一种变转速水冷电机直驱的燃料电池压缩机性能测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及的燃料电池压缩机测试领域，具体涉及一种变转速水冷电机直驱的燃料电池压缩机性能测试装置。


背景技术：

2.车载燃料电池装置是一种新能源汽车的动力装置，空气压缩机是车载燃料电池装置的氧气供给系统，其性能直接影响车载燃料电池装置运行的经济性和可靠性。
3.车载燃料电池装置用的空气压缩机研制和出厂均需要进行气动性能测试，以验证空气压缩机是否满足车载燃料电池装置的设计需求。但是，现有测试装置大都针对整个车载燃料电池装置，没有单独针对空气压缩机进行质量检测和控制的测试装置。因此，以上问题亟需解决。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是提供一种变转速水冷电机直驱的燃料电池压缩机性能测试装置，可实现驱动电压可调、电机转速可调、冷却水参数可控以及数据自动采集分析，从而便于对燃料电池压缩机的气动性能进行测量和标定。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采取如下技术方案：本实用新型的一种变转速水冷电机直驱的燃料电池压缩机性能测试装置，其创新点在于：包括进气系统、测试台架、电机冷却水系统、排气系统、电源管理系统和控制测试系统；所述进气系统的出气端与所述测试台架的进气端密封连通，且所述进气系统对进入到其内的空气进行温度和压力补偿修正后，再输送到所述测试台架中进行压缩；所述测试台架的出气端与所述排气系统的进气端密封连通，且所述排气系统的出气端与外界相连，通过排气系统测得所述测试台架出气端排气的温度参数和压力参数后，再将空气排入外界；所述电机冷却水系统与所述测试台架相连，并通过冷却水对所述测试台架进行循环冷却；所述电源管理系统分别与所述测试台架、进气系统、排气系统以及控制测试系统电性连接，且所述控制测试系统分别与所述测试台架以及所述电机冷却水系统电线连接，并对所述测试台架进行控制调节。
6.优选的，所述测试台架包括空气压缩机、变频直流电机和电机变频器；所述空气压缩机与所述变频直流电机为一整体，且所述变频直流电机驱动所述空气压缩机；所述电机变频器与所述变频直流电机电性连接，并对所述空气压缩机的运行转速进行调整；所述电机变频器采用通用变频器，且其转速调节范围为20000~150000rpm，功率调节范围为2~35kw。
7.优选的，所述电源管理系统包括ac
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dc直流电源、变频器启动电源、24v稳压电源和12v稳压电源；所述变频器启动电源与所述12v稳压电源并联，再与所述电机变频器电性连接；所述ac
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dc直流电源为可调型电压源，且与所述电机变频器电性连接；所述24v稳压电源分别与所述进气系统、排气系统以及控制测试系统电性连接。
8.优选的，所述控制测试系统包括计算机操作系统、西门子smart200控制器、温度电
阻变送器和485通信模块，并对测量数据进行数字化采集和分析处理。
9.优选的，所述进气系统包括进气管道、进气流量计、进气压力测量传感器和进气温度传感器；所述进气管道的出气端与所述空气压缩机的进气端密封连通，且在其进气端与出气管之间还依次间隔设有进气流量计、进气压力测量传感器和进气温度传感器，空气由进气消音过滤器进入进气管道，依次流经进气流量计、进气压力测量传感器以及进气温度传感器，根据进气压力和进气温度进行温度和压力补偿修正后，再进入到空气压缩机中进行压缩。
10.优选的，还包括进气消音过滤器；在所述进气管道的进气端处还安装设有进气消音过滤器，并通过进气消音过滤器对进入的空气进行清洁降噪处理。
11.优选的，所述排气系统包括流量控制阀、排气管道、阀后压力传感器、排气压力传感器、排气温度传感器和排气消音器；所述排气管道的进气端与所述空气压缩机的出气端密封连通，且在所述排气管道的出气端处还设有排气消音器，并在所述排气管道的进气端与出气管之间还依次间隔设有排气压力传感器、排气温度传感器、流量控制阀和阀后压力传感器，压缩后的高温高压气体进入排气管道中，依次流经排气压力传感器、排气温度传感器、流量控制阀和阀后压力传感器，得到空气压缩机排气的温度参数和压力参数后，再经排气消音器排入外界。
12.优选的，所述电机冷却水系统包括冷却水箱、水泵、第一冷却水管道、冷却水流量计、冷却水出水温度传感器、冷却水出水压力传感器、第二冷却水管道、冷却水中间温度传感器、冷却水中间压力传感器、第三冷却水管道、冷却水回水温度传感器、冷却水回水压力传感器和冷却水散热风扇；所述冷却水箱的出口端通过水泵与所述第一冷却水管道的一端密封连通，且所述第一冷却水管道的另一端依次经冷却水流量计、冷却水出水压力传感器、冷却水出水温度传感器与所述变频直流电机密封连通；所述变频直流电机通过第二冷却水管道与所述电机变频器密封连通，且在所述第二冷却水管道上还依次间隔设有冷却水中间压力传感器和冷却水中间温度传感器；所述电机变频器与所述第三冷却水管道的一端密封连通，且所述第三冷却水管道的另一端依次经冷却水回水压力传感器、冷却水回水温度传感器、冷却水散热风扇与所述冷却水箱的进口端密封连通，并形成闭式冷却水循环，通过冷却水分别对变频直流电机和电机变频器进行循环冷却。
13.本实用新型的有益效果：本实用新型可实现驱动电压可调、电机转速可调、冷却水参数可控以及数据自动采集分析，从而便于对燃料电池压缩机的气动性能进行测量和标定。
