TW201434684A - 模組化燃料電池車動力匹配測試系統 - Google Patents

Abstract

本發明是一種模組化燃料電池車動力匹配測試系統乃包括：馬達扭力測試單元其係連接於燃料電池性能測試單元，以及係包含：待測馬達、扭力傳感器、以及渦電流制動器，其中待測馬達係用於傳動渦電流制動器，以及扭力傳感器係用於至少偵測待測馬達在進行傳動的扭力；燃料電池性能測試單元其係用於對馬達扭力測試單元提供電力，以及係至少包含：燃料電池、運轉輔助系統(BOP,Balance Of Plant)控制器、以及燃料電池測試機台，其中燃料電池測試機台係用於測試燃料電池在不同電壓負載下的性能；二次電池其係用於對燃料電池性能測試單元的運轉輔助系統控制器提供電力。

Description

模組化燃料電池車動力匹配測試系統

本發明係關於一種動力匹配測試系統，特別是關於一種模組化燃料電池車動力匹配測試系統。

台灣發明專利案第097120814「燃料電池系統及燃料電池搭載車輛」乃提供一種燃料電池搭載車輛，其可在併用二次電池與燃料電池之情形，防止冷卻燃料電池之冷卻水之腐敗及凍結。本發明之燃料電池裝置為不作動中，具有在可對二次電池2充電之外部電源A連接於該二次電池時，使水泵作動經由循環配管使冷卻水循環之控制器(泵驅動控制機構)。然而，該第097120814專利前案並未教示如何使得燃料電池電動車之主要組件的組合，能夠組合出節能效率更高、用氫量較低、操作簡單、行駛距離更長之匹配。

本發明發明人有鑑於燃料電池電動車仍待改進，乃亟思發明改良，而改良一種用於燃料電池電動車的模組化動力匹配測試系統，使得燃料電池電動車之主要組件的組合，能夠組合出節能效率更高、用氫量較低、操作簡單、行駛距離更長之匹配。

本發明的目的係提供一種模組化燃料電池車動力匹配測試系統，能夠進行各項測試，重複地進行這些測試，如此而調整出燃料電池電動車的較佳元件與控制匹配性，進而提升整體效能與穩定性。

為達成本發明上述目的，本發明提供一種模組化燃料電池車動力匹配測試系統，包括：一馬達扭力測試單元，係連接於一燃料電池性能測試單元，以及係包含：一待測馬達、一扭力傳感器、以及一渦電流制動器，其中該待測馬達係用於傳動該渦電流制動器，以及該扭力傳感器係 用於至少偵測該待測馬達在進行傳動的一扭力；一燃料電池性能測試單元，係用於對該馬達扭力測試單元提供電力，以及係至少包含：一燃料電池、一運轉輔助系統(BOP,Balance Of Plant)控制器、以及一燃料電池測試機台，其中該燃料電池測試機台係用於測試該燃料電池在不同電壓負載下的性能；一二次電池，係用於對該燃料電池性能測試單元的該運轉輔助系統控制器提供電力。

茲為使 貴審查委員對本發明之技術特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例圖並配合詳細之說明，說明如後：

10‧‧‧模組化燃料電池車動力匹配測試系統

11‧‧‧燃料電池性能測試單元

13‧‧‧馬達扭力測試單元

14‧‧‧二次電池

14‧‧‧鉛酸蓄電池

12‧‧‧馬達驅動器

16、18‧‧‧直流轉直流轉換器

20‧‧‧燃料電池電動車

21‧‧‧駕駛座椅

22‧‧‧油門控制器

23‧‧‧煞車控制器

24‧‧‧監控螢幕

111‧‧‧燃料電池

112‧‧‧儲氫罐

113‧‧‧壓力調整器

114a‧‧‧進氣電磁閥

114b‧‧‧排氣電磁閥

115‧‧‧運轉輔助系統控制器

116‧‧‧燃料電池測試機台

117‧‧‧可程式直流電源供電器

131‧‧‧待測馬達

133‧‧‧扭力傳感器

135‧‧‧渦電流制動器

118、137‧‧‧電腦

第1圖顯示本發明模組化燃料電池車動力匹配測試系統的構造圖。

第2圖顯示本發明模組化燃料電池車動力匹配測試系統的燃料電池性能測試單元的構造圖。

第3圖顯示本發明模組化燃料電池車動力匹配測試系統的構造圖。

第4圖顯示本發明燃料電池電動車的結構示意圖。

本發明乃整合習知相關燃料電池電力系統技藝與與習知相關電動汽車動力系統技藝，以此為前提下進行發明。本發明的模組化燃料電池車動力匹配測試系統10的主要組件採用為可拆卸式，並且找尋可匹配之馬達，並在不同地形作適當的拆換與測試，再進一步的比較與評估，如此使得主要組件的組合，能夠組合出節能效率更高、用氫量較低、操作簡單、行駛距離更長之匹配。

