CN212934682U - 一种燃料电池系统测试平台 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池系统测试平台，包括：自动倾斜装置用于安装燃料电池发动机；低压控制单元用于测试平台的集中控制以及数据处理；空气单元为燃料电池发动机供应空气；氢气单元为燃料电池发动机供应氢气；主散热单元用于燃料电池发动机的散热及流量、压力及温度测量标定，所述主散热单元安装于位置调节装置上；高压控制单元用于实现高压预充、电源控制及分配,高压控制单元与低压控制单元相连,并通过高压DC/DC变换器与燃料电池发动机相连，高压控制单元与低压控制单元之间连接有低压DC/DC变换器；电池模拟器同时连接于低压控制单元以及高压控制单元。可对燃料电池发动机进行全面测试，可以模拟使用工况进行测试，提高测试的可靠性。

Description

一种燃料电池系统测试平台

技术领域

本实用新型属于燃料电池发动机测试技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统测试平台。

背景技术

近年来，氢燃料电池汽车已经步入大众的视野，并开始快速发展。许多企业也开始投身氢能行业，开展燃料电池系统的研发生产工作，竞争激烈。作为氢燃料电池汽车的核心能量来源，燃料电池系统的可靠性显得尤为重要。这就要求在燃料电池系统装车前，燃料电池厂商对燃料电池系统进行充分的匹配验证。

车载燃料电池系统主要包括燃料电池发动机、DC/DC变换器、散热单元、氢气系统、空气系统共五个部分。现有的燃料电池系统测试平台主要存在两方面不足，一方面仅用于对燃料电池发动机单体的性能测试，不能进行整个燃料电池系统的匹配测试；另一方面未能充分模拟实际应用场景，测试环境差异较大。由于这些不足，导致燃料电池系统匹配验证不充分，测试结果真实度偏低，许多问题在客户整车测试阶段暴露，大大影响了后续工作的顺利开展。

实用新型内容

为解决现有技术不足，本实用新型提供一种燃料电池系统测试平台，更加全面的对燃料电池系统进行测试，提高测试真实度，降低客户的使用风险。

为了实现本实用新型的目的，拟采用以下方案：

一种燃料电池系统测试平台，包括：自动倾斜装置、低压控制单元、空气单元、氢气单元、主散热单元、高压控制单元以及电池模拟器。

自动倾斜装置用于安装燃料电池发动机；

低压控制单元用于测试平台的集中控制以及数据处理；

空气单元与低压控制单元相连，为燃料电池发动机供应空气；

氢气单元与低压控制单元相连，为燃料电池发动机供应氢气；

主散热单元与低压控制单元相连，用于燃料电池发动机的散热及流量、压力及温度测量标定，所述主散热单元安装于位置调节装置上；

高压控制单元用于实现高压预充、电源控制及分配,高压控制单元与低压控制单元相连,并通过高压DC/DC变换器与燃料电池发动机相连，高压控制单元与低压控制单元之间连接有低压DC/DC变换器；

电池模拟器同时连接于低压控制单元以及高压控制单元。

进一步的，低压控制单元连接有低压电瓶。

进一步的，低压电瓶与低压DC/DC变换器采用并联连接。

进一步的，还包括辅助散热单元，辅助散热单元与低压控制单元相连，并同时连接于高压DC/DC变换器以及燃料电池发动机。

进一步的，低压控制单元连接有操控盒以及PC机。

进一步的，测试平台各零部件集成设置于一金属框架内，该金属框架可采用铝合金或不锈钢制作。

进一步的，氢气单元包括氢泄漏传感器。

进一步的，所述高压控制单元设有绝缘检测仪。

本实用新型的有益效果在于：

1、对燃料电池系统进行全面测试，包括各用电部件的低压功耗、上下电逻辑验证、高低压回路之间绝缘检测等，同时实现燃料电池发动机静态及动态倾斜工况下的性能测试，以模拟实车使用工况，提高测试真实性；

2、高压回路的在线绝缘检测，提早发现燃料电池系统运行中绝缘失效问题，提高可靠性；

3、通过数据记录仪记录测试数据，作为产品维护评判及后续产品开发的依据；

4、氢气单元设有氢泄露传感器，实时检测氢气浓度数值，将氢气浓度信号发送给平台控制器，一旦发生到氢泄露，平台控制器可及时切断车载氢系统的氢气供应及测试平台电源，避免发生安全事故。

附图说明

本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本实用新型的范围。

图1示出了本申请的构成图；

图2示出了本申请的工作流程图；

图3示出了低压控制单元的电气原理图；

图4示出了高压控制单元的电气原理图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细说明，但本实用新型所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

