CN115949609B - 一种车用燃料电池空压机的测试系统 - Google Patents

Abstract

一种车用燃料电池空压机的测试系统，包括控制器、进气旁通管和出气旁通管，通过控制器内预设的阻塞临界点压比和喘振临界点流量波动值，能够在第一时间监测到现了阻塞或喘振，并且记录阻塞或喘振发生时的各项传感器数据，为空压机实际运行中避免阻塞和喘振的发生提供数据支持。控制器能够在阻塞发生时开启电磁阀并接通进气旁通管，减少流动至空压机的进气流量，使空压机的进气压力降低、压比增高，及时消除阻塞现象；控制器能够在喘振发生时开启电磁阀并接通出气旁通管，减少流动至电子节气门的出气流量，使空压机的出气压力降低、压比降低，随之就能减少进气流量的波动变化范围，及时消除喘振现象，防止测试过程中的阻塞和喘振现象损坏空压机。

Description

一种车用燃料电池空压机的测试系统

技术领域

本发明涉及领域，尤其涉及一种车用燃料电池空压机的测试系统。

背景技术

燃料电池汽车符合汽车工业低碳化发展的趋势，得到了国内外政府和汽车企业的广泛关注。空压机作为燃料电池系统的重要部件之一，其性能好坏也严重影响整个燃料电池系统的性能，因此车用燃料电池空压机需要具有无油、高效率、特性范围广和动态响应快的特点，并且在车辆实际装配前需要对车用燃料电池空压机进行性能测试。

空压机在运行过程中，由于自身的性能特点，可能会出现阻塞和喘振两种不稳定工况。当空压机的进气流量较高，并且空压机的出气压力与进气压力之间的压比较低，导致空气在空压机内的流通不畅时容易发生阻塞现象；而当空压机的进气流量较低，并且空压机的出气压力与进气压力之间的压比较高，导致进气流量发生较大幅度的波动变化时容易发生喘振现象。阻塞和喘振两种不稳定工况都会造成空压机的性能下降，严重时会造成不可逆的损坏。

现有的燃料电池空压机测试系统通常将空压机连接于压缩空气管路中，调节空压机的进气流量和转速，然后记录空压机的进出气压力及温度等数据。但是现有的测试系统无法针对空压机的阻塞和喘振进行测量，通常都是在阻塞和喘振已经持续了一段时间，达到较为严重的程度后才能由操作人员发现，此时已经会对空压机造成不利影响。并且由于系统无法第一时间监测到空压机已出现阻塞或喘振，也就无法测量到阻塞或喘振最初发生时的空压机相关数据，因此系统无法提供空压机即将出现阻塞或喘振时的临界工况，无法为空压机实际运行中避免阻塞和喘振的发生提供数据支持。

发明内容

为解决现有的测试系统难以及时监控空压机的阻塞和喘振，并且无法测量阻塞和喘振时的空压机相关数据的问题，本发明提供了一种车用燃料电池空压机的测试系统。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种车用燃料电池空压机的测试系统，空压机的进气口通过进气管与空气源连接，空压机的出气口通过过渡气管与中冷器的进气口连接，中冷器的出气口连接有出气管，进气管上设有空气流量计、第一电磁阀、第一压力传感器和第一温度传感器，过渡气管上设有第三电磁阀、第二压力传感器和第二温度传感器，出气管上设有电子节气门、第三压力传感器和第三温度传感器；

该测试系统还包括控制器、进气旁通管和出气旁通管，进气旁通管的一端与空压机的进气口连接，另一端与电子节气门的出气口连接，出气旁通管的一端与空压机的出气口连接，另一端与电子节气门的出气口连接，进气旁通管上设有第二电磁阀，出气旁通管上设有第四电磁阀；

控制器能够分别控制第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀的通断状态、以及电子节气门的开度；控制器还能够实时记录空压机的转速和电子节气门的开度比例，并接收空气流量计、第一压力传感器、第一温度传感器、第二压力传感器、第二温度传感器、第三压力传感器和第三温度传感器的测量数据；

