一种燃料电池系统的电磁兼容测试装置及测试的方法与流程

1.本发明涉及燃料电池测试技术领域，具体涉及一种燃料电池系统的电磁兼容测试装置及测试的方法。


背景技术：

2.电磁兼容emc-electromagnetic compatibility，是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中其他事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。
3.其中，燃料电池系统是燃料电池汽车特有的系统，该系统是在外接氢源的条件下，通过氢气和氧气产生的化学反应，将化学能转化成电能，主要包括氢气供给系统、尾气/废水处理系统、水/热管理系统、控制系统等等。常规的燃料电池电磁兼容测试采用的是分离的方式，单独对燃料系统组成的各个零部件逐个进行测试，其存在测试工况不充分、测试周期长、测试项目重复等问题，由于零部件分离测试无法全面评估各个零部件之间的耦合关系，与整车实际运行工况差别很大，从而会出现零部件的电磁兼容测试结果与整车电磁兼容测试结果不一致的情况。因此，亟需一种结合燃料电池系统制定系统级的电磁兼容测试系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种燃料电池系统的电磁兼容测试装置及测试的方法，以实现对车用燃料电池整个系统的电磁兼容进行测试，以及还能进行单体级测试，以准确定位电磁兼容的超标零部件。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种燃料电池系统的电磁兼容测试装置，包括：半电波暗室，其内放置有待测系统；氢气供给系统，与待测系统相连，用于为待测系统提供氢气；尾气/废水处理系统，与待测系统相连，用于处理待测系统内的尾气和废水；热管理系统，与待测系统相连，用于对待测系统进行热管理；电源系统，与待测系统相连，用于为待测系统提供电源或作为负载；控制监测系统，与待测系统相连，用于对待测系统进行工况调试及监测；通过氢气供给系统、尾气/废水处理系统、热管理系统和电源系统的相互配合，来满足电磁兼容测试的环境需求，通过控制监测系统使待测系统按规定工况运行，然后按照电磁兼容测试标准进行电磁兼容测试，包括对待测系统进行系统级运行的测试和单体级运行的测试。
6.根据上述技术手段，通过设置氢气供给系统、尾气/废水处理系统、热管理系统和电源系统，并通过各系统之间的相互配合，以满足电磁兼容测试的环境需求，然后通过控制监测系统控制待测设备按规定工况运行，再按照电磁兼容测试标准进行电磁兼容测试，根据测试的数据结果即可判断燃料电池的电磁兼容性，且该测试系统既能实现对燃料电池整
个系统级的工况测试，同时考虑到定位电磁兼容零部件干扰源，该系统还可进行单体级测试，有效实现了对燃料电池系统全面工况的电磁兼容特性考察，同时还缩短了测试时间。
7.其中，电磁兼容测试标准为国家测试标准的通用方法。
8.优选的，对待测系统进行单体级运行的测试包括对待测系统的dc/dc变换器的单体级测试、空压机的单体级测试和燃料电池主控制器的单体级测试。
9.其中，系统级运行时进行测试是指整个燃料系统涉及的零部件放在一起进行的电磁兼容测试，单体级运行时进行测试是对其中每一个零部件分别单独进行的电磁兼容测试。因此，单体级运行时进行的测试不能全面评估系统运行状况。
10.待测系统包括：电堆，能够将外部供应的燃料和氧化剂进行电化学反应；dc/dc变换器，能够实现电压转换；空压机，为电堆提供空气；燃料电池主控制器（fcu），用于对待测系统进行功能诊断。
