CN113871664A - 一种基于燃料电池动力装置的联调测试***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于燃料电池动力装置的联调测试***及方法，包括：高压储氢装置、氢气流量计、燃料电池、DCDC模块、配电盒、动力电池、可调式电子负载、整车控制器以及上位机；高压储氢装置通过氢管路与燃料电池连接；氢管路上设有氢气流量计；燃料电池的电能输出端通过DCDC模块连接至配电盒；整车控制器获取氢管路上的氢气流量信息；按照设定的测试程序控制燃料电池和动力电池进行电能输出，获取运行状态；控制可调式电子负载运行，获取运行状态并上传给上位机。通过上位机进行数据分析可以综合评价燃料电池整车的经济性、动力性、耐久性和可靠性等性能。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池汽车领域，具体涉及一种基于燃料电池动力装置的联调测试***及方法。
背景技术
燃料电池一般指氢燃料电池，是一种把氢气所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。由于燃料电池是通过电化学反应把氢气化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用氢气和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，排放产物只有水，使用寿命长。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。
现在车辆已经开始使用燃料电池作为动力，燃料电池作为动力源与传统燃油汽车的区别在于动力***不同。燃料电池动力***的主要组成部分有燃料电池***、辅助动力源、DCDC变换器、驱动电机及电子控制***。
由于燃料电池自身输出电压随电流变化波动较大，并且峰值功率输出能力及动态响应能力欠佳，在整车启动、急加速和爬坡时，无法满足功率需求。
燃料电池汽车运行过程中，电机的需求功率、燃料电池和动力电池的输出功率时刻处于动态变化，燃料电池汽车的经济性、动力性、耐久性和可靠性等，很大程度取决于燃料电池和动力电池的能量管理分配策略。对于燃料电池动力***能量管理策略的验证只能通过实车测试的方式，开发周期较长，成本高，并存在一定安全风险。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种综合评价燃料电池整车的经济性、动力性、耐久性和可靠性等性能的基于燃料电池动力装置的联调测试***。
联调测试***包括：高压储氢装置、氢气流量计、燃料电池、DCDC模块、配电盒、动力电池、可调式电子负载、整车控制器以及上位机；
高压储氢装置通过氢管路与燃料电池连接；
氢管路上设有氢气流量计；
燃料电池的电能输出端通过DCDC模块连接至配电盒；
配电盒分别与可调式电子负载和动力电池电连接；
整车控制器通过与氢气流量计连接，获取氢管路上的氢气流量信息，并上传给上位机；
整车控制器通过分别与燃料电池和动力电池连接，按照设定的测试程序控制燃料电池和动力电池进行电能输出，分别获取燃料电池的运行状态和动力电池的运行状态，并上传给上位机；
整车控制器通过与可调式电子负载连接，按照设定的测试程序控制可调式电子负载运行，获取可调式电子负载的运行状态，并上传给上位机。
优选地，动力电池用于接收和储存由燃料电池、制动能量回收装置或外置充电装置提供的高压直流电，并且为动力***提供高压直流电。
优选地，配电盒包括高压电大电流分配单元和低压电分配单元；
高压电大电流分配单元用以将高压电分配给可调式电子负载；
低压电分配单元用于使***中的低压线路相互连接。
优选地，可调式电子负载用于模拟驱动电机消耗电功率以及模拟制动过程中的能量回馈；
在功率消耗模式下能够将燃料电池及动力电池输出的电能消耗；在制动能量回馈模式下能够对动力电池进行充电。
优选地，上位机用以采集、存储与显示测试过程中氢气流量、燃料电池输出电压和电流、动力电池SOC、动力电池输入/输出电压和电流、可调式电子负载输入/输出电压和电流参数，并根据设定工况向可调式电子负载实时发送功率需求信息。
优选地，DCDC模块用于对燃料电池的输出电压进行变换；
整车控制器与DCDC模块连接，获取DCDC模块的输出电压和电流信息，并上传给上位机。