控制器能够根据第一压力传感器的数值P_进和第二压力传感器的数值P_出计算出实时压比，实时压比=P_出/P_进，控制器内存储有阻塞临界点压比，当实时压比小于或等于阻塞临界点压比时，控制器将该时刻的空压机转速、进气流量、电子节气门开度比例、P_进和P_出记录为空压机的阻塞发生工况数据组，并且使第二电磁阀开启；

控制器能够根据空气流量计的流量数据计算出进气流量在单位时间内的实时流量波动值，控制器内存储有喘振临界点流量波动值，当实时流量波动值大于或等于喘振临界点流量波动值时，控制器将该时刻的空压机转速、进气流量、电子节气门开度比例、P_进和P_出记录为空压机的喘振发生工况数据组，并且使第四电磁阀开启。

优选的，当实时压比小于或等于阻塞临界点压比时，控制器使第二电磁阀以2%/秒的开度比例开启，控制器内存储有阻塞脱离点压比，当实时压比大于或等于阻塞脱离点压比时，控制器使第二电磁阀以10%/秒的开度比例关闭；

当实时流量波动值大于或等于喘振临界点流量波动值时，控制器使第四电磁阀以2%/秒的开度比例开启，控制器内存储有喘振脱离点流量波动值，当实时流量波动值小于或等于喘振脱离点流量波动值时，控制器使第四电磁阀以10%/秒的开度比例关闭。

优选的，进气管上设有空气过滤器，空气过滤器的出气口与空气流量计的进气口连接。

优选的，出气管上设有消音器，消音器的进气口与电子节气门的出气口连接。

优选的，空压机设置在模拟环境仓的内部，模拟环境仓内设有用于调节仓内温度的热交换器和用于调节仓内湿度的喷雾器，模拟环境仓内还设有与热交换器连接的制冷器和加热器，模拟环境仓的底部设有排水阀，排水阀与中转水箱的进水口连接，中转水箱的出水口与喷雾器连接以便于向喷雾器供水。

优选的，模拟环境仓的内部设有仓内温度传感器、仓内湿度传感器和仓内照明灯，模拟环境仓的外部设有报警器，控制器能够根据仓内温度传感器或仓内湿度传感器的测量数据控制报警器进行报警。

优选的，还包括制冷水箱，制冷水箱上连接有用于供冷却水依次流入控制器和空压机的第一冷却回路、以及用于供冷却水流入中冷器的第二冷却回路；第一冷却回路上设有第一水泵和第一冷凝器，第一水泵的入口朝向制冷水箱的第一出水口，第一水泵的出口朝向控制器，第一冷凝器的入口朝向空压机，第一冷凝器的出口朝向制冷水箱的第一回水口；第二冷却回路上设有第二水泵和第二冷凝器，第二水泵的入口朝向制冷水箱的第二出水口，第二水泵的出口朝向中冷器，第二冷凝器的入口朝向中冷器，第二冷凝器的出口朝向制冷水箱的第二回水口。

优选的，第一冷却回路上设有第一液体流量计，第二冷却回路上设有第二液体流量计，控制器能够根据第一液体流量计的测量数据控制第一水泵，并根据第二液体流量计的测量数据控制第二水泵。

优选的，还包括与氮气源连接的氮气管，氮气管具有两个出气分支管，其中一个出气分支管上设有第五电磁阀并与空压机的进气口连接，使氮气能够将空气从空压机和中冷器内吹出，另一个出气分支管上设有第六电磁阀并与第一水泵的出口连接，使氮气能够将冷却水从控制器和空压机内吹出至制冷水箱。

