一种基于实时控制系统的燃料电池空气压缩机测试系统及装置

技术领域

本发明涉及燃料电池测试技术领域，具体为一种基于实时控制系统的燃料电池空气压缩机测试系统及装置。

背景技术

新能源汽车技术发展迅速，燃料电池技术是其中的一个重要方向，甚至被认为是未来电动汽车的终极方案，燃料电池空气压缩机是燃料电池进气系统的重要部件，用于为燃料电池反应堆提供充足的氧气。燃料电池空气压缩机的性能对燃料电池的性能有很大的影响。

目前在燃料电池空气压缩机的开发中，尚没有完整地系统测试方案，这成为制约空气压缩机开发的一个重要因素。目前的燃料电池空气压缩机测试方案，有的主要测试空气压气机电机的性能；有的系统对进气特性的测试不够精细，数据波动大；有的不能用于带膨胀机的燃料电池空气压缩机进气系统；常见测控系统一般比较为非实时系统，不能保证设备控制的实时性和各类测量数据的同步，从而不能精确计算空气压缩机的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于实时控制系统的燃料电池空气压缩机测试系统及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于实时控制系统的燃料电池空气压缩机测试装置，测试装置包括有控制模块、压气机和膨胀机，所述控制模块电连接有数据采集模块，所述控制模块和数据采集模块之间基于EtherCAT协议实时通讯实时获取试验过程数据，所述压气机一侧外壁插接安装有第一进气管路，所述压气机背离第一进气管路一侧外壁插接安装有第一出气管路，所述膨胀机一侧外壁插接安装有第二进气管路，所述膨胀机背离第二进气管路一侧外壁插接安装有第二出气管路，所述控制模块电连接有电机控制器。

优选的，所述第一进气管路一侧外壁设置有进气流量计，所述进气流量计用于检测第一进气管路内部空气流量。

优选的，所述第一进气管路外壁分别设置有第一温度传感器和第一压力传感器，所述第一温度传感器呈圆形阵列分布与第一进气管路外壁，所述第一温度传感器的数量为四个，所述第一温度传感器对第一进气管路内部气体的温度进行检测；

所述第一压力传感器呈圆形阵列分布与第一进气管路外壁，所述第一压力传感器的数量为四个，所述第一压力传感器检测第一进气管路内部气体的压力。

优选的，所述第一出气管路外壁分别设置有第二温度传感器和第二压力传感器，所述第二温度传感器呈圆形阵列分布与第一出气管路外壁，所述第二温度传感器的数量为四个，所述第二温度传感器对第一出气管路内部气体的温度进行检测；

所述第二压力传感器呈圆形阵列分布与第一出气管路外壁，所述第二压力传感器的数量为四个，所述第二压力传感器检测第一出气管路内部气体的压力。

优选的，所述第二进气管路一端外壁连接有燃烧器，所述燃烧器与控制模块电连接，所述燃烧器通过CAN通讯线与控制模块进行通讯，用于接收控制模块发出的控制。

优选的，所述第一进气管路一端与第二进气管路相连通；

所述第一出气管路一端与第二出气管路相连通。

优选的，控制模块能够给予电机控制器传递控制讯号，控制压缩机电机的转速和获取电机的运行状态。

优选的，所述控制模块电连接有电源模块，所述电源模块用于接收控制模块的控制讯号，能够控制电源模块的输出电压；

所述电源模块与电机控制器电连接，给予压缩机电机运行提供所需的动力。

优选的，所述第二出气管路一端外壁插接安装有净化装置，所述净化装置对排出的气体进行净化；

所述净化装置另一端连接有排烟管，净化后的气体通过排烟管排出。

一种基于实时控制系统的燃料电池空气压缩机测试系统，包括如下步骤：

步骤一：数据采集模块收集进气流量计、第一温度传感器、第一压力传感器、第二温度传感器和第二压力传感器的检测数据，从而实现燃料电池进气状态的监测，且数据采集模块把检测数据传递至控制模块内部；

步骤二：控制模块通过控制电源模块和电机控制器控制压缩机电机的转速和运行状态，能够模拟燃料电池废气，对带膨胀机的燃料电池空气压缩机进行测试，基于控制模块和数据采集模块可实现最高1000Hz的有效高速数据记录和实时性能计算。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明技术方案达到了对空气压缩机进行测试的效果，解决了带膨胀机的燃料电池空气压缩机的适用问题，系统控制的实时性问题，数据采集的同步性问题，系统稳态测量数据波动的问题，保证对空气压缩机的测试全面性。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图中：1、控制模块；2、数据采集模块；3、电源模块；4、进气流量计；5、第一温度传感器；6、第一压力传感器；7、第一进气管路；8、第二温度传感器；9、第二压力传感器；10、第一出气管路；11、压气机；12、膨胀机；13、电机控制器；14、燃烧器；15、第二进气管路；16、第二出气管路；17、净化装置；18、排烟管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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

