CN110794249A - 一种燃料电池乘用车低温冷启动测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃料电池乘用车低温冷启动测试装置及方法，装置包括数采模块、整车控制器CAN总线、OBD诊断请求工具、电流传感器、电压计、温度传感器、氢排放测试仪、上位机、以及涉氢环境仓；所述整车控制器CAN总线、OBD诊断请求工具、电压计、氢排放测试仪均连接数采模块的输入端，数采模块的输出端连接上位机。本发明使用整车控制器CAN总线、OBD诊断工具、各电流、电压、温度传感器、氢排放测试仪以及数采模块，同步采集车辆电堆、氢罐、电池、电堆附件等关键部件的电流、电压、温度等关键信号，用于燃料电池车低温冷启动性能测试与评价。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车领域，尤其是涉及一种燃料电池乘用车低温冷启动测试装置及方法。
背景技术
燃料电池车由于其环保、续驶里程长、能量转化效率高等优点，成为当前研究的热点，尤其是电堆氢耗、高压部件电耗以及氢排放等影响车辆经济性的因素，更是企业研发验证所关注的重点。氢燃料电池车氢电能耗测试需要的测试量较多，但是车辆空间布置较为紧凑，存在布置传感器的困难，且使用的氢气属于高压气体，难以再整车上加装传感器测试氢耗，因此一种同步采集动力CAN数据、OBD诊断数据和传感器数据的测试装置与方法是分析整车氢电能耗的重要基础。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种燃料电池乘用车低温冷启动测试装置，本发明使用整车控制器CAN总线、OBD诊断工具、各电流、电压、温度传感器、氢排放测试仪以及数采模块，同步采集车辆电堆、氢罐、电池、电堆附件等关键部件的电流、电压、温度等关键信号，用于燃料电池车低温冷启动性能测试与评价。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种燃料电池乘用车低温冷启动的测试装置，包括数采模块、整车控制器CAN总线、OBD诊断请求工具、电流传感器、电压计、温度传感器、氢排放测试仪、上位机，涉氢环境仓。
所述数采模块包括CAN接口、高压电压接口、电流接口、温度接口；
所述整车控制器CAN总线采集的信号至少包括电池SOC、电流、电压、电堆输出电流、电压、电堆水温、空压机转速、温度等信号；从所述整车控制器CAN总线引出接线端，并将接线端接到所述数采模块CAN接口上；
所述OBD诊断请求工具固定在车辆后排座椅，所述OBD诊断工具包含两个接线端，其中一端接到车辆OBD接口上，另一端接到所述数采模块CAN接口上；
所述OBD诊断请求工具依据车辆诊断访问机制，通过OBD接口访问车辆关键参数，并将访问所得的诊断数据转发到CAN接口；
所述OBD诊断请求工具，采集的信号至少包括氢罐温度、压力、剩余氢气状态、供氢阀开关、燃料压力、电堆启停状态、吹扫阀开关指令、供氢阀开度、空气截止阀开关指令等信号；
所述电流传感器安装在电堆输出端、动力电池输出电缆、DCDC高压端输出电缆、MCU输入电缆、BPCU输入电缆、PTC输入电缆、冷却风扇输入电缆、电堆加热器电缆，用于采集上述部件的电流信号；
所述电压计接到动力电池输出端、DCDC高压输出端、电堆电压输出端，用于采集上述部件的电压信号，进一步的，安装电压计的位置具体依据车辆高压线束图分析确定；
所述温度传感器加装在电堆冷却回路进/出水口，用于测量电堆冷却液进出水温度，加装在乘员舱出风口、主驾驶头部、副驾驶头部等位置，用于测量乘员舱温度，加装环境仓，用于采集环境仓温度；
所述氢排放测试仪安装在排气管上，用于测试和记录瞬时氢排放浓度和氢排放量；
所述涉氢环境仓用于模拟低温环境，并装有氢浓度传感器，用于监测环境仓内部的氢气浓度；
所述上位机安装在所述涉氢环境仓外部，用于接收所述数采模块上传的数据，所述上位机具体实时显示所采集的CAN数据、OBD诊断数据以及传感器采集的数据，此外所述上位机具体数据存储的功能，并且能实现数据后处理的功能。
本发明的另一目的是提出一种燃料电池乘用车低温冷启动测试方法，具体方法是这样实现的：
一种燃料电池乘用车低温冷启动测试方法具体包括如下步骤：
(1)电流、电压、温度传感器、氢排放仪安装与调试，动力CAN数据、OBD诊断数据、传感器数据、氢排放测试仪数据联调；
(2)浸车，在环境仓降温之前，需将车辆推进环境仓，在低温环境下充分浸车，推荐浸车时间约24-48h，电堆的进出水口水温均达到环境仓温度；