优选的，氮气管上连接有减压阀、气动阀和第四压力传感器。

根据上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的测试系统通过控制器内预设的阻塞临界点压比和喘振临界点流量波动值，能够在第一时间监测并判断出空压机发生了阻塞或喘振现象，并且将阻塞或喘振发生时的各项传感器数据记录为阻塞发生工况数据组和喘振发生工况数据组，就能测量到阻塞或喘振最初发生时的空压机相关数据，避免了现有的测试系统无法提供空压机即将出现阻塞或喘振时的临界工况的问题，为空压机实际运行中避免阻塞和喘振的发生提供数据支持。控制器能够在阻塞发生时开启第二电磁阀，就能在阻塞发生后迅速接通进气旁通管，减少流动至空压机的进气流量，使空压机的进气压力降低、压比增高，及时消除阻塞现象；控制器能够在喘振发生时开启第四电磁阀，就能在喘振发生后迅速接通出气旁通管，减少流动至电子节气门的出气流量，使空压机的出气压力降低、压比降低，随之就能减少进气流量的波动变化范围，及时消除喘振现象。因此本发明能够避免现有的测试系统无法第一时间监测到空压机已出现阻塞或喘振的问题，防止测试过程中的阻塞和喘振现象损坏空压机。

本发明将空压机设置在模拟环境仓的内部，环境仓可为空压机提供不同温度、湿度和含盐潮湿的环境，空压机的盐雾环境模拟测试一方面考察含盐潮湿环境是否会对空压机的性能造成影响，另一方面耐久的盐雾环境验证空压机外观材料的腐蚀速度以及对盐雾的敏感程度。单一的环境或三种综合的环境交变测试都可以较好的模拟实际车载空压机的使用环境，通过动态性能测试得出不同环境下对空压机的性能影响，获得更准确全面的空压机动态性能数据，达到更符合车载时空压机的运行状态。

本发明在测试过程中可以通过冷却水对控制器和空压机进行降温，在测试结束后可以通过第二进气管路通入氮气，将残余在控制器、空压机内部以及冷却回路管路里的水吹回到水箱，长时间的吹扫进行内部干燥清洁，减少测试后冷却水长时间残留对设备内部侵蚀。同时测试后拆卸冷却管路以及样品时冷却水路会有大量水喷出，大流量的水喷到测试设备和空压机上都可能会引起一些电气设备进水后造成损坏，本发明可以避免上述情况同时也保证了测试环境的清洁。

附图说明

图1为本发明的示意图。

图中标记：1、进气管，2、空气过滤器，3、空气流量计，4、第一电磁阀，5、第一压力传感器，6、第一温度传感器，7、第二电磁阀，8、进气旁通管，9、模拟环境仓，10、仓内温度传感器，11、仓内照明灯，12、制冷器，13、热交换器，14、加热器，15、排水阀，16、喷雾器，17、仓内湿度传感器，18、第二压力传感器，19、中转水箱，20、第二温度传感器， 21、第三电磁阀，22、报警器，23、中冷器，24、第三压力传感器，25、第三温度传感器，26、电子节气门，27、消音器，28、出气旁通管，29、第四电磁阀，30、氮气管，31、减压阀，32、气动阀，33、第四压力传感器，34、第五电磁阀，35、空压机，36、控制器，37、第六电磁阀，38、第一液体流量计，39、第一水泵，40、第一冷凝器，41、制冷水箱，42、第二液体流量计，43、第二水泵，44、第二冷凝器。

具体实施方式

参见附图，具体实施方式如下：

一种车用燃料电池空压机的测试系统，空压机35的进气口通过进气管1与空气源连接，空压机35的出气口通过过渡气管与中冷器23的进气口连接，中冷器23的出气口连接有出气管，进气管1上设有空气流量计3、第一电磁阀4、第一压力传感器5和第一温度传感器6，过渡气管上设有第三电磁阀21、第二压力传感器18和第二温度传感器20，出气管上设有电子节气门26、第三压力传感器24和第三温度传感器25。进气管1上还设有空气过滤器2，空气过滤器2的出气口与空气流量计3的进气口连接，出气管上还设有消音器27，消音器27的进气口与电子节气门26的出气口连接。

该测试系统还包括控制器36、进气旁通管8和出气旁通管28，进气旁通管8的一端与空压机35的进气口连接，另一端与电子节气门26的出气口连接，出气旁通管28的一端与空压机35的出气口连接，另一端与电子节气门26的出气口连接，进气旁通管8上设有第二电磁阀7，出气旁通管28上设有第四电磁阀29。