請參見第1~3圖，本發明的模組化燃料電池車動力匹配測試系統10乃包括有：燃料電池性能測試單元11、馬達扭力測試單元13、以及 二次電池14，茲分別說明如下內文。

請配合參見第2圖，燃料電池性能測試單元11的功能乃用於對馬達扭力測試單元13提供電力，以及用於測試燃料電池111在不同電壓負載下的性能。燃料電池性能測試單元11乃包含有：燃料電池111、運轉輔助系統(BOP,Balance Of Plant)控制器115、以及燃料電池測試機台116。燃料電池111乃可直接採用習知燃料電池堆，例如是650W的習知PEM燃料電池堆。首先在燃料電池111活化過程中，起初由儲氫罐112經由壓力調整器113控制在0.5巴(bar)，再通過進氣電磁閥114a至燃料電池111進行電化學反應。由二次電池14供電給BOP控制器115，BOP控制器115控制燃料電池111，而使燃料電池111正常啟動，燃料電池111所產生電力乃傳送至燃料電池測試機台116的可程式直流負載機117(圖未顯示)，最後，燃料電池111的反應產物與未反應之氣體，乃經由排氣電磁閥114b排出。進氣電磁閥114a、排氣電磁閥114b、以及二次電池14等可乃可直接採用習知對應組件。

燃料電池測試機台116是用來測試燃料電池111在不同電壓負載下的性能。茲以所述650W燃料電池堆為例說明，650W燃料電池堆輸出的開路電壓值約為34V，而燃料單電池計為36顆，每顆平均電壓約為0.95V，測試650W燃料電池堆其性能曲線採以每次降低燃料電池電壓負載單顆0.05V，並負載固定時間降至單顆0.6V，再由燃料電池測試機台116顯示並且記錄不同電壓負載下，電流和功率的數值。

請配合參見第3圖，馬達扭力測試單元13乃連接於燃料電池性能測試單元11，以及係包含有：待測馬達131、扭力傳感器133、以及渦電流制動器135。待測馬達131乃可選用習知直流無刷馬達，或是習知輪轂馬達。待測馬達131的選用條件乃可考量馬達重量與地形變化等因素，擬挑選的習知輪瑴馬達與習知直流無刷馬達，前者有轉速低扭力高的特性，後者有轉速高扭力低的特性，並依照燃料電池111的發電電壓，選用馬達規格為24V、3000 rpm的習知直流無刷馬達，或是24V、300 rpm的習知輪轂馬達。習知輪轂馬達特性為低轉速、高扭力，故適合有斜坡的地形。習知直流無刷馬達為高轉速、低扭力，故適合在平坦的地形。

扭力傳感器133的功能在於可測量靜動態順時針與逆時針的扭力，並記錄其聯接之馬達，其轉動過程的功率、扭力及轉速。透過扭力傳感器133的軸偵測將力量轉換成數位化的信號。由定子上的一個16bit數位轉類比的轉換器，將此訊號轉換及放大成0到±10V訊號，角度及轉速量測則透過光電傳輸方式的增量編碼器磁盤，輸出高解析度TTL信號。

渦電流制動器135的主要構造為有一個固定圓盤及一個轉動圓盤，圓盤內繞有線圈，通過電流就會產生磁場，制動時由於兩圓盤表面的相對運動，感應渦電流產生磁場，得到制動扭力矩。其原理是利用由機械制動能轉變為電能或熱能，或是利用電能轉變為電磁阻尼力以達到制動的目的。可程式直流電源供電器117可對渦電流制動器135提供電流，通過可程式直流電源供電器117對電流大小的控制，如此來調整渦電流制動器135的制動力量大小。

請配合參見第1、4圖，本發明的燃料電池電動車20其乃具體地應用了模組化燃料電池車動力匹配測試系統10。燃料電池電動車20乃至少包括有：燃料電池111、待測馬達131、馬達驅動器12、油門控制器22、以及馬達扭力測試單元13。為了確實模擬出燃料電池111的供電狀態，在模擬時，燃料電池111可由直流電源供應器(例如二次電池14)取代之。所述直流電源供應器供電給馬達驅動器12，進而驅使待測馬達131轉動。所述電源供應器亦供電給扭力傳感器133，用來進行燃料電池電動車20行駛時的負載模擬。二次電池14可採用習知之鉛酸蓄電池。

馬達扭力測試機台13進行資料的接收及傳送，將擷取到的資料透過資料訊號轉換器傳至電腦137中，觀測電腦數據並紀錄，在擷取的數據中有扭力、轉速及功率，作為後續設計的參考依據。

