一种新型氢燃料电池测试装置的制作方法

本实用新型涉及燃料电池检测技术领域，具体涉及一种新型氢燃料电池测试装置。

背景技术：

目前新能源汽车的动力来源主要由锂离子电池、燃料电池以及太阳能等构成，燃料电池是将燃料反应得到的化学能转化为电能，所述燃料可以是氢气、甲醇等。随着以丰田为代表的氢燃料汽车的推出，氢燃料电池以其电池质量轻、加氢时间短等优势在汽车界的发展越来越受到世人的瞩目，无论从能量效率还是环境保护方面都有着其独特的优势，特别是快速加氢，克服了锂电池等充电时间长的缺点，为未来电动车发展、应用提供了足够的可操作性。

因此搭建氢燃料电池电动汽车综合测试平台，来测试氢燃料电池电动汽车的整体运行性能，对车载动力源性能、驱动电机及控制系统性能以及能源管理策略和电子控制技术等影响具有重要意义，而且能够为氢燃料电池电动车性能的有效分析和决策提供技术支持。目前，关于锂电池的测试装置比较成熟，但是，由于燃料电池本身具有电压不可控性，传统的锂电池测试装置并不适用于对燃料电池进行测试，故而亟待提出一种针对氢燃料电池的测试装置。

技术实现要素：

本实用新型提出一种新型氢燃料电池测试装置，通过在氢燃料电池后面串联大功率DC/DC转换器，将燃料电池电压转换成加速平稳、快速响应的直流电压，实现对其性能的测试。

本实用新型是采用以下的技术方案实现的：

一种新型氢燃料电池测试装置，包括总控装置、被测电机系统、测功机系统、燃料电池系统和锂电池系统，所述燃料电池系统、锂电池系统、被测电机系统和测功机系统均与总控装置电连接；

所述被测电机系统包括伺服驱动器和驱动电机，伺服驱动器与驱动电机相连；所述燃料电池系统包括高压氢气储罐和燃料电池，高压氢气储罐与燃料电池相连，以进行氢气加注；燃料电池的电压输出端通过DC/DC转换器与伺服驱动器相连，锂电池系统的电压输出端直接与伺服驱动器相连，所述DC/DC转换器的功率大于30kw。

所述测功机系统包括变频电机及与其相连的测功机控制器，所述驱动电机与变频电机相连，且驱动电机的主轴和变频电机的主轴同轴，驱动电机和变频电机之间还设置有与总控装置相连的转速转矩传感器；当给予整个装置拖动性扭矩即驱动扭矩时，测功机系统中的变频电机作为驱动电机的负载，处于电动机状态，当给予整个装置制动性扭矩时，变频电机反向拖动驱动电机。

进一步的，所述测功机控制器与总控装置之间还连接有复位保护模块，所述复位保护模块为继电器，当转速扭矩传感器检测搭配测功机的扭矩或转速异常时，使被测驱动电机停机，增强在测试过程中的安全性和可靠性。

进一步的，所述燃料电池系统还包括水箱和循环泵，高压氢气储罐的侧壁上设置有水循环管路，所述水箱与水循环管路及循环泵构成循环回路；水箱内还设置有热交换器，燃料电池的出水口与热交换器的入水口相连，热交换器的出水口通过一散热器与燃料电池的入水口相连。

进一步的，所述高压氢气储罐与燃料电池组之间还设置有缓冲罐，缓冲罐用于存储气化后的氢气，高压氢气储罐、缓冲罐与燃料电池之间通过氢气管路相连，氢气管路上设置有与总控装置相连的控制阀。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

本方案通过搭建燃料电池动力系统硬件平台，设计氢燃料电池系统和锂电池辅助蓄能两种功能系统，通过燃料电池系统和锂电池系统的联合设计，为纯电动汽车或者混合动力汽车进行动力性、工作效率及能量管理等各种性能分析提供技术支持；考虑到燃料电池电压具有不可控性的缺陷，在其后面串联一个功率较大的DC/DC转换器，把燃料电池电压转换成加速平稳、快速响应的直流电压，为后续测试提供保障，该结构设计新颖，对于新兴的燃料电池来说，具有广泛的推广价值及实用价值。