控制器36能够分别控制第一电磁阀4、第二电磁阀7、第三电磁阀21和第四电磁阀29的通断状态、以及电子节气门26的开度；控制器36还能够实时记录空压机35的转速和电子节气门26的开度比例，并接收空气流量计3、第一压力传感器5、第一温度传感器6、第二压力传感器18、第二温度传感器20、第三压力传感器24和第三温度传感器25的测量数据。在进行测试时，先设定好不同的空压机转速和电子节气门开度，就能模拟出空压机35在各种不同情况下的运行，再分别记录多个传感器的测量数据，就能分析得到空压机35的实际性能。

控制器36能够根据第一压力传感器5的数值P_进和第二压力传感器18的数值P_出计算出实时压比，实时压比=P_出/P_进，控制器36内存储有阻塞临界点压比，当实时压比小于或等于阻塞临界点压比时，控制器36将该时刻的空压机转速、进气流量、电子节气门开度比例、P_进和P_出记录为空压机35的阻塞发生工况数据组，并且使第二电磁阀7以2%/秒的开度比例开启，控制器36内存储有阻塞脱离点压比，当实时压比大于或等于阻塞脱离点压比时，控制器36使第二电磁阀7以10%/秒的开度比例关闭。

第二电磁阀7开启后，进气旁通管8就会迅速接通，此时一部分原本流向空压机35的空气就会通过进气旁通管8流走，从而减少流动至空压机35的进气流量，使空压机35的进气压力降低、压比增高，及时消除阻塞现象。而当实时压比大于或等于阻塞脱离点压比时，阻塞现象就已充分消除，此时重新关闭第二电磁阀7和进气旁通管8，恢复整个测试系统的正常运行。

控制器36能够根据空气流量计3的流量数据计算出进气流量在单位时间内的实时流量波动值，控制器36内存储有喘振临界点流量波动值，当实时流量波动值大于或等于喘振临界点流量波动值时，控制器36将该时刻的空压机转速、进气流量、电子节气门开度比例、P_进和P_出记录为空压机35的喘振发生工况数据组，并且使第四电磁阀29以2%/秒的开度比例开启，控制器36内存储有喘振脱离点流量波动值，当实时流量波动值小于或等于喘振脱离点流量波动值时，控制器36使第四电磁阀29以10%/秒的开度比例关闭。

第四电磁阀29开启后，出气旁通管28就会迅速接通，此时一部分原本从空压机35流向电子节气门26的空气就会通过出气旁通管28流走，从而减少流动电子节气门26的出气流量，使空压机35的出气压力降低、压比降低，随之就能减少进气流量的波动变化范围，及时消除喘振现象。而当实时流量波动值小于或等于喘振脱离点流量波动值时，喘振现象就已充分消除，此时重新关闭第四电磁阀29和出气旁通管2，恢复整个测试系统的正常运行。

本实施例中，空压机35设置在模拟环境仓9的内部，模拟环境仓9内设有用于调节仓内温度的热交换器13和用于调节仓内湿度的喷雾器16，模拟环境仓9内还设有与热交换器13连接的制冷器12和加热器14，模拟环境仓9的底部设有排水阀15，排水阀15与中转水箱19的进水口连接，中转水箱19的出水口与喷雾器16连接以便于向喷雾器16供水。

通过热交换器13和喷雾器16的协同工作，能够在模拟环境仓9内模拟出不同温湿度以及含盐环境，可通过设定不同温度、湿度和盐雾环境，从而得到更准确全面的空压机35动态性能结果，达到更符合车载时空压机的运行状态。模拟环境仓9的内部设有仓内温度传感器10、仓内湿度传感器17和仓内照明灯11，模拟环境仓9的外部设有报警器22，控制器36能够根据仓内温度传感器10或仓内湿度传感器17的测量数据控制报警器22，在模拟环境仓9内部的温度或湿度异常时进行报警。