优选地，上位机还用于将每次燃料电池动力***的测试数据信息进行存储，实现基于WEB方式将燃料电池动力***的测试数据信息进行共享，统一每次燃料电池动力***测试数据信息的比对标准；将燃料电池动力***的测试数据与相应的测试指标进行比对，判断是否满足测试要求；
上位机还提供燃料电池动力***测试数据的增删改查界面，通过增删改查界面对测试数据进行操作，还对动力***测试数据的测试时间，测试时间间隔进行任意指定；还提供对燃料电池动力***测试数据的关键词检索查询功能。
本发明还提供一种基于燃料电池动力装置的联调测试方法，方法包括：
上位机接收燃料电池动力***测试任务；
将高压储氢装置、氢气流量计、燃料电池、DCDC模块、配电盒、动力电池、可调式电子负载以及整车控制器按照基于燃料电池动力装置的联调测试***进行连接配置；
执行燃料电池动力***测试任务，整车控制器得到燃料电池动力***的测试数据信息；
整车控制器将动力***测试数据信息发送至上位机；
上位机对测试数据信息进行分析，得到燃料电池、动力电池、可调式电子负载的状态信息。
优选地，整车控制器将动力***测试数据信息发送至上位机之前还对动力***测试数据信息进行校验，判断动力***测试数据信息中是否包括：当前测试程序数据，氢气流量数据，燃料电池的运行状态数据，动力电池的运行状态数据，可调式电子负载的运行状态数据；
当具备上述动力***测试数据信息时，向上位机发送测试数据信息。
优选地，上位机对动力***测试数据进行拆分，分析当前测试程序数据，氢气流量数据，燃料电池的运行状态数据，动力电池的运行状态数据，可调式电子负载的运行状态数据是否满足测试要求。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明的燃料电池动力***联调测试***可以实现燃料电池动力***优化匹配，模拟各类整车工况并进行“氢-电”混合动力***能量管理控制策略研究、测试与验证，测量燃料电池***氢耗量，综合评价燃料电池整车的经济性、动力性、耐久性和可靠性等性能。
而且本发明可以分析当前测试程序数据，氢气流量数据，燃料电池的运行状态数据，动力电池的运行状态数据，可调式电子负载的运行状态数据是否满足测试要求。还可以将燃料电池动力***测试数据与相应的测试指标进行比对，判断是否满足测试要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
图1为基于燃料电池动力装置的联调测试***示意图。
图2为基于燃料电池动力装置的联调测试方法流程图。
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。
本发明提供的基于燃料电池动力装置的联调测试***中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
本发明提供的基于燃料电池动力装置的联调测试***的附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
本发明提供的基于燃料电池动力装置的联调测试***中，所揭露的***、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
如图1所示，本发明提供的基于燃料电池动力装置的联调测试***包括：高压储氢装置、氢气流量计、燃料电池、DCDC模块、配电盒、动力电池、可调式电子负载、整车控制器以及上位机；
高压储氢装置通过氢管路与燃料电池连接；氢管路上设有氢气流量计；氢气流量计的功能是测量燃料电池运行消耗的氢气流量。
燃料电池的电能输出端通过DCDC模块连接至配电盒；配电盒分别与可调式电子负载和动力电池电连接；配电盒包括高压电大电流分配单元和低压电分配单元；高压电大电流分配单元用以将高压电分配给可调式电子负载；低压电分配单元用于使***中的低压线路相互连接。
动力电池用于接收和储存由燃料电池、制动能量回收装置或外置充电装置提供的高压直流电，并且为动力***提供高压直流电。
可调式电子负载用于模拟驱动电机消耗电功率以及模拟制动过程中的能量回馈；
在功率消耗模式下能够将燃料电池及动力电池输出的电能消耗；在制动能量回馈模式下能够对动力电池进行充电。
DCDC模块用于对燃料电池的输出电压进行变换；
整车控制器与DCDC模块连接，获取DCDC模块的输出电压和电流信息，并上传给上位机。
整车控制器分别与燃料电池、氢气流量计、动力电池以及可调式电子负载连接；
