模拟高海拔低气压工况的燃料电池空压机测试及控制方法与流程

本发明涉及燃料电池测试装备，具体涉及一种模拟高海拔低气压工况的燃料电池空压机测试及控制方法。

背景技术：

1、质子交换膜燃料电池作为一种重要的氢能利用方式，具有能量转换效率高、环境友好及功率响应快等优点，因而在能源及交通领域具有广泛的应用前景。燃料电池系统的环境适应性，包括高低温、低气压等均是该技术走向大规模商业化应用所须解决的问题。作为燃料电池系统核心部件的空气压缩机(简称为空压机)的环境适应性性能是关注的焦点。

2、常规的高原模拟测试依赖于环境试验舱，通过环境试验舱来营造低气压的运行环境，将被测对象置于环境试验舱内开展性能测试。由于空压机工作时需要外围的部件设施，如供电电源、冷却系统、流量压力监测传感器等，如果置于环境试验舱内运行时，需将外围的部件设施置于舱内，对外围的部件设施的环境适应性同样提出了更高的要求和额外的成本。具备低气压模拟的环境实验舱的设备造价高、需投入的资金量大，且难以与空压机常规性能的测试台架集成。

技术实现思路

1、本发明意在提供模拟高海拔低气压工况的燃料电池空压机测试及控制方法，以实现结构简单、代价低、易于与空压机常规性能测试台架集成。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、模拟高海拔低气压工况的燃料电池空压机测试及控制方法，包括：

4、s1，打开模拟高海拔低气压工况的燃料电池空压机的测试装置，使其处于使用状态，所述测试装置包括依次连接的进气气源、前负压调节阀/阀组、前缓冲罐、被测空压机、流量计、节气门、后缓冲罐、真空泵，被测空压机的冷却液回路与冷却装置连接；

5、s2，将前负压调节阀/阀组和节气门的开度开至最大，启动被测空压机至最低允许转速；

6、s3，启动后负压控制模块，将后缓冲罐内的设定压力设置为目标气压p；启动前负压控制模块，将前缓冲罐内的设定压力设置为目标气压p；

7、s4，设置空压机转速v，待参数平稳后，记录各物理量参数；

8、s5，减少节气门的开度，待参数平稳后，记录各物理量参数；

9、s6，当节气门开度减少至空压机临近喘振线时，停止该转速下的测试，并将节气门设置为全开；

10、s7，判断当前空压机转速是否为允许的最大值；如判断结果为否，则增加转速，更新空压机转速为新的v＝v+vstep，跳转至步骤4；如判断结果为是，则该目标气压p下的空压机转速-流量特性测试结束。

11、本方案的原理及优点是：实际应用时，测试装置打开，需先启动空压机，将前负压调节阀/阀组和节气门的开度开至最大，启动被测空压机至最低允许转速，便于前缓冲罐的负压由被测空压机抽出以及真空泵来构建后缓冲罐的负压；通过真空泵构建后缓冲罐的负压，通过启动空压机，减少前负压阀组的开度，以建立前缓冲罐的负压，从而构建负压环境；

12、测试空压机的特性，即在同样的转速下，测试不同压升条件下的流量的特性曲线，通过改变转速，测下一条流量的特性曲线，形成性能map；本申请中，通过测试装置与被测空压机的紧密配合，在被测空压机的进出口构建不同的入口压力及压升，记录相应条件下的运行物理参数(如流量、功耗等)，获得被测空压机在不用入口压力时的转速-压升-流量-功耗性能曲线，以评价空压机在高海拔、低气压条件下的综合性能。

13、本申请中，模拟高海拔低气压工况的燃料电池空压机的测试装置仅在空压机的进气和出气管路内营造低气压的条件，能够方便地开展低气压测试；相比于常规大气压的空压机测试，增加的部件少、控制简单。当进气气源为高低温空气时，除了开展低气压测试，还能够同时开展高低温测试；且具有装置实现简单、代价低、易于与空压机常规性能测试台架集成的优点。

14、优选的，作为一种改进，所述后负压控制模块的控制原理为：采集后缓冲罐内的压力p2，与后缓冲罐设定压力pset2作差后获得δp2＝pset2-p2，经过后负压控制器计算后，得到真空泵的转速/流量调控指令；后负压控制器的调控原则为：当pset2>p2,即δp2>0时，减少真空泵的转速/流量；当pset2<p2,即δp2<0时，增加真空泵的转速/流量。

15、技术效果：通过后负压控制模块，便于设置出气管路中的真空泵的转速/流量。

16、优选的，作为一种改进，所述前负压控制模块的控制原理为：采集前缓冲罐内的压力p1，与前缓冲罐设定压力pset1作差后获得δp1＝pset1-p1，经过前负压控制器计算后，得到前负压调节阀/阀组的开度指令；前负压控制器的调控原则为：当pset1>p1,即δp1>0时，增大前负压调节阀/阀组的开度；当pset1<p1,即δp1<0时，减少前负压调节阀/阀组的开度。