附图说明

图1是本实用新型所述氢燃料电池测试装置的原理框图示意图。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种新型氢燃料电池测试装置，如图1所示，包括总控装置、被测电机系统、测功机系统、燃料电池系统和锂电池系统，所述燃料电池系统、锂电池系统、被测电机系统和测功机系统均与总控装置电连接；所述被测电机系统包括伺服驱动器和驱动电机，伺服驱动器与驱动电机相连；所述燃料电池系统包括高压氢气储罐和燃料电池，高压氢气储罐与燃料电池相连，以进行氢气加注；燃料电池的电压输出端通过DC/DC转换器与伺服驱动器相连，锂电池系统的电压输出端直接与伺服驱动器相连，所述DC/DC转换器的功率大于30kw；所述测功机系统包括变频电机及与其相连的测功机控制器，所述驱动电机与变频电机相连，且驱动电机的主轴和变频电机的主轴同轴，驱动电机和变频电机之间还设置有与总控装置相连的转速转矩传感器。

本实施例中，测功机控制器可以采用支持EtherCAT通讯协议的变频器，变频电机可采用转动惯量小于0.33kg*m²、转矩加载能力大于300N*m、以及转速范围为2000rpm～20000rpm的测功机，DC/DC转换器为大功率双向转换器，既可以放电又可以充电，总控装置为已知现有装置，转速转矩传感器采用JC系列传感器，测功机控制器与总控装置之间还连接有复位保护模块，所述复位保护模块为继电器，当转速扭矩传感器检测搭配测功机的扭矩或转速异常时，使被测驱动电机停机，增强在测试过程中的安全性和可靠性。

另外，为了充分利用燃料电池自身的特点，利用自身生成热，为液氢气化提供热量，液氢气化后的氢气又作为燃料电池工作的燃料，保证燃料电池工作性能及测试可靠性，所述燃料电池系统还包括水箱、循环泵，高压氢气储罐的侧壁上设置有水循环管路，所述水箱与水循环管路及循环泵构成循环回路，水箱内还设置有热交换器，热交换器为换热管，燃料电池的出水口与热交换器的入水口相连，热交换器的出水口通过一散热器与燃料电池的入水口相连，通过燃料电池加热后的热水从燃料电池流出，经热交换器将水箱内的水加热，流经散热器后流回燃料电池，而经热交换器加热后的水形成高压氢气储罐的水循环管路的热水循环，高压氢气储罐与燃料电池组之间还设置有缓冲罐，缓冲罐用于存储气化后的氢气，高压氢气储罐、缓冲罐与燃料电池之间通过氢气管路相连，氢气管路上设置有与总控装置相连的控制阀，高压氢气储罐内的液氢气化后进入缓冲罐，通过氢气管路由控制阀控制流量与压力，然后通过燃料电池的氢气入口进入燃料电池，为其提供燃料；同时，通过热循环，也为燃料电池在运行启动时，可以在短时间内达到必需的启动温度，进一步保证了测试的可靠性及稳定性。

当给予整个装置拖动性扭矩即驱动扭矩时，测功机系统中的变频电机作为驱动电机的负载，处于电动机状态，当给予整个装置制动性扭矩时，变频电机反向拖动驱动电机。本方案通过搭建燃料电池动力系统硬件平台，设计氢燃料电池系统和锂电池辅助蓄能两种功能系统，并对燃料电池系统及其控制器、锂电池组及其管理系统、DC/DC转换器、驱动电机及其控制器和测功机系统等主要单元进行模块集成设计，通过燃料电池系统和锂电池系统的联合设计，为纯电动汽车或者混合动力汽车进行动力性、工作效率及能量管理等各种性能分析提供技术支持。考虑到燃料电池电压具有不可控性的缺陷，在其后面串联一个功率较大的DC/DC转换器，把燃料电池电压转换成加速平稳、快速响应的直流电压，为后续测试提供保障，该结构设计新颖，对于新兴的燃料电池来说，具有广泛的推广价值及实用价值。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。