一种燃料电池空气压缩机系统测试装置的制作方法

本实用新型涉及燃料电池领域，尤其涉及的是一种燃料电池空气压缩机系统测试装置。

背景技术：

在燃料电池中，空气压缩机系统是比较重要的结构。燃料电池空气压缩机系统的性能和控制方式直接影响燃料电池的使用，因此，实时监测空气压缩机系统的运行状态和各相关物理量是非常重要的。现今市面上的检测装置大都针对整个燃料电池系统，没有单独针对燃料电池空气压缩机系统进行质量检测和控制的装置。

因此，现有技术有待改进和发展。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池空气压缩机系统测试装置，旨在解决现有的没有单独针对燃料电池空气压缩机系统进行质量检测和控制的装置的技术问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种燃料电池空气压缩机系统测试装置，其中，包括上位机、测试装置CPU、入口空气管道、出口空气管道和冷却水管道；入口空气管道依次设置有入口空气温度传感器、入口空气压力传感器和入口空气流量传感器，入口空气管道与空气压缩机空气入口连接；出口空气管道依次设置有出口空气压力传感器、出口空气温度传感器和背压球阀，出口空气管道与空气压缩机空气出口连接；冷却水管道一端与空气压缩机水流出口连接，为冷却水出口；另一端与空气压缩机水流入口连接，为冷却水入口；冷却水管道从冷却水出口依次设置有补水箱、排热风扇、液体压力传感器、液体温度传感器和水泵；补水箱包含补水入口和排气出口，补水入口设置在水泵和空气压缩机系统之间，排气出口设置在排热风扇和液体压力传感器之间；且补水箱的补水界面保持高于冷却水管道的最高界面；上位机与测试装置CPU和空气压缩机CPU连接。

所述的燃料电池空气压缩机系统测试装置，其中，入口空气管道还设置有空气过滤器，空气过滤器设置在所述入口空气温度传感器前。

所述的燃料电池空气压缩机系统测试装置，其中，出口空气管道还设置有空气消音器，空气消音器设置在背压球阀后。

所述的燃料电池空气压缩机系统测试装置，其中，还包括端帽，设置在入口空气管道、出口空气管道、冷却水管道的冷却水出口和冷却水入口。

所述的燃料电池空气压缩机系统测试装置，其中，上位机设置有故障指示灯。

综上所述，本实用新型提出了一种燃料电池空气压缩机系统测试装置，该装置主要用于单独检测燃料电池空气压缩机系统的性能，能够单独针对空气压缩机系统且实时监测空气传输系统的各物理量的变化，并通过检测所得信息优化燃料电池空气压缩机控制系统的控制方式，缩小燃料电池生产过程中检测故障范围，提高燃料电池空气压缩机系统生产效率。且该测试装置能够匹配不同的空气传输系统使用。

附图说明

图1是燃料电池空气压缩机系统测试装置结构示意图。

图2是燃料电池空气压缩机系统测试装置电路信号示意图。

其中，1为220V交流电源；2为电流转换器；3为继电器触点；4为上位机；5为空气压缩机CPU；6为急停按钮；7为空气压缩机系统自带温度计；8为空气压缩机系统自带压力计；9为24V稳压电源排气开关；10为24V稳压电源；11为5A熔断器；12为测试装置CPU；13为压力计1；14为压力计2；15为压力计3；16为温度计1；17为温度计2；18为温度计3；19为流量计1；20为12V稳压电源排气开关；21为12V稳压电源；22、24为15A熔断器；23为水泵；25为排热风扇。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。

