CN117491883A - 一种燃料电池测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池测试系统及方法，所述系统包括测试模块、模拟模块、数据模块和控制模块，所述控制模块分别与所述直流转换器模块、测试模块、模拟模块、数据模块信号相连，所述模拟模块，与装载在燃料电池车上的电动机输出轴输入端连接，用于向所述电动机施加模拟行驶负荷，提供模拟整车耗电器件的测试负载；所述测试模块，与所述燃料电池单元信号相连，用于生成特定的测试环境以对所述燃料电池单元进行实时测试并生成实时测试数据；所述数据模块，用于生成配置文件并监控所述实时测试数据；所述控制模块，用于采集各类型参数数据，输出控制指令，以及基于实时测试数据获得测试结果。

Description

一种燃料电池测试系统及方法

技术领域

本发明涉及燃料电池测试技术领域，特别是涉及一种燃料电池测试系统及方法。

背景技术

现有的燃料电池测试系统，测试工艺步骤和测试执行程序wi ndows系统下执行，从而导致缺少实时性，非实时性的系统执行在时间上的要求并不严格，存在时间上的延误或者时序上的错误，进而导致测试缺少实时性，从而产生误差，采用非实时系统设计的测试系统不能模拟出燃料电池系统实时使用时的真实数据，并且非实时性测试在测试过程中不能够实时监测出异常，存在一定的风险，并且现有的测试方法无法真实反映辅机能耗，测试结果与实车实际效率存在较大差异，无法准确的反映燃料电池系统集成性能，对燃料电池车辆功耗和续驶里程估算存在较大偏差。

发明内容

针对上述现有技术，本发明在于提供一种燃料电池测试系统及方法，以解决上述背景技术中所提出的问题。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：本申请第一方面公开了一种燃料电池测试系统，包括燃料电池车以及设置在所述燃料电池车上的燃料电池单元，所述燃料电池车上设有直流转换器模块以及辅助电源模块，所述燃料电池单元的电力输出端、所述辅助电源模块的电力输出端均与所述直流转换器模块相连，所述系统还包括测试模块、模拟模块、数据模块和控制模块，所述控制模块分别与所述直流转换器模块、测试模块、模拟模块、数据模块信号相连，

所述模拟模块，与装载在燃料电池车上的电动机输出轴输入端连接，用于向所述电动机施加模拟行驶负荷，提供模拟整车耗电器件的测试负载；

所述测试模块，与所述燃料电池单元信号相连，用于生成特定的测试环境以对所述燃料电池单元进行实时测试并生成实时测试数据；

所述数据模块，用于生成配置文件并监控所述实时测试数据；

所述控制模块，用于采集各类型参数数据，输出控制指令，以及基于实时测试数据获得测试结果。

可选的，所述直流转换器模块包括第一直流转换器与第二直流转换器，所述燃料电池单元的电力输出端与所述第一直流转换器电性相连，用于提供燃料电池车的整车电力，所述辅助电源模块的电力输出端与所述第二直流转换器电性相连，用于提供燃料电池车的辅助电力。

可选的，所述数据模块被配置为生成配置文件，并将配置文件传输至测试模块，测试模块根据配置文件产生实时测试环境以对所述燃料电池单元生成实时测试指令，并将实时测试指令发送至控制模块，所述配置文件包括导入预设表格化相关测试控制命令及运行参数，所述预设表格化相关测试控制命令包括预设控制时间、预设的传感器反馈参数、决定执行时间。

可选的，所述控制模块根据实时测试指令对燃料电池单元进行测试，通过直流转换器模块将燃料电池单元输出的电压调节至适合整车需求的整车直流高压，同时控制模块采集所述模拟模块的输入电压电流，从而对装载在燃料电池车上的电动机施加模拟行驶负荷，并计算获得模拟负载功率。

可选的，所述控制模块被配置为，采集第一直流转换器相连的辅助电源模块的输出电压电流，并计算获得所述辅助电源模块的模拟散热消耗功率。

可选的，所述控制模块还被配置为，采集第二直流转换器相连的辅助电源模块的输出电压电流，并计算获得所述辅助电源模块的模拟供排气功率。

可选的，将辅助电源模块的散热消耗功率和供排气功率作为燃料电池系统净输出功率，将基于氢气流量计算的能量作为燃料电池系统总输入功率，将净输出功率与总输入功率相除，得到燃料电池系统总效率。