附图说明
14.为了更清晰地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本实用新型一种变转速水冷电机直驱的燃料电池压缩机性能测试装置的结构示意图。
16.图2为图1中气动性能测试的结构布置图。
17.图3为图1中电机冷却水系统的结构布置图。
18.其中，1
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进气系统；2
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测试台架；3
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电机冷却水系统；4
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排气系统；5
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电源管理系统；6
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控制测试系统；7
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进气消音过滤器；8
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进气流量计；9
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进气压力测量传感器；10
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进气温度传感器；11
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空气压缩机；12
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排气压力传感器；13
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排气温度传感器；14
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流量控制阀；15
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阀后压力传感器；16
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排气消音器；17
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ac
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dc直流电源；18
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变频直流电机；19
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电机变频器；20
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冷却水箱；21
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水泵；22
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冷却水流量计；23
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冷却水出水压力传感器；24
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冷却水出水温度传感器；25
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冷却水中间压力传感器；26
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冷却水中间温度传感器；27
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冷却水回水压力传感器；28
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冷却水回水温度传感器；29
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冷却水散热风扇。
具体实施方式
19.下面将通过具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。
20.本实用新型的一种变转速水冷电机直驱的燃料电池压缩机性能测试装置，包括进气系统1、测试台架2、电机冷却水系统3、排气系统4、电源管理系统5和控制测试系统6；具体结构如图1所示，进气系统1的出气端与测试台架2的进气端密封连通，且进气系统1对进入到其内的空气进行温度和压力补偿修正后，再输送到测试台架2中进行压缩；其中，测试台架2包括空气压缩机11、变频直流电机18和电机变频器19；如图1、图2所示，空气压缩机11与变频直流电机18为一整体，且变频直流电机18驱动空气压缩机11；电机变频器19与变频直流电机18电性连接，并对空气压缩机11的运行转速进行调整；电机变频器19采用通用变频器，满足不同型号和功率等级的空气压缩机11运转，且其转速调节范围为20000~150000rpm，功率调节范围为2~35kw。