11.优选的，所述电源系统包括高压双电源系统和低压直流电源系统；所述高压双电源系统包括放置在所述半电波暗室外的高压双电源设备，高压双电源系统根据系统级测试和单体级测试需求，可同时或分别作为高压输入电源和高压负载使用；所述低压直流电源系统包括放置在所述半电波暗室内的低压电源、以及连接所述低压电源和待测系统的低压人工网络。
12.优选的，当进行系统级测试时，高压双电源系统作为高压负载，所述高压双电源设备依次通过切换开关、负载端高压滤波器、第一高压人工网络和第一阻抗匹配网络与待测系统的dc/dc变换器的高压电源输出端相连；所述低压电源通过低压人工网络与待测系统的低压电源输入端相连。
13.优选的，当进行dc/dc变换器的单体级测试时，高压双电源系统同时作为高压直流输出和高压负载，所述高压双电源设备依次通过切换开关、负载端高压滤波器、第一高压人工网络和第一阻抗匹配网络与待测系统的dc/dc变换器的高压电源输出端相连，同时高压双电源设备通过切换开关、电源端高压滤波器、第二高压人工网络、第二阻抗匹配网络与待测系统的dc/dc变换器的高压电源输入端相连；所述低压电源通过低压人工网络与待测系统的dc/dc变换器的低压电源输入端相连。
14.优选的，当进行空压机的单体级测试时，高压双电源系统作为高压直流输出，所述高压双电源设备通过切换开关、电源端高压滤波器、第二高压人工网络、第二阻抗匹配网络与待测系统的空压机的高压电源输入端相连；所述低压电源通过低压人工网络与待测系统的空压机的低压电源输入端相连。
15.优选的，当进行燃料电池主控制器（fcu）单体级测试时，所述低压电源通过低压人工网络与待测系统的燃料电池主控制器（fcu）的低压电源输入端相连。
16.优选的，所述氢气供给系统包括放置在所述半电波暗室外的氢气供给设备、以及连接所述氢气供给设备和待测系统的第一连接管；所述尾气/废水处理系统包括放置在所述半电波暗室外的尾气/废水处理设备、以
燃料电池主控制器；3-氢气供给设备；4-第一连接管；5-尾气/废水处理设备；6-第二连接管；7-冷却循环设备；8-第三连接管；9-高压双电源设备；10-低压电源；11-低压人工网络；12-切换开关；13-负载端高压滤波器；14-第一高压人工网络；15-第一阻抗匹配网络；16-电源端高压滤波器；17-第二高压人工网络；18-第二阻抗匹配网络；19-模拟与监测设备；20-光纤馈通；21-光电转换通信设备；22-参考接地平面；23-负载；24-屏蔽盒。
具体实施方式
24.以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
25.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
26.实施例1如图1所示，一种车用燃料电池系统的电磁兼容测试装置，该测试装置能在待测系统2为系统级运行时进行测试，也能在待测系统为单体级运行时进行测试，具体包括：半电波暗室1，其内放置有待测系统2；其中，待测系统2包括：能够将外部供应的燃料和氧化剂进行电化学反应的电堆201、将电堆201输出的直流高压转换为空压机203和高压双电源设备9输出使用的dc/dc变换器202、控制并为电堆201提供空气的空压机203和对待测设备进行功能诊断的fcu204；电堆201、dc/dc变换器202、空压机203和fcu204集成在一起作为本实施例的测试对象，即待测系统2，电堆201、dc/dc变换器202、空压机203和fcu204均能同时正常工作，且根据单体测试需求，也可单独工作；氢气供给系统，其包括放置在半电波暗室1外面的氢气供给设备3、以及连接氢气供给设备3和待测系统2的第一连接管4，氢气供给设备3能够为待测系统2提供流量和浓度合适的氢气，第一连接管4为气体波导管，该气体波导管设置在半电波暗室1的墙壁或者地板上，该气体波导管的一端连接氢气供给设