(3)试验前数据检查，浸车完成后，试验前应采集数据，检查数据采集状态，确认低温环境对传感器精度无影响，以保证数据采集的准确性；
(4)启动，按照车辆启动操作步骤启动燃料电池车，并同步开度记录数据；
(5)记录燃料电池堆的输出功率达到制造商规定值(怠速功率)所用时间，或车辆达到READY的时间
(6)停机，电堆达到平稳输出功率，持续0.5h以上，按照车辆停机步骤停机，停机后应持续采集数据，直到车辆动力CAN信号无输出。
(7)试验后数据检查，若出现数据遗漏、错误等，则重新联调仪器，重新试验；
(8)低温冷启动性能分析。
进一步的，所述步骤(1)具体包括，分析车辆高压器件架构，确认电缆名称，加装电流传感器与电压计；在电堆进/出水口、驾驶舱内将温度传感器安装上；进一步的，在车辆排气管加装氢排放测试仪；将上述使用的传感器、设备输出信号线接到数采模块上；将OBD诊断信号、动力CAN信号连接到数采模块上，进行1个小时以上的长时间数据采集，验证传感器安装的可靠性和数据上传的可靠性。
进一步的，所述步骤(2)具体包括，在环境仓降温之前，将车辆挂N挡，将车推入所述涉氢环境仓内，设定特定的测试温度，在所设定的低温环境下充分浸车，推荐浸车时间约24-48h，电堆的进出水口水温均达到环境仓温度；
进一步的，所述步骤(3)具体包括，浸车完成后，在试验前应采集数据，检查数据采集状态，确认低温环境对传感器精度无影响，以保证数据采集的准确性；
进一步的，所述步骤(4)具体包括，按照车辆启动操作步骤启动燃料电池车，并同步开度记录数据，保证数据和试验同步；同时应对车辆仪表录像，记录从按下启动键到车辆READY的时间；
进一步的，所述步骤(5)具体包括，从车辆按下启动键后，实时监控电堆输出功率，观测电堆输出功率的变化，记录电堆达到厂家规定的输出功率时间，并根据仪表录像，记录从按下启动键到车辆READY的时间；
进一步的，所述步骤(6)具体包括，电堆达到平稳输出功率，持续0.5h以上，按照车辆停机步骤停机，停机后应持续采集数据，直到车辆动力CAN信号无输出；
进一步的，所述步骤(7)具体包括，回放采集的数据，检查所采集的数据中是否存在错误帧、传感器数据是否存在停止上传的状况，若出现类似状况，则需要重新联调设备，重新试验；
进一步的，所述步骤(8)具体包括，根据采集的电堆电流电压数据，电堆启动时间与功率变化，根据所采集的供氢供气数据，分析电堆低温冷启动和低温停机策略，根据所采集的各部件功率信号，分析电堆的冷启动过程的能量流。
相对于现有技术，本发明所述的一种多通道数据融合的燃料电池车氢电能耗测试装置及方法具有以下优势：
(1)本发明使用CAN数据、OBD诊断请求数据的方法，解决采集了燃料电池车辆某些关键信号获取困难的现状；
(2)本发明通过同步采集动力CAN数据、OBD诊断数据和传感器数据，有利于车辆测试数据综合分析，分析低温冷启动和停机的瞬态过程。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种燃料电池乘用车低温冷启动的测试装置信号同步采集示意图；
图2为本发明实施例所述的一种燃料电池乘用车低温冷启动的测试装置电流、电压、温度传感器安装示意图
图3为本发明实施例所述的一种燃料电池乘用车低温冷启动的测试方法流程图。
附图标记说明：
1-整车控制器CAN总线；2-OBD诊断请求工具；3-电流传感器；4-电压计；5-温度传感器；6-氢排放测试仪；7-数采模块；8-上位机。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
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”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，一种燃料电池乘用车低温冷启动的测试装置，包括数采模块7、整车控制器CAN总线1、OBD诊断请求工具2、电流传感器3、电压计4、温度传感器5、氢排放测试仪6、上位机8，涉氢环境仓。
如图1所示，所述数采模块7包括CAN接口、高压电压接口、电流接口、温度接口；
如图1所示，所述整车控制器CAN总线1至少包括电池SOC、电流、电压、电堆输出电流、电压、电堆水温、空压机转速、温度等信号；从所述整车控制器CAN总线引出接线端，并将接线端接到所述数采模块CAN接口上；