该测试系统还包括制冷水箱41，制冷水箱41上连接有用于供冷却水依次流入控制器36和空压机35的第一冷却回路、以及用于供冷却水流入中冷器23的第二冷却回路。第一冷却回路上设有第一水泵39和第一冷凝器40，第一水泵39的入口朝向制冷水箱41的第一出水口，第一水泵39的出口朝向控制器36，第一冷凝器40的入口朝向空压机35，第一冷凝器40的出口朝向制冷水箱41的第一回水口。第二冷却回路上设有第二水泵43和第二冷凝器44，第二水泵43的入口朝向制冷水箱41的第二出水口，第二水泵43的出口朝向中冷器23，第二冷凝器44的入口朝向中冷器23，第二冷凝器44的出口朝向制冷水箱41的第二回水口。第一冷却回路上设有第一液体流量计38，第二冷却回路上设有第二液体流量计42，控制器36能够根据第一液体流量计38的测量数据控制第一水泵39，并根据第二液体流量计42的测量数据控制第二水泵43，保证为控制器36、空压机35和中冷器23提供充分的制冷效果。

该测试系统还包括与氮气源连接的氮气管30，氮气管30上连接有减压阀31、气动阀32和第四压力传感器33，氮气管30具有两个出气分支管，其中一个出气分支管上设有第五电磁阀34并与空压机35的进气口连接，使氮气能够将空气从空压机35和中冷器23内吹出，另一个出气分支管上设有第六电磁阀37并与第一水泵39的出口连接，使氮气能够将冷却水从控制器36和空压机35内吹出至制冷水箱41，从而通过氮气实现回水收集，有利于减少残留水在空压机、控制器内部长时间的侵蚀，以及避免拆卸时大量水喷洒造成测试设备和待测样品电子设备进水损坏。

Claims (10)

1.一种车用燃料电池空压机的测试系统，其特征在于：空压机（35）的进气口通过进气管（1）与空气源连接，空压机（35）的出气口通过过渡气管与中冷器（23）的进气口连接，中冷器（23）的出气口连接有出气管，进气管（1）上设有空气流量计（3）、第一电磁阀（4）、第一压力传感器（5）和第一温度传感器（6），过渡气管上设有第三电磁阀（21）、第二压力传感器（18）和第二温度传感器（20），出气管上设有电子节气门（26）、第三压力传感器（24）和第三温度传感器（25）；

该测试系统还包括控制器（36）、进气旁通管（8）和出气旁通管（28），进气旁通管（8）的一端与空压机（35）的进气口连接，另一端与电子节气门（26）的出气口连接，出气旁通管（28）的一端与空压机（35）的出气口连接，另一端与电子节气门（26）的出气口连接，进气旁通管（8）上设有第二电磁阀（7），出气旁通管（28）上设有第四电磁阀（29）；

控制器（36）能够分别控制第一电磁阀（4）、第二电磁阀（7）、第三电磁阀（21）和第四电磁阀（29）的通断状态、以及电子节气门（26）的开度；控制器（36）还能够实时记录空压机（35）的转速和电子节气门（26）的开度比例，并接收空气流量计（3）、第一压力传感器（5）、第一温度传感器（6）、第二压力传感器（18）、第二温度传感器（20）、第三压力传感器（24）和第三温度传感器（25）的测量数据；

控制器（36）能够根据第一压力传感器（5）的数值P_进和第二压力传感器（18）的数值P_出计算出实时压比，实时压比=P_出/P_进，控制器（36）内存储有阻塞临界点压比，当实时压比小于或等于阻塞临界点压比时，控制器（36）将该时刻的空压机转速、进气流量、电子节气门开度比例、P_进和P_出记录为空压机（35）的阻塞发生工况数据组，并且使第二电磁阀（7）开启；

控制器（36）能够根据空气流量计（3）的流量数据计算出进气流量在单位时间内的实时流量波动值，控制器（36）内存储有喘振临界点流量波动值，当实时流量波动值大于或等于喘振临界点流量波动值时，控制器（36）将该时刻的空压机转速、进气流量、电子节气门开度比例、P_进和P_出记录为空压机（35）的喘振发生工况数据组，并且使第四电磁阀（29）开启。