整车控制器通过与氢气流量计连接，获取氢管路上的氢气流量信息，并上传给上位机；
整车控制器通过分别与燃料电池和动力电池连接，按照设定的测试程序控制燃料电池和动力电池进行电能输出，分别获取燃料电池的运行状态和动力电池的运行状态，并上传给上位机；
整车控制器通过与可调式电子负载连接，按照设定的测试程序控制可调式电子负载运行，获取可调式电子负载的运行状态，并上传给上位机。
整车控制器可以通过使用特定用途集成电路(ASIC，Application SpecificIntegrated Circuit)、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processing)、数字信号处理装置(DSPD，Digital Signal Processing Device)、可编程逻辑装置(PLD，ProgrammableLogic Device)、现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、被设计为执行这里描述的功能的电子单元中的至少一种来实施，在一些情况下，这样的实施方式可以在控制器中实施。对于软件实施，诸如过程或功能的实施方式可以与允许执行至少一种功能或操作的单独的软件模块来实施。软件代码可以由以任何适当的编程语言编写的软件应用程序(或程序)来实施，软件代码可以存储在存储器中并且由控制器执行。
本发明中，上位机用以采集、存储与显示测试过程中氢气流量、燃料电池***输出电压和电流、动力电池SOC、动力电池输入/输出电压和电流、可调式电子负载输入/输出电压和电流参数，并根据设定工况向可调式电子负载实时发送功率需求信息。
上位机还用于将每次燃料电池动力***的测试数据信息进行存储，实现基于WEB方式将燃料电池动力***测试数据信息进行共享，统一每次燃料电池动力***测试数据信息的比对标准；将燃料电池动力***的测试数据与相应的测试指标进行比对，判断是否满足测试要求；
上位机还提供燃料电池动力***测试数据的增删改查界面，通过增删改查界面对测试数据进行操作，还对动力***测试数据的测试时间，测试时间间隔进行任意指定；还提供对燃料电池动力***测试数据的关键词检索查询功能。
本测试***运行时，上位机根据设定工况向可调式电子负载发送功率需求信息，负载以恒电压模式进行功率消耗，同时整车控制器根据当前需求功率以及“氢-电”混合动力***能量管理控制策略向燃料电池***发送功率请求。燃料电池***接收到启动及功率请求命令后，开始启动空气供给、氢气供给、热管理等子***，并按需求输出一定电压和电流。升压DCDC模块提高并稳定燃料电池的输出电压，动力电池根据负载消耗功率以及燃料电池***输出功率弥补或接收电能。
基于上述***本发明还提供一种基于燃料电池动力装置的联调测试方法，如图2所示，方法包括：
S101,上位机接收燃料电池动力***测试任务；
S102,将高压储氢装置、氢气流量计、燃料电池、DCDC模块、配电盒、动力电池、可调式电子负载以及整车控制器按照联调测试***进行连接配置；
S103,执行燃料电池动力***测试任务，整车控制器得到燃料电池动力***的测试数据信息；
S104,整车控制器将动力***测试数据信息发送至上位机；
S105,上位机对动力***测试数据信息进行分析，得到燃料电池、动力电池、可调式电子负载的状态信息。
作为本发明的一种实施方式，整车控制器将动力***测试数据信息发送至上位机之前还对动力***测试数据信息进行校验，判断动力***测试数据信息中是否包括：当前测试程序数据，氢气流量数据，燃料电池的运行状态数据，动力电池的运行状态数据，可调式电子负载的运行状态数据；
当具备上述动力***测试数据信息时，向上位机发送测试数据信息。
上位机对动力***测试数据进行拆分，分析当前测试程序数据，氢气流量数据，燃料电池的运行状态数据，动力电池的运行状态数据，可调式电子负载的运行状态数据是否满足测试要求。
本发明的燃料电池动力***联调测试***可以实现燃料电池动力***优化匹配，模拟各类整车工况并进行“氢-电”混合动力***能量管理控制策略研究、测试与验证，测量燃料电池***氢耗量，综合评价燃料电池整车的经济性、动力性、耐久性和可靠性等性能。
本发明提供的基于燃料电池动力装置的联调测试***及方法是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