如图1所示，所述OBD诊断请求工具2固定在车辆后排座椅，所述OBD诊断工具包含两个接线端，其中一端接到车辆OBD接口上，另一端接到所述数采模块CAN接口上；所述OBD诊断请求工具2依据车辆诊断访问机制，通过OBD接口访问车辆关键参数，并将访问所得的诊断数据转发到CAN接口；所述OBD诊断请求工具2至少包括氢罐温度、压力、剩余氢气状态、供氢阀开关、燃料压力、电堆启停状态、吹扫阀开关指令、供氢阀开度、空气截止阀开关指令等信号；
如图2所示，所述电流传感器3安装在电堆输出端I8、动力电池输出电缆I1、DCDC高压端输出电缆I3、MCU输入电缆I2、BPCU输入电缆I5、PTC输入电缆I4、冷却风扇输入电缆I7、电堆加热器电缆I6，用于采集上述部件的电流信号；
如图2所示，所述电压计4接到动力电池输出端U1、DCDC高压输出端U2、电堆电压输出端U8，用于采集上述部件的电压信号，进一步的，安装电压计4的位置具体依据车辆高压线束图分析确定；
如图2所示，所述温度传感器5加装在电堆冷却回路进/出水口T8，用于测量电堆冷却液进出水温度，加装在乘员舱出风口T12、主驾驶头部T10、副驾驶头部T11等位置，用于测量乘员舱温度，加装环境仓，用于采集环境仓温度；
如图1所示，所述氢排放测试仪6安装在排气管上，用于测试和记录瞬时氢排放浓度和氢排放量；
所述涉氢环境仓用于模拟低温环境，并装有氢浓度传感器，用于监测环境仓内部的氢气浓度；
如图1所示，所述上位机8安装在所述涉氢环境仓外部，用于接收所述数采模块上传的数据，所述上位机具体实时显示所采集的CAN数据、OBD诊断数据以及传感器采集的数据，此外所述上位机具体数据存储的功能，并且能实现数据后处理的功能。
本发明的另一目的是提出一种燃料电池乘用车低温冷启动测试方法，具体方法是这样实现的：
如图3所示，一种燃料电池乘用车低温冷启动测试方法具体包括如下步骤：
(1)电流、电压、温度传感器、氢排放测试仪安装与调试，动力CAN数据、OBD诊断数据、传感器数据、氢排放测试仪数据联调；
具体包括，分析车辆高压器件架构，确认电缆名称，加装电流传感器3与电压计4；在电堆进/出水口T8、驾驶舱内将温度传感器5安装上；在车辆排气管加装氢排放测试仪；将上述使用的传感器、设备输出信号线接到数采模块7上；将OBD诊断信号、动力CAN信号连接到数采模块7上，进一步的，进行1个小时以上的长时间数据采集，验证传感器安装的可靠性和数据上传的可靠性。
(2)浸车，在环境仓降温之前，需将车辆推进环境仓，在低温环境下充分浸车，推荐浸车时间约24-48h，电堆的进出水口水温均达到环境仓温度；
具体包括，在环境仓降温之前，将车辆挂N挡，将车推入所述涉氢环境仓内，设定特定的测试温度，在所设定的低温环境下充分浸车，推荐浸车时间约24-48h，电堆的进出水口水温T8均达到环境仓温度；
(3)试验前数据检查，浸车完成后，试验前应采集数据，检查数据采集状态，确认低温环境对传感器精度无影响，以保证数据采集的准确性；
具体包括，浸车完成后，在试验前应采集数据，检查数据采集状态，确认低温环境对传感器精度无影响，以保证数据采集的准确性；
(4)启动，按照车辆启动操作步骤启动燃料电池车，并同步开度记录数据；
具体包括，按照车辆启动操作步骤启动燃料电池车，并同步开度记录数据，保证数据和试验同步；同时应对车辆仪表录像，记录从按下启动键到车辆READY的时间；
(5)记录燃料电池堆的输出功率达到制造商规定值(怠速功率)所用时间，或车辆达到READY的时间；
具体包括，从车辆按下启动键后，实时监控电堆输出功率，观测电堆输出功率的变化，记录电堆达到厂家规定的输出功率时间，并根据仪表录像，记录从按下启动键到车辆READY的时间；
(6)停机，电堆达到平稳输出功率，持续0.5h以上，按照车辆停机步骤停机，停机后应持续采集数据，直到车辆动力CAN信号无输出。
具体包括，电堆达到平稳输出功率，持续0.5h以上，按照车辆停机步骤停机，停机后应持续采集数据，直到车辆动力CAN信号无输出；
(7)试验后数据检查，若出现数据遗漏、错误等，则重新联调仪器，重新试验；
具体包括，回放采集的数据，检查所采集的数据中是否存在错误帧、传感器数据是否存在停止上传的状况，若出现类似状况，则需要重新联调设备，重新试验；
(8)低温冷启动性能分析。
具体包括，根据采集的电堆电流电压数据，电堆启动时间与功率变化，根据所采集的供氢供气数据，分析电堆低温冷启动和低温停机策略，根据所采集的各部件功率信号，分析电堆的冷启动过程的能量流。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃料电池乘用车低温冷启动测试装置，其特征在于：包括数采模块、整车控制器CAN总线、OBD诊断请求工具、电流传感器、电压计、温度传感器、氢排放测试仪、上位机、以及涉氢环境仓；所述整车控制器CAN总线、OBD诊断请求工具、电压计、氢排放测试仪均连接数采模块的输入端，数采模块的输出端连接上位机；