21.本实用新型中进气系统1包括进气管道、进气流量计8、进气压力测量传感器9和进气温度传感器10；如图1、图2所示，进气管道的出气端与空气压缩机11的进气端密封连通，且在其进气端与出气管之间还依次间隔设有进气流量计8、进气压力测量传感器9和进气温度传感器10；空气由进气消音过滤器7进入进气管道，依次流经进气流量计8、进气压力测量传感器9以及进气温度传感器10，根据进气压力和进气温度进行温度和压力补偿修正后，再进入到空气压缩机11中进行压缩。
22.如图1、图2所示，在进气管道的进气端处还安装设有进气消音过滤器7，通过设置进气消音过滤器7，既保证了进气清洁度，又起到了降低进气噪声的作用。
23.本实用新型中测试台架2的出气端与排气系统4的进气端密封连通，且排气系统4的出气端与外界相连，通过排气系统4测得空气压缩机11排气的温度参数和压力参数后，再将空气排入外界；其中，排气系统4包括流量控制阀14、排气管道、阀后压力传感器15、排气压力传感器12、排气温度传感器13和排气消音器16；如图1、图2所示，排气管道的进气端与空气压缩机11的出气端密封连通，且在排气管道的出气端处还设有排气消音器16，并在排气管道的进气端与出气管之间还依次间隔设有排气压力传感器12、排气温度传感器13、流量控制阀14和阀后压力传感器15，压缩后的高温高压气体进入排气管道中，依次流经排气压力传感器12、排气温度传感器13、流量控制阀14和阀后压力传感器15，得到空气压缩机11排气的温度参数和压力参数后，再经排气消音器16排入外界。本实用新型通过设置流量控制阀14，满足变工况测量时的流量调节需求。
24.本实用新型中电机冷却水系统3与测试台架2相连，并通过冷却水对测试台架2的
变频直流电机18和电机变频器19进行循环冷却；其中，电机冷却水系统3包括冷却水箱20、水泵21、第一冷却水管道、冷却水流量计22、冷却水出水温度传感器24、冷却水出水压力传感器23、第二冷却水管道、冷却水中间温度传感器26、冷却水中间压力传感器25、第三冷却水管道、冷却水回水温度传感器28、冷却水回水压力传感器27和冷却水散热风扇29；如图1~3所示，冷却水箱20的出口端通过水泵21与第一冷却水管道的一端密封连通，且第一冷却水管道的另一端依次经冷却水流量计22、冷却水出水压力传感器23、冷却水出水温度传感器24与变频直流电机18密封连通；变频直流电机18通过第二冷却水管道与电机变频器19密封连通，且在第二冷却水管道上还依次间隔设有冷却水中间压力传感器25和冷却水中间温度传感器26；电机变频器19与第三冷却水管道的一端密封连通，且第三冷却水管道的另一端依次经冷却水回水压力传感器27、冷却水回水温度传感器28、冷却水散热风扇29与冷却水箱20的进口端密封连通，并形成闭式冷却水循环，通过冷却水分别对变频直流电机18和电机变频器19进行循环冷却。本实用新型中电机冷却水系统3为闭式循环，冷却水的热量由冷却水散热风扇29散热到环境中，保证了冷却水水温的恒定，使变频直流电机18和电机变频器19的冷却水进水温度满足系统要求。
25.本实用新型中电源管理系统5分别与测试台架2、进气系统1、排气系统4以及控制测试系统6电性连接，且控制测试系统6分别与测试台架2以及电机冷却水系统3电线连接，并对测试台架2进行控制调节；其中，电源管理系统5包括ac
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dc直流电源17、变频器启动电源、24v稳压电源和12v稳压电源；如图1~3所示，变频器启动电源与12v稳压电源并联，再与电机变频器19电性连接； ac
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dc直流电源17为可调型电压源，且与电机变频器19电性连接，可同时满足低压燃料电池压缩机和高压燃料电池压缩机； 24v稳压电源分别与进气系统1、排气系统4以及控制测试系统6电性连接。本实用新型中变频器启动电源和运行电源之间可进行在线切换，可同时满足变频器启动大电流需求和运行电压稳定的需求。
26.如图1~3所示，控制测试系统6包括计算机操作系统、西门子smart200控制器、温度电阻变送器和485通信模块，可实现测量数据的数字化采集和分析处理，并得到不同转速下的性能曲线。
27.本实用新型的工作原理：本实用新型中空气由进气消音过滤器7进入进气管道，通过进气流量计8测量出空气压缩机11进口的体积流量，根据进气压力和进气温度进行温度和压力补偿修正后，得到空气压缩机11进气的流量参数、温度参数和压力参数，再进入到空气压缩机11中进行压缩；然后根据排气压力传感器12、排气温度传感器13和阀后压力传感器15测量空气压缩机11出口的气体温度和气体压力，得到空气压缩机11排气的温度参数和压力参数，再将空气排入外界；然后结合上述数据对空气压缩机11的气动性能进行测量计算和标定。
28.本实用新型的有益效果：本实用新型可实现驱动电压可调、电机转速可调、冷却水参数可控以及数据自动采集分析，从而便于对燃料电池压缩机的气动性能进行测量和标定。
29.上面所述的实施例仅仅是本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型的请求保护的技术内容，已经全部记载在技术要求书中。