17、技术效果：通过后负压控制模块，便于设置进气管路中的前负压调节阀/阀组的开度。

18、优选的，作为一种改进，所述前缓冲罐设定压力pset1和后缓冲罐设定压力pset2的关系为：pset1≥pset2。

19、技术效果：便于保证整个性能map的完整性。

20、优选的，作为一种改进，所述s1中，从前负压调节阀/阀组连接至真空泵之间的气体流通管路及部件均具备负压承受能力，能够承受的负压压力值低于所需求的低气压模拟值。

21、技术效果：便于满足模拟高海拔低气压工况下的测试条件。

22、优选的，作为一种改进，所述前负压调节阀/阀组为开度可调的调节阀或阀组。

23、技术效果：便于调节前缓冲罐内的压力值。

24、优选的，作为一种改进，所述前负压调节阀/阀组采用不同调控分辨率和量程的阀组并联组成。

25、技术效果：通过设置不同调控分辨率和量程的阀组并联组成前负压调节阀/阀组，能够以提高调节精度。

26、优选的，作为一种改进，所述真空泵的气量可调节，所述真空泵的最大气量大于被测空压机的最大气量。

27、技术效果：便于真空泵满足模拟高海拔低气压工况下的测试条件。

28、优选的，作为一种改进，所述s1中，进气气源的出口连接所述前负压调节阀/阀组的入口，所述进气气源采用环境大气或高低温气源。

29、技术效果：当采用气源为温度可调的气源、冷却装置为冷却液温度可调的装置时，该测试装置具备了高低温环境模拟的功能。

技术特征：

1.模拟高海拔低气压工况的燃料电池空压机测试及控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的模拟高海拔低气压工况的燃料电池空压机测试及控制方法，其特征在于：所述后负压控制模块的控制原理为：采集后缓冲罐内的压力p2，与后缓冲罐设定压力pset2作差后获得δp2＝pset2-p2，经过后负压控制器计算后，得到真空泵的转速/流量调控指令；后负压控制器的调控原则为：当pset2>p2,即δp2>0时，减少真空泵的转速/流量；当pset2<p2,即δp2<0时，增加真空泵的转速/流量。

3.根据权利要求1所述的模拟高海拔低气压工况的燃料电池空压机测试及控制方法，其特征在于：所述前负压控制模块的控制原理为：采集前缓冲罐内的压力p1，与前缓冲罐设定压力pset1作差后获得δp1＝pset1-p1，经过前负压控制器计算后，得到前负压调节阀/阀组的开度指令；前负压控制器的调控原则为：当pset1>p1,即δp1>0时，增大前负压调节阀/阀组的开度；当pset1<p1,即δp1<0时，减少前负压调节阀/阀组的开度。

4.根据权利要求2和权利要求3所述的模拟高海拔低气压工况的燃料电池空压机测试及控制方法，其特征在于：所述前缓冲罐设定压力pset1和后缓冲罐设定压力pset2的关系为：pset1≥pset2。

5.根据权利要求1所述的模拟高海拔低气压工况的燃料电池空压机测试及控制方法，其特征在于：所述s1中，从前负压调节阀/阀组连接至真空泵之间的气体流通管路及部件均具备负压承受能力，能够承受的负压压力值低于所需求的低气压模拟值。

6.根据权利要求1所述的模拟高海拔低气压工况的燃料电池空压机测试及控制方法，其特征在于：所述前负压调节阀/阀组为开度可调的调节阀或阀组。

7.根据权利要求1所述的模拟高海拔低气压工况的燃料电池空压机测试及控制方法，其特征在于：所述前负压调节阀/阀组采用不同调控分辨率和量程的阀组并联组成。

8.根据权利要求1所述的模拟高海拔低气压工况的燃料电池空压机测试及控制方法，其特征在于：所述真空泵的气量可调节，所述真空泵的最大气量大于被测空压机的最大气量。

9.根据权利要求1所述的模拟高海拔低气压工况的燃料电池空压机测试及控制方法，其特征在于：所述s1中，进气气源的出口连接所述前负压调节阀/阀组的入口，所述进气气源采用环境大气或高低温气源。

技术总结
本发明涉及燃料电池测试装备技术领域，公开了一种模拟高海拔低气压工况的燃料电池空压机测试及控制方法，将前负压调节阀/阀组和节气门的开度开至最大，启动被测空压机至最低允许转速；启动后负压控制模块和前负压控制模块将后缓冲罐和前缓冲罐内的设定压力设置为目标气压；设置空压机转速，待参数平稳后记录各物理量参数；减少节气门的开度，待参数平稳后记录各物理量参数；当节气门开度减少至空压机临近喘振线时，停止该转速下的测试并将节气门设置为全开；判断当前空压机转速是否为允许的最大值；否则增加转速；是则该目标气压下的空压机转速‑流量特性测试结束。本申请中的装置结构简单、代价低、易于与空压机常规性能测试台架集成。

技术研发人员：毛占鑫,万鑫铭,付娜,邓波,易守春,邢晓慧
受保护的技术使用者：中国汽车工程研究院股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6