所述数采模块包括CAN接口、高压电压接口、电流接口、温度接口；
所述整车控制器CAN总线连接整车控制器，采集车辆信号，从所述整车控制器CAN总线引出接线端，并将接线端接到所述数采模块CAN接口上；
所述OBD诊断请求工具固定在车辆后排座椅，所述OBD诊断工具包含两个接线端，其中一端接到车辆OBD接口上，另一端接到所述数采模块CAN接口上；
所述上位机安装在涉氢环境仓外部，用于接收所述数采模块上传的数据，所述上位机具体实时显示并储存所采集的CAN数据、OBD诊断数据以及传感器采集的数据。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池乘用车低温冷启动测试装置，其特征在于：所述电流传感器安装在电堆输出端、动力电池输出电缆、DCDC高压端输出电缆、MCU输入电缆、BPCU输入电缆、PTC输入电缆、冷却风扇输入电缆、电堆加热器电缆，用于采集上述部件的电流信号。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池乘用车低温冷启动测试装置，其特征在于：所述温度传感器加装在电堆冷却回路进/出水口，用于测量电堆冷却液进出水温度，加装在乘员舱出风口、主驾驶头部、副驾驶头部位置，用于测量乘员舱温度，加装环境仓，用于采集环境仓温度。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池乘用车低温冷启动测试装置，其特征在于：所述整车控制器CAN总线至少采集包括电池SOC、电流、电压、电堆输出电流、电压、电堆水温、空压机转速、温度信号。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池乘用车低温冷启动测试装置，其特征在于：所述OBD诊断请求工具，至少采集包括氢罐温度、压力、剩余氢气状态、供氢阀开关、燃料压力、电堆启停状态、吹扫阀开关指令、供氢阀开度、空气截止阀开关指令信号。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池乘用车低温冷启动测试装置，其特征在于：所述电压计接到动力电池输出端、DCDC高压输出端、电堆电压输出端，用于采集上述部件的电压信号。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池乘用车低温冷启动测试装置，其特征在于：所述氢排放测试仪安装在排气管上，用于测试氢排放浓度和氢排放量。
8.根据权利要求1所述的一种燃料电池乘用车低温冷启动测试装置，其特征在于：所述涉氢环境仓用于模拟低温环境，并装有氢浓度传感器，用于监测环境仓内部的氢气浓度。
9.一种燃料电池乘用车低温冷启动测试方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
(1)电流、电压、温度传感器、氢排放仪安装与调试，动力CAN数据、OBD诊断数据、传感器数据、氢排放测试仪数据联调；；
(2)浸车，在环境仓降温之前，需将车辆推进环境仓，在低温环境下充分浸车，推荐浸车时间约24-48h，电堆的进出水口水温均达到环境仓温度；
(3)试验前数据检查，浸车完成后，试验前应采集数据，检查数据采集状态，确认低温环境对传感器精度无影响，以保证数据采集的准确性；
(4)启动，按照车辆启动操作步骤启动燃料电池车，并同步开度记录数据；
(5)记录燃料电池堆的输出功率达到规定值所用时间，或车辆达到READY的时间；
(6)停机，电堆达到平稳输出功率，持续0.5h以上，按照车辆停机步骤停机，停机后应持续采集数据，直到车辆动力CAN信号无输出；
(7)试验后数据检查，若出现数据遗漏、错误等，则重新联调仪器，重新试验；
(8)低温冷启动性能分析。
10.根据权利要求9所述的一种多通道数据融合的燃料电池车氢电能耗测试方法，其特征在于：所述步骤(8)具体包括，根据采集的电堆电流电压数据，电堆启动时间与功率变化，根据所采集的供氢供气数据，分析电堆低温冷启动和低温停机策略，根据所采集的各部件功率信号，分析电堆的冷启动过程的能量流。
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