参见图1-2，本实用新型公开了一种燃料电池空气压缩机系统测试装置，该装置主要用于单独检测燃料电池空气压缩机系统的性能。燃料电池空气压缩机系统测试装置主要包括上位机4、测试装置CPU 12、入口空气管道、出口空气管道和冷却水管道。其中，上位机4与测试装置CPU 12和空气压缩机CPU 5连接。入口空气管道依次设置有入口空气温度传感器（在图1中标记为温度计1，在图2中以标号16表示）、入口空气压力传感器（在图1中标记为压力计1，在图2中以标号13表示）和入口空气流量传感器（在图1中标记为流量计1，在图2中以标号19表示），入口空气管道与空气压缩机空气入口连接。出口空气管道依次设置有出口空气压力传感器（在图1中标记为压力计2，在图2中以标号14表示）、出口空气温度传感器（在图1中标记为温度计2，在图2中以标号17表示）和背压球阀，出口空气管道与空气压缩机空气出口连接。入口空气管道和出口空气管道主要为空气压缩机的空气增压提供空气流道，上述温度传感器和压力传感器主要是为了测量空气压缩机出入口的温度和空气压力，入口空气流量传感器主要为了测量空气压缩机空气入口流量，背压球阀可以调节出口空气管道的开度，从而调整出口空气管道和入口空气管道的压力比。冷却水管道一端与空气压缩机水流出口连接，为冷却水出口；另一端与空气压缩机水流入口连接，为冷却水入口。冷却水管道从冷却水出口依次设置补水箱、排热风扇25、液体压力传感器（在图1中标记为压力计3，在图2中以标号15表示）、液体温度传感器（在图1中标记为温度计3，在图2中以标号18表示）和水泵23。其中，水泵23为冷却水管道提供水流驱动；排热风扇25为冷却水扇热；液体温度传感器测量冷却水温度；液体压力传感器测量冷却水压力；补水箱主要为冷却水管道补水和排出管路空气，补水箱包含补水入口和排气出口，补水入口设置在水泵23和空气压缩机系统之间，排气出口设置在排热风扇25和液体压力传感器（在图1中标记为压力计3，在图2中以标号15表示）之间。具体的，补水箱的补水界面保持高于冷却水管道的最高界面，以防止影响补水。

进一步的，为了尽量减少干扰空气压缩机系统测试装置工作，优选地，在入口空气管道可以设置有空气过滤器，空气过滤器设置在入口空气温度传感器前，可以有效除去空气中的杂质，减少测试干扰，也减少对气压缩机系统运行的影响。为了符合环保要求，减少工作环境噪音，优选地，在出口空气管道设置空气消音器，空气消音器设置在入口空气温度传感器前，可以有效消除空气出口噪音。

为了便于理解燃料电池空气压缩机系统测试装置的工作步骤和过程，特举具体实施例说明，以下公开的所有方法或过程中的步骤，均需要依次执行，不得打乱执行顺序。

当燃料电池空气压缩机系统测试装置处于非工作状态时，整个装置断电，补水阀关闭。为了防止杂质进入燃料电池空气压缩机系统测试装置，可以分别在入口空气管道、出口空气管道、冷却水管道的端口设置端帽，在图1中具体实施例中以端帽1至端帽4表示。

当燃料电池空气压缩机系统测试装置由非工作状态向工作状态转换时，具体的实施步骤如下：第一步，取下各管道开口的端帽1至端帽4，并通过各管道自带的接头1至接头4分别连接至空气压缩机系统的冷却水出口、冷却水入口、空气压缩机空气出口和空气压缩机空气入口。入口空气管道和出口空气管道的材质优选304不锈钢。具体的，入口空气管道的入口管内径为63mm，出口空气管道的出口管内径为76mm。第二步，打开补水阀，闭合12V稳压电源排气开关20，使水泵23和排热风扇25工作，将冷却水管道充满水，接通电流转换器2和继电器触点3对电动机进行预充电。第三步，接通上位机4的220V交流电源1，打开控制界面；闭合24V稳压电源排气开关9，使测试装置的通电，具体的，测试装置还设置24V稳压电源（图2中标号10和21均表示24V稳压电源），以便更好地准备工作。第四步，上位机4通过CAN总线向测试装置CPU 12和空气压缩机CPU 5发送工作请求指令，空气压缩机CPU 5检查并确认当前系统的参数设置是否可以进入工作模式，如果能够进入工作模式，则向上位机4和测试装置CPU 12发送允许运行状体信息，上位机4向测试装置CPU 12和空气压缩机CPU 5发送运行命令，系统进入工作状态；如果参数不匹配无法进入工作状态，则向上位机4和测试装置CPU 12发送故障信息，通过处理后重复第四步的操作使系统进入工作状态。具体的，上位机4还设置有故障指示灯（图中没画出），当空气压缩机CPU 5反馈有故障信息时，上位机4操作界面对应故障指示灯会发生颜色变化和闪烁，根据故障安全等级采取相应的安全措施。

