的正向输出端通过电容Cf1接燃料电池的负向输出端，三极管Q1的发射极通过依次串联电容C1和电感L2输出DC/DC模块的正向输出端，燃料电池的正向输出端通过反接所述二极管D1接至三极管Q1的发射极；
电容C1和电感L2的中间节点反接所述二极管D2接至燃料电池的负向输出端，电容C1和电感L2的中间节点接三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极接至燃料电池的负向输出端，三极管Q1和三极管Q2的基极均连接至控制器，燃料电池的负向输出端作为DC/DC模块的反向输出端；
DC/DC模块的正向输出端通过串联电容Cf2接DC/DC模块的反向输出端。
具体地，该电路由两个三极管Q1和Q2、两个二极管D1和D2构成。三极管Q1和Q2为PWM工作方式，互补导通。该电路实现了对燃料电池输出电压进行升压的功能。
本发明实施例所提供的系统，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述系统实施例中相应内容。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种新型的燃料电池测试系统，包括测试台、供氢系统和散热冷却系统，供氢系统连接至测试台，燃料电池通过专用管路与测试台连接；其特征在于，
还包括DC/DC模块、锂电池组和逆变器；
其中，燃料电池的输出端连接DC/DC模块的输入端，DC/DC模块的输出端连接锂电池组的输入端，锂电池组的输出端连接逆变器的输入端，逆变器的输出端连接外部设备负载。
2.根据权利要求1所述新型的燃料电池测试系统，其特征在于，该系统还包括终端设备；
所述测试台通过CAN总线连接至所述终端设备，所述测试台用于将测试数据传输给所述终端设备。
3.根据权利要求2所述新型的燃料电池测试系统，其特征在于，
所述终端设备用于接收到测试台上传的测试数据后，将所述测试数据按照预设的参数类别进行分类，并存储至测试数据库；终端设备还用于接收用户的选择指令，输入过滤条件，并从测试数据库中筛选出符合所述过滤条件的测试数据，以获得过滤数据；
终端设备还用于接收用户的绘图指令，输入两个参数类别，并根据所述参数类别从所述过滤数据中提取出相应的数据，并根据提取出的数据绘制曲线图；所述曲线图分别以输入的两个参数类别作为横轴和纵轴进行绘制。
4.根据权利要求2所述新型的燃料电池测试系统，其特征在于，
所述终端设备中还设有若干个测试用例，所述终端设备用于将所述测试用例通过CAN总线传输给测试台；测试用例包括若干个测试步骤，测试用例用于控制测试台按照所述测试步骤完成燃料电池测试。
5.根据权利要求4所述新型的燃料电池测试系统，其特征在于，所述测试用例通过以下方法建立：
将燃料电池实际运行数据作为原始数据，从所述原始数据中提取诊断变量；
对所述诊断变量进行预处理，所述预处理过程包括归一化处理和故障特征数据提取；
将预处理后的数据通过学习算法进行训练，并筛选出与实际故障标签相同的聚类结果作为故障样本集；
通过学习算法对所述故障样本集进行学习，输出故障诊断分类器，以获得所述测试用例。
6.根据权利要求4所述新型的燃料电池测试系统，其特征在于，
每种燃料电池型号对应一个测试用例；所述测试台用于当检测到燃料电池时，读取燃料电池的型号，并将该型号发送给终端设备；所述终端设备用于在接收到测试台上传的型号后，将该型号对应的测试用例发送给测试台。
7.根据权利要求1所述新型的燃料电池测试系统，其特征在于，
所述逆变器的输出端还连接至该燃料电池测试系统的供电系统，为所述燃料电池测试系统供电。
8.根据权利要求1所述新型的燃料电池测试系统，其特征在于，
所述测试台上设有多组所述专用管路，测试台通过多组专用管路连接所述多个燃料电池。
9.根据权利要求1所述新型的燃料电池测试系统，其特征在于，
所述DC/DC模块包括二极管D1、三极管Q1和三极管Q2；
燃料电池的正向输出端接三极管Q1的集电极，燃料电池的正向输出端通过电容Cf1接燃料电池的负向输出端，三极管Q1的发射极通过依次串联电容C1和电感L2输出DC/DC模块的正向输出端，燃料电池的正向输出端通过反接所述二极管D1接至三极管Q1的发射极；
电容C1和电感L2的中间节点反接所述二极管D2接至燃料电池的负向输出端，电容C1和电感L2的中间节点接三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极接至燃料电池的负向输出端，三极管Q1和三极管Q2的基极均连接至控制器，燃料电池的负向输出端作为DC/DC模块的反向输出端；
DC/DC模块的正向输出端通过串联电容Cf2接DC/DC模块的反向输出端。
10.根据权利要求9所述新型的燃料电池测试系统，其特征在于，
所述DC/DC模块的输入电压范围为130-250V，输出电压范围为420-650V。
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