如图1所示，一种燃料电池系统测试平台，包括：自动倾斜装置、低压控制单元、空气单元、氢气单元、主散热单元、高压控制单元以及电池模拟器。

如图3所示，低压控制单元主要包括平台控制器、数据记录仪以及配电单元和传感器单元等，低压控制单元连接有操控盒以及PC机。低压控制单元主要功能包括测试平台的电源控制及分配；过流、短路、过温及反接保护功能；通过接收PC机或操控盒的指令，实现测试平台的集中控制，通讯方式为CAN通讯；测量各用电部件的低压功耗；将实车上下电逻辑写入平台控制器，对燃料电池系统的上下电时序进行功能验证;以及测试平台的数据实时采集及存储功能

如图3所示，低压控制单元设置的k1为手动开关，是低压电路的机械总开关，可切断系统的低压电。k1闭合后，低压电源接入操控盒，给操控盒、平台控制器及数据记录仪供电。

更具体的，操控盒设置有急停开关，当拍下急停开关时，可立即切断平台控制器及数据记录仪供电。操控盒还设置有开关及信号指示灯，将操作指令输送给平台控制器，可控制测试平台中各系统的开启、关闭及在不同设定工况下进行工作。

优选的，数据记录仪配置有GPS及4G天线，具备定位及联网功能，可在服务器上传位置信息及实时采集的数据。

自动倾斜装置用于安装燃料电池发动机，平台控制器控制自动倾斜装置按照程序设定的工况执行前后及左右方向倾斜动作。自动倾斜装置通过调节电机的转动方向及转速，带动机械连接臂调整倾斜平台面的倾斜角度及速度。倾斜角度及倾斜速度按照程序设定执行，自动倾斜装置内含角度测量仪校准，倾斜角度准确性高。自动倾斜装置，最大倾斜角度40度。通过自动倾斜装置模拟实车的急加速、急减速、坡路、转弯、倾斜路面工况下的燃料电池发动机不同倾斜状态，标定燃料电池发动机的水气管理策略，验证技术方案。

空气单元与低压控制单元相连，主要零件采用与实车相同的空气系统，为燃料电池发动机供应空气。氢气单元主要采用与实车氢气系统相同的零部件，通过管路与燃料电池发动机相连，为燃料电池发动机供应氢气；同时氢气单元与低压控制单元相连，用于控制供应氢气的量以及时机。

主散热单元与低压控制单元相连，用于燃料电池发动机的散热及流量、压力及温度测量标定，所述主散热单元安装于位置调节装置上。位置调节装置主要零件是自动升降装置、散热系统支架、调速风机。主散热单元直接固定在散热系统支架上，散热系统支架固定在自动升降装置的台面上，调速风机也固定在自动升降装置的台面上。通过调节散热系统支架上的机械旋钮可以调整支架的倾斜角度，实现对主散热单元的倾斜角度调节。自动升降装置为剪叉式升降平台结构，升降作业稳定性高。按下自动升降装置操控盒上的上升或下降按钮开关，来控制液压泵转动，推动液压油流经各种阀体装置，流向液压油缸，使液压油缸的活塞向上或向下运动，进而控制台面的上升或下降，实现高度方向的调节。平台控制器控制调速风机的转速，实现模拟不同的自然风速。

高压控制单元用于实现高压预充、电源控制及分配，高压控制单元与低压控制单元相连,并通过高压DC/DC变换器与燃料电池发动机相连，高压控制单元与低压控制单元之间连接有低压DC/DC变换器。

如图3、图4所示，电池模拟器同时连接于低压控制单元以及高压控制单元。电池模拟器模拟车载动力电池的特性，通过高压控制单元的电源分配，即可吸收高压DC/DC变换器输出的电能，也可为燃料电池发动机内的高压部件及低压DC/DC变换器提供电能。低压控制单元可将动力电池特性曲线通过程序写入电池模拟器，可验证整车不同工况下，动力电池电压变化对燃料电池系统的影响。

低压控制单元连接有低压电瓶。低压电瓶与低压DC/DC变换器采用并联连接。作为燃料电池系统的低压电源。低压电源采用单线制，负极搭铁，即低压电源负极与测试平台的框架导通。测试平台的低压电源系统高度模拟实车，可验证解决系统高低压回路之间绝缘失效、线束电源回路设置不合理触发的问题。

优选的，燃料电池发动机还连接有辅助散热单元，辅助散热单元与低压控制单元相连，并同时连接于高压DC/DC变换器以及燃料电池发动机。

燃料电池发动机、主散热单元、高压DC/DC变换器、空气单元、氢气单元在一条CAN网络上进行信息交互。燃料电池发动机、平台控制器、数据记录仪、低压DC/DC变换器、主散热单元、高压控制单元、操控盒、自动倾斜装置、电池模拟器在另一条CAN网络上进行信息交互。