请参阅图1，本发明提供的两种实施例：

实施例一：一种基于实时控制系统的燃料电池空气压缩机测试系统及装置，测试装置包括有控制模块1、压气机11和膨胀机12，控制模块1电连接有数据采集模块2，控制模块1和数据采集模块2之间基于EtherCAT协议实时通讯实时获取试验过程数据，压气机11一侧外壁插接安装有第一进气管路7，压气机11背离第一进气管路7一侧外壁插接安装有第一出气管路10，膨胀机12一侧外壁插接安装有第二进气管路15，膨胀机12背离第二进气管路15一侧外壁插接安装有第二出气管路16，控制模块1电连接有电机控制器13。

第一进气管路7一侧外壁设置有进气流量计4，进气流量计4用于检测第一进气管路7内部空气流量。

第一进气管路7外壁分别设置有第一温度传感器5和第一压力传感器6，第一温度传感器5呈圆形阵列分布与第一进气管路7外壁，第一温度传感器5的数量为四个，第一温度传感器5对第一进气管路7内部气体的温度进行检测；

第一压力传感器6呈圆形阵列分布与第一进气管路7外壁，第一压力传感器6的数量为四个，第一压力传感器6检测第一进气管路7内部气体的压力。

第一出气管路10外壁分别设置有第二温度传感器8和第二压力传感器9，第二温度传感器8呈圆形阵列分布与第一出气管路10外壁，第二温度传感器8的数量为四个，第二温度传感器8对第一出气管路10内部气体的温度进行检测；

第二压力传感器9呈圆形阵列分布与第一出气管路10外壁，第二压力传感器9的数量为四个，第二压力传感器9检测第一出气管路10内部气体的压力，数据采集模块2收集进气流量计4、第一温度传感器5、第一压力传感器6、第二温度传感器8和第二压力传感器9的检测数据，从而实现燃料电池进气状态的监测，且数据采集模块2把检测数据传递至控制模块1内部。

实施例二：一种基于实时控制系统的燃料电池空气压缩机测试系统及装置，测试装置包括有控制模块1、压气机11和膨胀机12，控制模块1电连接有数据采集模块2，控制模块1和数据采集模块2之间基于EtherCAT协议实时通讯实时获取试验过程数据，压气机11一侧外壁插接安装有第一进气管路7，压气机11背离第一进气管路7一侧外壁插接安装有第一出气管路10，膨胀机12一侧外壁插接安装有第二进气管路15，膨胀机12背离第二进气管路15一侧外壁插接安装有第二出气管路16，控制模块1电连接有电机控制器13。

第一进气管路7一侧外壁设置有进气流量计4，进气流量计4用于检测第一进气管路7内部空气流量。

第一进气管路7外壁分别设置有第一温度传感器5和第一压力传感器6，第一温度传感器5呈圆形阵列分布与第一进气管路7外壁，第一温度传感器5的数量为四个，第一温度传感器5对第一进气管路7内部气体的温度进行检测；

第一压力传感器6呈圆形阵列分布与第一进气管路7外壁，第一压力传感器6的数量为四个，第一压力传感器6检测第一进气管路7内部气体的压力。

第一出气管路10外壁分别设置有第二温度传感器8和第二压力传感器9，第二温度传感器8呈圆形阵列分布与第一出气管路10外壁，第二温度传感器8的数量为四个，第二温度传感器8对第一出气管路10内部气体的温度进行检测，数据采集模块2收集进气流量计4、第一温度传感器5、第一压力传感器6、第二温度传感器8和第二压力传感器9的检测数据，从而实现燃料电池进气状态的监测，且数据采集模块2把检测数据传递至控制模块1内部；

第二压力传感器9呈圆形阵列分布与第一出气管路10外壁，第二压力传感器9的数量为四个，第二压力传感器9检测第一出气管路10内部气体的压力。

第二进气管路15一端外壁连接有燃烧器14，燃烧器14与控制模块1电连接，燃烧器14通过CAN通讯线与控制模块1进行通讯，用于接收控制模块1发出的控制。

第一进气管路7一端与第二进气管路15相连通；

第一出气管路10一端与第二出气管路16相连通。

控制模块1能够给予电机控制器13传递控制讯号，控制压缩机电机的转速和获取电机的运行状态。

控制模块1电连接有电源模块3，电源模块3用于接收控制模块1的控制讯号，能够控制电源模块3的输出电压；

电源模块3与电机控制器13电连接，给予压缩机电机运行提供所需的动力。

第二出气管路16一端外壁插接安装有净化装置17，净化装置17对排出的气体进行净化；

净化装置17另一端连接有排烟管18，净化后的气体通过排烟管18排出，控制模块1通过控制电源模块3和电机控制器13控制压缩机电机的转速和运行状态，通过燃烧器14模拟燃料电池废气，对带膨胀机12的燃料电池空气压缩机进行测试，基于控制模块1和数据采集模块2可实现最高1000Hz的有效高速数据记录和实时性能计算。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。