当燃料电池空气压缩机系统测试装置处于工作状态时，具体的实施步骤如下：第一步，上位机4向测试装置CPU 12发送转矩为5N*m的转矩信息，测试装置CPU 12经过处理后向空气压缩机CPU 5发送相应的指令，使空气压缩机在此转矩的驱动下运行30s的时间使空气管路内充满空气。第二步，调节出口空气管道上的背压球阀开度，使电机运行在5N*M转矩时，出口空气管道和入口空气管道的压力比为1.4至1.5之间。第三步，改变上位机4的转矩请求值，由电动机允许的最小转矩向最大转矩和由最大转矩值向最小转矩值按照步长为1N*m的值进行测试，每个值的保持时间为3min。第四步，观察测试装置的各个压力计和温度计读数，同时观察空气压缩机系统自带空气温度计7和空气压缩机系统自带空气压力计8。通过对空气压缩机CPU 5反馈的电动机的转矩、转速、功耗和由入口空气流量传感器测量的空气流量值得出空气压缩机系统的性能和功耗曲线。第五步，当完成一个周期的转矩值的测试时，上位机4发送待机状态请求使电动机进入待机状态，等待系统冷却完成后，通过发送关闭状态来使电机进入非工作状态。

当系统由工作状态向非工作状态转换时，具体的实施步骤如下：第一步，切断电动机高压电源和空气压缩机CPU 5的辅助电源。第二步，断开24V稳压电源排气开关9和12V稳压电源排气开关20，切断测试装置CPU 12、水泵23和排热风扇25的电源，关闭上位机4，并切断测试装置的220V交流电源1。第三步，关闭补水箱的补水阀，依次断开空气压缩机系统与测试装置的各管道连接接口1至接口4，并分别将端帽1至端帽4密封住冷却水和空气管道。测试装置中的5A熔断器和22、24的15A熔断器能起到保护电路的作用。

以上为测试过程的操作步骤。特别的，以上所有步骤均不允许打乱进行任意组合。测试装置还设置有急停按钮6，当测试过程中发生故障或紧急事故，可以使用急停按钮6中断测试过程。

优选的，上位机4、测试装置CPU 12和空气压缩机CPU 5之间通过CAN2.0b通信协议进行通信。上位机4的操作界面采用Labview界面，通过调用CAN总线底层实现界面与CAN总线信息的收发。

具体的，当测试装置的入口空气流量传感器和空气压缩机自身空气流量计8的读数相差在一定范围内时，根据空气压缩机CPU 5反馈的当前空气压缩机转速和理论的空气流量值来判断入口空气流量传感器的读数是否正确，以便及时发现、检测和矫正有读数偏差的入口空气流量传感器。

综上所述，本实用新型提出了一种燃料电池空气压缩机系统测试装置，该装置主要用于单独检测燃料电池空气压缩机系统的性能，能够单独针对空气压缩机系统且实时监测空气传输系统的各物理量的变化，并通过检测所得信息优化燃料电池空气压缩机控制系统的控制方式，缩小燃料电池生产过程中检测故障范围，提高燃料电池空气压缩机系统生产效率。且该测试装置能够匹配不同的空气传输系统使用。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。