优选的，测试平台各零部件集成设置于一金属框架内，该金属框架可采用铝合金或不锈钢制作，框架底部四周安装有万向轮，便于测试平台转移，以适应更多的测试场地。

优选的，氢气单元包括氢泄漏传感器。氢泄露传感器实时检测氢气浓度数值，将氢气浓度信号发送给平台控制器。一旦发生到氢泄露，平台控制器可及时切断车载氢系统的氢气供应及测试平台电源，避免发生安全事故。平台控制器可按照整车控制器的逻辑验证车载氢系统的瓶阀开启策略及保护策略，加氢动作时也可验证车载氢系统与加氢枪的红外通讯功能及此时的控制策略。

优选的，如图4所示，所述高压控制单元设有绝缘检测仪。实时监测高压回路的绝缘数值，作为燃料电池发动机绝缘性能评判及排查依据，同时也解决了燃料电池系统运行阶段绝缘失效未能提早发现的问题。

优选的，低压控制单元与自动倾斜装置、空气单元、氢气单元、主散热单元、高压控制单元、高压DC/DC变换器、低压DC/DC变换器、电池模拟器、辅助散热单元、操控盒、PC机之间的连接线路均设置有低压熔断器，用作过流及短路保护。

结合图4对测试系统的高压上下电控制作简要说明。上电逻辑：电池模拟器工作后，先闭合K1，平台控制器判断预充完成后，闭合K2，断开K1。放电逻辑：高压DC/DC变换器、低压DC/DC变换器停止工作后，断开K2，闭合K3进行放电，平台控制器判断放电完成后，断开K3。

具体实施方式：结合图2对上述燃料电池系统测试平台的工作流程做进一步说明。首先调节主散热单元位置；手动闭合开关K1，数据记录仪上电自检和初始化，开始采集并上传数据，同时平台控制器上电自检和初始化；接着闭合操控盒低压供电开关，系统低压上电自检和初始化；接着电池模拟器配置写入参数、运行，同时高压控制单元开启绝缘监测；接着闭合操控盒高压供电开关，低压DC/DC变换器工作，为低压系统供电，同时系统进入高压待机状态。以上为测试平台测试的准备工作。测试时可选择自动模式和手动模式其中任一种，自动模式通过PC机执行，手动模式利用操控盒进行操作；选择操作模式之后开启燃料电池发动机；然后氢气单元开始向燃料电池发动机供应氢气、空气单元开始向燃料电池发动机供应空气、燃料电池发动机执行自检及开机流程，同时辅助散热单元开始工作；之后主散热单元、高压DC/DC变换器、自动倾斜装置以及电池模拟器开始工作。测试平台开始对燃料电池系统进行测试。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本实用新型。本领域技术人员应理解，在不脱离本实用新型的范围情况下，对本实用新型进行的各种改变或同等替换，均属于本实用新型保护的范围。

Claims (8)

1.一种燃料电池系统测试平台，其特征在于，包括：

自动倾斜装置，用于安装燃料电池发动机；

低压控制单元，用于测试平台的集中控制以及数据处理；

空气单元，与低压控制单元相连，用于为燃料电池发动机供应空气；

氢气单元，与低压控制单元相连，用于为燃料电池发动机供应氢气；

主散热单元，与低压控制单元相连，用于燃料电池发动机的散热及流量、压力及温度测量标定，所述主散热单元安装于位置调节装置上；

高压控制单元，用于实现高压预充、电源控制及分配,高压控制单元与低压控制单元相连,并通过高压DC/DC变换器与燃料电池发动机相连，高压控制单元与低压控制单元之间连接有低压DC/DC变换器；以及

电池模拟器，同时连接于低压控制单元以及高压控制单元。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统测试平台，其特征在于，低压控制单元连接有低压电瓶。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统测试平台，其特征在于，低压电瓶与低压DC/DC变换器采用并联连接。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统测试平台，其特征在于，还包括辅助散热单元，辅助散热单元与低压控制单元相连，并同时连接于高压DC/DC变换器以及燃料电池发动机。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统测试平台，其特征在于，低压控制单元连接有操控盒以及PC机。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统测试平台，其特征在于，测试平台各零部件集成设置于一金属框架内，该金属框架采用铝合金或不锈钢制作。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统测试平台，其特征在于，氢气单元包括氢泄漏传感器。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统测试平台，其特征在于，所述高压控制单元设有绝缘检测仪。

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