燃料電池空氣壓縮機(jī)測試平臺研發(fā)與設(shè)計

王宇

摘 ? 要：由于大氣污染，環(huán)境破壞、全球變暖，能源緊缺等原因，能量轉(zhuǎn)換效率高且無污染的燃料電池汽車受到各國政府以及人們的重視，而作為燃料電池系統(tǒng)中最核心的部件之一的空壓壓縮機(jī)成為燃料電池汽車發(fā)展的重要研究與使用熱點(diǎn)。作為燃料電池系統(tǒng)研發(fā)與使用，對燃料電池系統(tǒng)所用的空氣壓縮機(jī)要進(jìn)行嚴(yán)格的性能測試與分析，確?？諝鈮嚎s機(jī)高效、穩(wěn)定的運(yùn)行，保證燃料電池系統(tǒng)的穩(wěn)定與壽命。針對嚴(yán)格的性能測試與分析要求，需要研發(fā)與設(shè)計空壓機(jī)測試平臺，以滿足空壓機(jī)各項測試需求，達(dá)到能夠精確測試、穩(wěn)定測試以及多工況測試等，本次設(shè)計的空壓機(jī)測試平臺，能夠?qū)諌簷C(jī)進(jìn)、出口壓力，進(jìn)、出口溫度，空氣流量，電機(jī)能耗，冷卻液壓力與溫度等進(jìn)行準(zhǔn)確的測試，并且能夠試試采集數(shù)據(jù)，分析空壓機(jī)實時工況下穩(wěn)定性，可靠性。并且能夠進(jìn)行自動控制測試，輸入測試要求，測試平臺即可自行對空壓機(jī)進(jìn)行測試。本次設(shè)計的空壓機(jī)測試平臺作為模塊化設(shè)備，可以進(jìn)行多臺并聯(lián)，同時測試動態(tài)空氣壓縮機(jī)，節(jié)省時間與人力成本。

關(guān)鍵詞：燃料電池空壓機(jī) ?測試平臺 自動化 ?模塊化

中圖分類號：TM911 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）05（a）-0111-03

Abstract： Due to atmospheric pollution， environmental destruction and global warming， energy shortage， high energy conversion efficiency and no pollution of fuel cell car brought to the attention of the governments and people， and as one of the most core components of a fuel cell system of air compressor compressor has become an important research and development of fuel cell vehicles using hot spots.As the development and use of the fuel cell system， the air compressor used in the fuel cell system should be tested and analyzed strictly to ensure the efficient and stable operation of the air compressor and the stability and life of the fuel cell system.Requirement for strict performance test and analysis， it is necessary to research and development and design of air compressor testing platform， to meet the requirement of each test air compressor， to accurately test， stability test and working condition of testing， etc.， the design of air compressor testing platform， can the air compressor inlet and outlet pressure， inlet and outlet temperature， air flow， the energy consumption of the motor， cooling fluid pressure and temperature accurately test， and try to collect data， analyze real-time stability under the condition of air compressor， and reliability.And can carry on the automatic control test， enter the test requirements， the test platform can test the air compressor. The design of the air compressor test platform as a modular equipment， can carry out multiple parallel， while testing dynamic air compressor， saving time and labor costs.

Key Words： Fuel cell; Air compressor test platform; Automation; Modularization

燃料電池汽車是當(dāng)今汽車工業(yè)的發(fā)展熱點(diǎn)。燃料電池系統(tǒng)中的空壓機(jī)作為其空氣供給的核心部件，需要進(jìn)行大量的臺架實驗以獲得與整車相匹配的各項性能參數(shù)。通過研制一套具有自動控制測試、在線監(jiān)測、故障診斷、基本性能評價、穩(wěn)定性評價、動態(tài)響應(yīng)測試、極限性能測試、工況測試、壽命測試等空壓機(jī)測試裝置，解決燃料電池空壓機(jī)各項性能預(yù)先測試的能力，確?？諌簷C(jī)滿足車用燃料電池系統(tǒng)的使用與要求;

3 ?信號采集與輸出

數(shù)據(jù)采集的過程是通過傳感器和變送器將非電量的物理信號轉(zhuǎn)換成電信號送到信號調(diào)理電路，通過信號調(diào)理電路硬件濾波并將電流信號轉(zhuǎn)換成模擬量采集板卡允許的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號，然后送入模擬量采集卡，計算機(jī)接受采集板卡轉(zhuǎn)換過來的數(shù)字信號，經(jīng)過數(shù)字濾波、數(shù)字量的線性轉(zhuǎn)換把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成不同量綱的物理量（比如溫度、壓力等）。本測試平臺系統(tǒng)的模擬量采樣采用中斷方式告訴采樣模式，采集輸出過程與A/D轉(zhuǎn)換類似。

為防止干擾對計算機(jī)系統(tǒng)的影響，采取有效的抗干擾措施。硬件方面由上文給出，但并不能完全消除干擾。軟件方面主要是濾波，采用不同形式的濾波對采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的采集與保存。本系統(tǒng)采集、控制周期常規(guī)為50ms，最快可達(dá)10ms。

4 ?空壓機(jī)測試平臺應(yīng)用

空壓機(jī)測試平臺通過上位機(jī)界面各項功能進(jìn)行控制，上位機(jī)中能夠清晰的看到各傳感器的數(shù)值，以及各功能部件的控制信號反饋，并且空壓機(jī)所有的故障類型以及名稱均可以在上位機(jī)直接讀取，能夠直觀觀測測試過程中空壓機(jī)的狀態(tài)。在上位中，可以點(diǎn)擊手動控制按鍵選擇手動測試或自動程序測試，能夠快速地進(jìn)行人機(jī)界面的調(diào)換。

本次空壓機(jī)測試平臺采用羅茨空壓機(jī)進(jìn)行驗證驗收，測試結(jié)果與廠家提供參數(shù)基本吻合，空壓機(jī)測試平臺能夠滿足日常工作中各項測試要求，驗證結(jié)果如圖2所示。

5 ?結(jié)語

（1）本文設(shè)計研發(fā)的空壓機(jī)測試平臺能夠?qū)Ω黝惪諝鈮嚎s機(jī)進(jìn)行一般性測試、動態(tài)性能測試、穩(wěn)定性測試、可靠性測試以及壽命測試等，能夠準(zhǔn)確對各類空氣壓縮機(jī)進(jìn)行性能驗證，控制策略驗證等。

（2）該空壓機(jī)測試平臺能夠手動控制程序，自動程序快速切換，通過PC端上位機(jī)進(jìn)行。電氣控制中數(shù)據(jù)采集、控制周期常規(guī)在50ms，最快可以達(dá)到10ms。能夠滿足空壓機(jī)性能測試與分析的要求。

（3）本套空壓機(jī)測試平臺能夠有效的提升空壓機(jī)測試效率以及保證空壓機(jī)測試自動化程度。本套測試平臺可以經(jīng)過完整復(fù)制后，多臺進(jìn)行并聯(lián)，可同時測試多臺空氣壓縮機(jī)，提升工作效率，并且減輕人員的勞動強(qiáng)度。

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