备3，另一端与待测系统2的电堆201的氢气输入口相连，以满足半电波暗室电磁兼容环境要求；尾气/废水处理系统，其包括放置在半电波暗室1外面的尾气/废水处理设备5、以及连接尾气/废水处理设备5和待测系统2的第二连接管6，尾气/废水处理设备5能够将待测系统2内多余的氢气、空气和化学反应过程中产生的废水排出半电波暗室1，第二连接管6为气体波导管，该气体波导管设置在半电波暗室1的墙壁或者地板上，该气体波导管的一端连接尾气/废水处理设备5，另一端连接待测系统2的排气和排水口，以满足半电波暗室电磁兼容环境要求；热管理系统，其包括布置在半电波暗室1外的冷却循环设备7、以及连接冷却循环设备7和待测系统2的冷却循环接口的第三连接管8，冷却循环设备7能够为待测系统2提供
冷却循环通道，保障待测系统在合理的温度环境下运行，第三连接管8为管道，该波导管布置在半电波暗室1的墙壁或者地板上，以满足半电波暗室电磁兼容环境要求；电源系统包括高压双电源系统和低压直流电源系统；高压双电源系统包括放置在半电波暗室1外的高压双电源设备9，高压双电源系统根据系统级测试和单体级测试需求，可同时或分别作为高压输入电源和高压负载使用；低压直流电源系统包括放置在半电波暗室1内的低压电源10、以及连接所述低压电源10和待测系统2的低压人工网络11；控制监测系统包括模拟与监测设备19、光纤馈通20和光电转换通信设备21，模拟与监测设备19放置在半电波暗室1之外，用于控制和监测燃料电池系统；光纤馈通20，布置在半电波暗室1的墙壁或者地板上；光电转换通信设备21，布置在半电波暗室1之内，且位于参考接地平面22之上；模拟与监测设备19通过光纤与光纤馈通16连接；光电转换通信设备17的待测端通过实车线束与待测系统2连接，设备端通过光纤与光纤馈通16连接。
27.1）当进行系统级测试时，高压双电源系统作为高压负载，高压双电源设备9依次通过切换开关12、负载端高压滤波器13、第一高压人工网络14和第一阻抗匹配网络15与待测系统2的dc/dc变换器202的高压电源输出端相连，低压电源10通过低压人工网络11与待测系统2的低压电源输入端相连，低压电源10的电压为12v，低压人工网络11的输入端连接低压电源10，输出端连接待测系统2，低压人工网络11为一对，且其测试端口在非测试状态下连接有50ω的负载23。
28.2）当进行dc/dc变换器202的单体级测试时，高压双电源系统同时作为高压直流输出和高压负载，高压双电源设备9依次通过切换开关12、负载端高压滤波器13、第一高压人工网络14和第一阻抗匹配网络15与待测系统2的dc/dc变换器202的高压电源输出端相连，同时高压双电源设备9通过切换开关12、电源端高压滤波器16、第二高压人工网络17、第二阻抗匹配网络18与待测系统2的dc/dc变换器202的高压电源输入端相连；所述低压电源10通过低压人工网络11与待测系统2的dc/dc变换器202的低压电源输入端相连。
29.3）当进行空压机203的单体级测试时，高压双电源系统作为高压直流输出设备，高压双电源设备9通过切换开关12、电源端高压滤波器16、第二高压人工网络17、第二阻抗匹配网络18与待测系统2的空压机203的高压电源输入端相连；所述低压电源10通过低压人工网络11与待测系统2的空压机203的低压电源输入端相连。
30.4）当进行燃料电池主控制器（fcu）204单体级测试时，所述低压电源10通过低压人工网络11与待测系统2的燃料电池主控制器（fcu）204的低压电源输入端相连；其中，切换开关12布置在半电波暗室1之外，负载端高压滤波器13和电源端高压滤波器16布置在半电波暗室1的墙壁或地板上；第一高压人工网络14和第二高压人工网络17均为一对，均放置在半电波暗室1之内，且位于参考接地平面22之上，且两对第一高压人工网络14和第二高压人工网络17的测试端口在非测试状态下分别连接有50ω的负载23，负载23位于参考接地平面22之上；第一高压人工网络14、与第一高压人工网络14连接的负载23以及第一阻抗匹配网络15共用一个屏蔽盒24；第二高压人工网络17、与第二高压人工网络17连接的负载23以及第二阻抗匹配