在完成所述直流電源供應器取代燃料電池111的模擬後，便可進行燃料電池與燃料電池電動車動力系統之整合。燃料電池電動車20最初由鉛酸蓄電池14^’提供電壓24V的電力，再透過直流轉直流轉換器(DC-DC Converter)16降壓，提供穩定電壓12V輸出至BOP控制器115。燃料電池111經由電化學反應後即可產生電力，燃料電池111所產生的電力，其電壓32V~34V再經直流轉直流轉換器18降壓至24V，再供電給馬達驅動器12， 如此驅動待測馬達131轉動。直流轉直流轉換器18並可同時回傳電力至鉛酸蓄電池14^’以補充電力，藉以延長鉛酸蓄電池14^’的使用。

燃料電池電動車20在車身結構的設計，可參見第4圖所示，駕駛座椅12前方設置有油門控制器22、煞車控制器23、以及監看螢幕24。若燃料電池電動車20需達到要長時間行駛的要求條件，就必須要整體電力的消耗來進行評估，因此需要多方面的測試並實際行駛，而本發明可簡化繁雜的實際測試過程，並且所有的測試數據在模組化燃料電池車動力匹配測試系統10上做模擬及調整。操作時先使用鉛酸蓄電池14^’對馬達扭力測試單元13供給電力，並記錄其輸出耗損、行走時間和輸出的扭力等，彙整所有的測試資料，以及進行比較與各種特性曲線的分析，將其數據匯入給燃料電池電動車20做測試與調整。在測試與調整過程中，觀察燃料電池電動車20的續航力，以及探討燃料電池搭配鉛酸蓄電池的效用，如此來將整體系統進行有效的效能管理。最後，藉由燃料電池電動車20搭配出最具理想效能的燃料電池車匹配系統，並將其實際運用在電池車上。

本發明的模組化燃料電池車動力匹配測試系統10，能夠進行各項測試，待整體測試完成後，以較佳的元件與控制匹配，進行燃料電池電動車20測試，再由燃料電池電動車20測試中回饋問題進行改良，重複地進行這些步驟，調整出燃料電池電動車20的較佳元件與控制匹配性，進而提升整體效能與穩定性，此即為本發明顯著進步所在。

故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

11‧‧‧燃料電池性能測試單元

12‧‧‧馬達驅動器

13‧‧‧馬達扭力測試單元

14‧‧‧二次電池

20‧‧‧燃料電池電動車

21‧‧‧駕駛座椅

22‧‧‧油門控制器

23‧‧‧煞車控制器

24‧‧‧監控螢幕

111‧‧‧燃料電池

112‧‧‧儲氫罐

115‧‧‧運轉輔助系統控制器

131‧‧‧待測馬達

133‧‧‧扭力傳感器

135‧‧‧渦電流制動器

Claims (8)

1. 一種模組化燃料電池車動力匹配測試系統，包括：一馬達扭力測試單元，係連接於一燃料電池性能測試單元，以及係包含：一待測馬達、一扭力傳感器、以及一渦電流制動器，其中該待測馬達係用於傳動該渦電流制動器，以及該扭力傳感器係用於至少偵測該待測馬達在進行傳動的一扭力；一燃料電池性能測試單元，係用於對該馬達扭力測試單元提供電力，以及係至少包含：一燃料電池、一運轉輔助系統(BOP,Balance Of Plant)控制器、以及一燃料電池測試機台，其中該燃料電池測試機台係用於測試該燃料電池在不同電壓負載下的性能；一二次電池，係用於對該燃料電池性能測試單元的該運轉輔助系統控制器提供電力。
2. 如申請專利範圍第1項所述之模組化燃料電池車動力匹配測試系統，其中該二次電池，係：一鉛酸蓄電池。
3. 如申請專利範圍第1項所述之模組化燃料電池車動力匹配測試系統，其中該渦電流制動器，係一馬達負載。
4. 如申請專利範圍第1項所述之模組化燃料電池車動力匹配測試系統，其中該待測馬達，係一直流無刷馬達、或一輪轂馬達。
5. 如申請專利範圍第1項所述之模組化燃料電池車動力匹配測試系統，其中該燃料電池，係一燃料電池堆。
6. 如申請專利範圍第1項所述之模組化燃料電池車動力匹配測試系統，係進一步包括：一馬達驅動器。
7. 一種包含如申請專利範圍第1項所述之模組化燃料電池車動力匹配測試系統的燃料池電動車。
8. 如申請專利範圍第7所述之燃料電池電動車，進一步包括：一駕駛座椅、一油門控制器、一煞車控制器。