本发明提供的基于燃料电池动力装置的联调测试***及方法包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种基于燃料电池动力装置的联调测试***，其特征在于，包括：高压储氢装置、氢气流量计、燃料电池、DCDC模块、配电盒、动力电池、可调式电子负载、整车控制器以及上位机；
高压储氢装置通过氢管路与燃料电池连接；
氢管路上设有氢气流量计；
燃料电池的电能输出端通过DCDC模块连接至配电盒；
配电盒分别与可调式电子负载和动力电池电连接；
整车控制器通过与氢气流量计连接，获取氢管路上的氢气流量信息，并上传给上位机；
整车控制器通过分别与燃料电池和动力电池连接，按照设定的测试程序控制燃料电池和动力电池进行电能输出，分别获取燃料电池的运行状态和动力电池的运行状态，并上传给上位机；
整车控制器通过与可调式电子负载连接，按照设定的测试程序控制可调式电子负载运行，获取可调式电子负载的运行状态，并上传给上位机。
2.根据权利要求1所述的基于燃料电池动力装置的联调测试***，其特征在于，
动力电池用于接收和储存由燃料电池、制动能量回收装置或外置充电装置提供的高压直流电，并且为动力***提供高压直流电。
3.根据权利要求1所述的基于燃料电池动力装置的联调测试***，其特征在于，
配电盒包括高压电大电流分配单元和低压电分配单元；
高压电大电流分配单元用以将高压电分配给可调式电子负载；
低压电分配单元用于使***中的低压线路相互连接。
4.根据权利要求1或2所述的基于燃料电池动力装置的联调测试***，其特征在于，
可调式电子负载用于模拟驱动电机消耗电功率以及模拟制动过程中的能量回馈；
在功率消耗模式下能够将燃料电池及动力电池输出的电能消耗；在制动能量回馈模式下能够对动力电池进行充电。
5.根据权利要求1或2所述的基于燃料电池动力装置的联调测试***，其特征在于，
上位机用以采集、存储与显示测试过程中氢气流量、燃料电池***输出电压和电流、动力电池SOC、动力电池输入/输出电压和电流、可调式电子负载输入/输出电压和电流参数，并根据设定工况向可调式电子负载实时发送功率需求信息。
6.根据权利要求1或2所述的基于燃料电池动力装置的联调测试***，其特征在于，
DCDC模块用于对燃料电池的输出电压进行变换；
整车控制器与DCDC模块连接，获取DCDC模块的输出电压和电流信息，并上传给上位机。
7.根据权利要求1或2所述的基于燃料电池动力装置的联调测试***，其特征在于，
上位机还用于将每次燃料电池动力***的测试数据信息进行存储，实现基于WEB方式将燃料电池动力***的测试数据信息进行共享，统一每次燃料电池动力***的测试数据信息的比对标准；将燃料电池动力***的测试数据与相应的测试指标进行比对，判断是否满足测试要求；
上位机还提供燃料电池动力***测试数据的增删改查界面，通过增删改查界面对测试数据进行操作，还对动力***测试数据的测试时间，测试时间间隔进行任意指定；还提供对燃料电池动力***测试数据的关键词检索查询功能。
8.一种基于燃料电池动力装置的联调测试方法，其特征在于，方法包括：
上位机接收燃料电池动力***测试任务；
将高压储氢装置、氢气流量计、燃料电池、DCDC模块、配电盒、动力电池、可调式电子负载以及整车控制器按照权利要求1至7任一一项所述的基于燃料电池动力装置的联调测试***进行连接配置；
执行燃料电池动力***测试任务，整车控制器得到燃料电池动力***的测试数据信息；
整车控制器将动力***测试数据信息发送至上位机；
上位机对动力***测试数据信息进行分析，得到燃料电池、动力电池、可调式电子负载的状态信息。
9.根据权利要求8所述的基于燃料电池动力装置的联调测试方法，其特征在于，
整车控制器将动力***测试数据信息发送至上位机之前还对动力***测试数据信息进行校验，判断动力***测试数据信息中是否包括：当前测试程序数据，氢气流量数据，燃料电池的运行状态数据，动力电池的运行状态数据，可调式电子负载的运行状态数据；
当具备上述动力***测试数据信息时，向上位机发送测试数据信息。
10.根据权利要求9所述的基于燃料电池动力装置的联调测试方法，其特征在于，
上位机对动力***测试数据进行拆分，分析当前测试程序数据，氢气流量数据，燃料电池的运行状态数据，动力电池的运行状态数据，可调式电子负载的运行状态数据是否满足测试要求。
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