可选的，控制模块与测试模块通过通信模块连接，所述通信模块包括工业以太网通信、数字I/O通信单元和CAN通信单元。

本申请第二方面公开了一种燃料电池测试方法，所述方法应用于如前述任一项所述的燃料电池测试系统，所述方法包括下列步骤：

在实时测试环境中对待测燃料电池生成实时测试指令；

基于所述实时测试指令对所述燃料电池进行模拟测试，在模拟测试过程中，在第一直流转换器与第二直流转换器之间进行转换，获得模拟负载功率以及模拟散热消耗功率、模拟供排气功率；

将所述模拟散热消耗功率和模拟供排气功率作为燃料电池的净输出功率，并以基于氢气流量计算的能量作为燃料电池的总输入功率，由所述净输出功率以及所述总输入功率获得燃料电池系统总效率。

本发明的有益效果在于：本申请公开的一种燃料电池测试系统和方法，通过数据模块能够根据配置文件产生实时测试环境并对待测燃料电池系统进行实时测试，从而能够保证测试具有实时性，测试过程中能够实时数据交互、逻辑执行和故障保护，克服了非实时系统而存在的滞后和时差的影响，同时能够获取自动故障报警指示信息，根据自动故障报警指示信息，获取预设报警级别信息，从而降低了测试的风险，并且由于充分考虑了各级直流转换器转化从而产生的效率损失，有利于使车用燃料电池系统净输出功率更加准确计算出实际数据结果，可以根据此净输出功率进一步估算燃料电池车辆功耗。

附图说明

图1为本申请实施例中燃料电池测试系统的结构框图；

图2为本申请实施例中燃料电池测试方法的流程图；

图中，1测试模块，2模拟模块，3数据模块，4控制模块，5燃料电池单元，6辅助电源模块，7直流转换器模块。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例对本发明技术方案做进一步的详细阐述。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，并不是旨在于限制本发明。在以下描述中，涉及到“一些实施例”的表述，其描述了所有可能实施例的子集，但是应当理解的是，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

在以下描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。并且在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

另需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“内”、“外”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的可选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

请结合参照附图1，本申请第一方面公开了一种燃料电池测试系统，包括燃料电池车以及设置在所述燃料电池车上的燃料电池单元5，所述燃料电池车上设有直流转换器模块7以及辅助电源模块6，所述燃料电池单元5的电力输出端、所述辅助电源模块6的电力输出端均与所述直流转换器模块7相连，所述系统还包括测试模块1、模拟模块2、数据模块3和控制模块4，所述控制模块4分别与所述直流转换器模块7、测试模块1、模拟模块2、数据模块3信号相连，

所述模拟模块2，与装载在燃料电池车上的电动机输出轴输入端连接，用于向所述电动机施加模拟行驶负荷，提供模拟整车耗电器件的测试负载；

所述测试模块1，与所述燃料电池单元5信号相连，用于生成特定的测试环境以对所述燃料电池单元5进行实时测试并生成实时测试数据；

所述数据模块3，用于生成配置文件并监控所述实时测试数据；

所述控制模块4，用于采集各类型参数数据，输出控制指令，以及基于实时测试数据获得测试结果。

本申请所公开的燃料电池测试系统，通过模拟模块2为燃料电池车上的电动机施加模拟行驶负荷，提供模拟整车耗电器件的测试负载，测试模块1根据配置文件产生实时测试环境以对所述燃料电池单元5生成实时测试指令，并将实时测试指令发送至控制模块4，控制模块4确认导入测试指令运行信息，所述控制模块4根据接收的指令信号对燃料电池单元5进行测试，通过直流转换器模块7将燃料电池单元5输出的电压调节至适合整车需求的整车直流高压，同时控制模块4采集所述模拟模块2的输入电压电流，从而对装载在燃料电池车上的电动机施加模拟行驶负荷，并计算获得模拟负载功率，以及模拟散热消耗功率、模拟供排气功率，在进行效率计算时，模拟负载功率扣除，将模拟散热消耗功率和模拟供排气功率作为燃料电池的净输出功率，以氢气流量计算的能量作为燃料电池系统总输入功率，将净输出功率与总输入功率相除，得到燃料电池系统总效率。