2.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池空压机的测试系统，其特征在于：当实时压比小于或等于阻塞临界点压比时，控制器（36）使第二电磁阀（7）以2%/秒的开度比例开启，控制器（36）内存储有阻塞脱离点压比，当实时压比大于或等于阻塞脱离点压比时，控制器（36）使第二电磁阀（7）以10%/秒的开度比例关闭；

当实时流量波动值大于或等于喘振临界点流量波动值时，控制器（36）使第四电磁阀（29）以2%/秒的开度比例开启，控制器（36）内存储有喘振脱离点流量波动值，当实时流量波动值小于或等于喘振脱离点流量波动值时，控制器（36）使第四电磁阀（29）以10%/秒的开度比例关闭。

3.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池空压机的测试系统，其特征在于：进气管（1）上设有空气过滤器（2），空气过滤器（2）的出气口与空气流量计（3）的进气口连接。

4.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池空压机的测试系统，其特征在于：出气管上设有消音器（27），消音器（27）的进气口与电子节气门（26）的出气口连接。

5.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池空压机的测试系统，其特征在于：空压机（35）设置在模拟环境仓（9）的内部，模拟环境仓（9）内设有用于调节仓内温度的热交换器（13）和用于调节仓内湿度的喷雾器（16），模拟环境仓（9）内还设有与热交换器（13）连接的制冷器（12）和加热器（14），模拟环境仓（9）的底部设有排水阀（15），排水阀（15）与中转水箱（19）的进水口连接，中转水箱（19）的出水口与喷雾器（16）连接以便于向喷雾器（16）供水。

6.根据权利要求5所述的一种车用燃料电池空压机的测试系统，其特征在于：模拟环境仓（9）的内部设有仓内温度传感器（10）、仓内湿度传感器（17）和仓内照明灯（11），模拟环境仓（9）的外部设有报警器（22），控制器（36）能够根据仓内温度传感器（10）或仓内湿度传感器（17）的测量数据控制报警器（22）进行报警。

7.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池空压机的测试系统，其特征在于：还包括制冷水箱（41），制冷水箱（41）上连接有用于供冷却水依次流入控制器（36）和空压机（35）的第一冷却回路、以及用于供冷却水流入中冷器（23）的第二冷却回路；第一冷却回路上设有第一水泵（39）和第一冷凝器（40），第一水泵（39）的入口朝向制冷水箱（41）的第一出水口，第一水泵（39）的出口朝向控制器（36），第一冷凝器（40）的入口朝向空压机（35），第一冷凝器（40）的出口朝向制冷水箱（41）的第一回水口；第二冷却回路上设有第二水泵（43）和第二冷凝器（44），第二水泵（43）的入口朝向制冷水箱（41）的第二出水口，第二水泵（43）的出口朝向中冷器（23），第二冷凝器（44）的入口朝向中冷器（23），第二冷凝器（44）的出口朝向制冷水箱（41）的第二回水口。

8.根据权利要求7所述的一种车用燃料电池空压机的测试系统，其特征在于：第一冷却回路上设有第一液体流量计（38），第二冷却回路上设有第二液体流量计（42），控制器（36）能够根据第一液体流量计（38）的测量数据控制第一水泵（39），并根据第二液体流量计（42）的测量数据控制第二水泵（43）。

9.根据权利要求7所述的一种车用燃料电池空压机的测试系统，其特征在于：还包括与氮气源连接的氮气管（30），氮气管（30）具有两个出气分支管，其中一个出气分支管上设有第五电磁阀（34）并与空压机（35）的进气口连接，使氮气能够将空气从空压机（35）和中冷器（23）内吹出，另一个出气分支管上设有第六电磁阀（37）并与第一水泵（39）的出口连接，使氮气能够将冷却水从控制器（36）和空压机（35）内吹出至制冷水箱（41）。

10.根据权利要求9所述的一种车用燃料电池空压机的测试系统，其特征在于：氮气管（30）上连接有减压阀（31）、气动阀（32）和第四压力传感器（33）。