具体的，所述直流转换器模块7包括第一直流转换器与第二直流转换器，所述燃料电池单元5的电力输出端与所述第一直流转换器电性相连，用于提供燃料电池车的整车电力，所述辅助电源模块6的电力输出端与所述第二直流转换器电性相连，用于提供燃料电池车的辅助电力。

进一步的，控制模块4通过采集与第一直流转换器相连的辅助电源模块6的输出电压电流，并计算获得辅助电源模块6的模拟散热消耗功率。

进一步的，控制模块4通过采集与第二直流转换器相连的辅助电源模块6的输出电压电流，并计算获得辅助电源模块6的模拟供排气功率。

具体的，所述数据模块3被配置为生成配置文件，并将配置文件传输至测试模块1，测试模块1根据配置文件产生实时测试环境以对所述燃料电池单元5生成实时测试指令，并将实时测试指令发送至控制模块4，所述配置文件包括导入预设表格化相关测试控制命令及运行参数，所述预设表格化相关测试控制命令包括预设控制时间、预设的传感器反馈参数、决定执行时间。

具体的，所述控制模块4根据实时测试指令对燃料电池单元5进行测试，通过直流转换器模块7将燃料电池单元5输出的电压调节至适合整车需求的整车直流高压，同时控制模块4采集所述模拟模块2的输入电压电流，从而对装载在燃料电池车上的电动机施加模拟行驶负荷，并计算获得模拟负载功率。

具体的，所述直流转换器模块7，能够根据测试情况，能够在第一直流转换器与第二直流转换器之间进行转换，从而使测试系统能够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，从而对燃料电池系统总效率与辅助电源模块6的输出功率进行测试

具体的，在电动车上还设有排气模块，所述排气模块包括空气供应模块与氢气供应模块，空气供应模块与氢气供应模块均能获得对应的气体流量数据，在进行计算时，将辅助电源模块6的散热消耗功率和供排气功率作为燃料电池系统净输出功率，通过根据氢气供应模块采集的氢气流量计算的能量作为燃料电池系统总输入功率，将净输出功率与总输入功率相除，得到燃料电池系统总效率。

具体的，当数据模块3监测到数据发生异常时，获取自动故障报警指示信息，根据自动故障报警指示信息，获取预设报警级别信息，所述报警级别信息包括报警提示控制信息、降低负载控制信息、断电关机停止测试信息。

具体的，控制模块4与测试模块1通过通信模块连接，所述通信模块包括工业以太网通信、数字I/O通信单元和CAN通信单元。

所述数据模块3包括ARM存储器与ARM处理器，所述ARM存储器安装于ARM处理器，并且ARM处理器与控制模块4数据连接。

本申请第二方面公开了一种燃料电池测试方法，所述方法应用于如前述任一项所述的燃料电池测试系统，所述方法包括下列步骤：

S1、在实时测试环境中对待测燃料电池生成实时测试指令；

S2、基于所述实时测试指令对所述燃料电池进行模拟测试，在模拟测试过程中，在第一直流转换器与第二直流转换器之间进行转换，获得模拟负载功率以及模拟散热消耗功率、模拟供排气功率；

S3、将所述模拟散热消耗功率和模拟供排气功率作为燃料电池的净输出功率，并以基于氢气流量计算的能量作为燃料电池的总输入功率，由所述净输出功率以及所述总输入功率获得燃料电池系统总效率。

具体而言，通过数据模块3生成所述配置文件，数模模块将配置文件数据传输至测试模块1，测试模块1根据配置文件产生实时测试环境以对所述待测燃料电池单元5生成实时测试指令，并将实时测试指令发送至控制模块4；

控制模块4确认导入测试指令运行信息，所述控制模块4根据接收的指令信号对燃料电池单元5进行测试，通过直流转换器模块7将燃料电池单元5输出的电压调节至适合整车需求的整车直流高压，同时控制模块4采集与直流转换器模块7相连的所述模拟模块2的输入电压电流，从而对装载在燃料电池车上的电动机施加模拟行驶负荷，并计算获得模拟负载功率；

所述控制模块4采集第一直流转换器相连的辅助电源模块6的输出电压电流，并计算获得所述辅助电源模块6的模拟散热消耗功率；

当排气模块的需求电压低于整车第二直流高压时，所述控制模块4采集与所述第二直流转换器相连的所述辅助电源模块6的输出电压电流，并计算获得所述辅助电源模块6的模拟供排气功率；

将负载功率扣除，将辅助电源模块6的散热消耗功率和供排气功率作为燃料电池系统净输出功率，通过根据氢气供应模块采集的氢气流量计算的能量作为燃料电池系统总输入功率，将净输出功率与总输入功率相除，得到燃料电池系统总效率；数据模块3对实时测试数据进行监控，并对测试数据结果信息进行保留。

当数据模块3监测到数据发生异常时，获取自动故障报警指示信息，根据自动故障报警指示信息，获取预设报警级别信息，所述报警级别信息包括报警提示控制信息、降低负载控制信息、断电关机停止测试信息。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围以准。

Claims (9)

1.一种燃料电池测试系统，包括燃料电池车以及设置在所述燃料电池车上的燃料电池单元，其特征在于，所述燃料电池车上设有直流转换器模块以及辅助电源模块，所述燃料电池单元的电力输出端、所述辅助电源模块的电力输出端均与所述直流转换器模块相连，所述系统还包括测试模块、模拟模块、数据模块和控制模块，所述控制模块分别与所述直流转换器模块、测试模块、模拟模块、数据模块信号相连，

所述模拟模块，与装载在燃料电池车上的电动机输出轴输入端连接，用于向所述电动机施加模拟行驶负荷，提供模拟整车耗电器件的测试负载；

所述测试模块，与所述燃料电池单元信号相连，用于生成特定的测试环境以对所述燃料电池单元进行实时测试并生成实时测试数据；

所述数据模块，用于生成配置文件并监控所述实时测试数据；

所述控制模块，用于采集各类型参数数据，输出控制指令，以及基于实时测试数据获得测试结果。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试系统，其特征在于，所述直流转换器模块包括第一直流转换器与第二直流转换器，所述燃料电池单元的电力输出端与所述第一直流转换器电性相连，用于提供燃料电池车的整车电力，所述辅助电源模块的电力输出端与所述第二直流转换器电性相连，用于提供燃料电池车的辅助电力。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池测试系统，其特征在于，所述数据模块被配置为生成配置文件，并将配置文件传输至测试模块，测试模块根据配置文件产生实时测试环境以对所述燃料电池单元生成实时测试指令，并将实时测试指令发送至控制模块，所述配置文件包括导入预设表格化相关测试控制命令及运行参数，所述预设表格化相关测试控制命令包括预设控制时间、预设的传感器反馈参数、决定执行时间。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池测试系统，其特征在于，所述控制模块根据实时测试指令对燃料电池单元进行测试，通过直流转换器模块将燃料电池单元输出的电压调节至适合整车需求的整车直流高压，同时控制模块采集所述模拟模块的输入电压电流，从而对装载在燃料电池车上的电动机施加模拟行驶负荷，并计算获得模拟负载功率。

5.根据权利要求2所述的一种燃料电池测试系统，其特征在于，所述控制模块被配置为，采集第一直流转换器相连的辅助电源模块的输出电压电流，并计算获得所述辅助电源模块的模拟散热消耗功率。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池测试系统，其特征在于，所述控制模块还被配置为，采集第二直流转换器相连的辅助电源模块的输出电压电流，并计算获得所述辅助电源模块的模拟供排气功率。

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池测试系统，其特征在于，将辅助电源模块的散热消耗功率和供排气功率作为燃料电池系统净输出功率，将基于氢气流量计算的能量作为燃料电池系统总输入功率，将净输出功率与总输入功率相除，得到燃料电池系统总效率。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试系统，其特征在于，控制模块与测试模块通过通信模块连接，所述通信模块包括工业以太网通信、数字I/O通信单元和CAN通信单元。

9.一种燃料电池测试方法，其特征在于，所述方法应用于如前述权利要求1-8任一项所述的燃料电池测试系统，所述方法包括下列步骤：

在实时测试环境中对待测燃料电池生成实时测试指令；

基于所述实时测试指令对所述燃料电池进行模拟测试，在模拟测试过程中，在第一直流转换器与第二直流转换器之间进行转换，获得模拟负载功率以及模拟散热消耗功率、模拟供排气功率；

将所述模拟散热消耗功率和模拟供排气功率作为燃料电池的净输出功率，并以基于氢气流量计算的能量作为燃料电池的总输入功率，由所述净输出功率以及所述总输入功率获得燃料电池系统总效率。