网络18共用另一个屏蔽盒24；通过氢气供给系统、尾气/废水处理系统、热管理系统和电源系统的相互配合，来满足电磁兼容测试的环境需求，同时通过控制监测系统控制待测系统2按规定工况运行，然后按照电磁兼容测试标准进行电磁兼容测试。
31.本实施例中，热管理系统即为冷却循环系统，待测系统2为待测车用燃料电池系统。
32.实施例2采用实施例1中的电磁兼容测试装置测试车用燃料电池系统的电磁兼容性的方法，本实施例2中的方法为系统级测试方法，具体包括六种工况：第一种工况的测试方法步骤为：s1、按实施例1中的测试系统进行布置，其中，高压双电源系统作为高压负载，然后，打开12v的低压电源10，调试模拟与监测设备19，确保待测系统2（即车用燃料电池系统）通信正常，打开尾气/废水处理系统，确保半电波暗室1内气体环境正常，打开氢气供给系统，确保氢气供给正常，打开热管理系统，确保待测系统2的温度正常；s2、打开高压双电源系统、通过控制模拟与监测设备19使待测系统2按照额定功率的100%运行；s3、按照电磁兼容测试标准进行测试，并记录测试数据结果，根据测试结果判断电磁兼容特性是否超限；s4、关闭待测系统2、氢气供给系统、高压双电源系统、热管理系统，待尾气处理完毕后关闭尾气/废水处理系统和12v的低压电源10；第二种工况的测试方法步骤为：s1、按实施例1中的测试系统进行布置，其中，高压双电源系统作为高压负载，然后，打开12v的低压电源10，调试模拟与监测设备19，确保待测系统2（即车用燃料电池系统）通信正常，打开尾气/废水处理系统，确保半电波暗室1内气体环境正常，打开氢气供给系统，确保氢气供给正常，打开热管理系统，确保待测系统2的温度正常；s2、打开高压双电源系统，通过控制模拟与监测设备19使待测系统2按照额定功率的75%运行；s3、按照电磁兼容测试标准进行测试，并记录测试数据结果，根据测试结果判断电磁兼容特性是否超限；s4、关闭待测系统2、氢气供给系统、高压双电源系统、热管理系统，待尾气处理完毕后关闭尾气/废水处理系统和12v的低压电源10；第三种工况的测试方法步骤为：s1、按实施例1中的测试系统进行布置，其中，高压双电源系统作为高压负载，然后，打开12v的低压电源10，调试模拟与监测设备19，确保待测系统2（即车用燃料电池系统）通信正常，打开尾气/废水处理系统，确保半电波暗室1内气体环境正常，打开氢气供给系统，确保氢气供给正常，打开热管理系统，确保待测系统2的温度正常；s2、打开高压双电源系统；通过控制模拟与监测设备19使待测系统2按照额定功率的50%运行；s3、按照电磁兼容测试标准进行测试，并记录测试数据结果，根据测试结果判断电
磁兼容特性是否超限；s4、关闭待测系统2、氢气供给系统、高压双电源系统、热管理系统，待尾气处理完毕后关闭尾气/废水处理系统和12v的低压电源10；第四种工况的测试方法步骤为：s1、按实施例1中的测试系统进行布置，其中，高压双电源系统作为高压负载，然后，打开12v的低压电源10，调试模拟与监测设备19，确保待测系统2（即车用燃料电池系统）通信正常，打开尾气/废水处理系统，确保半电波暗室1内气体环境正常，打开氢气供给系统，确保氢气供给正常，打开热管理系统，确保待测系统2的温度正常；s2、打开高压双电源系统，通过控制模拟与监测设备19使待测系统2按照额定功率的25%运行；s3、按照电磁兼容测试标准进行测试，并记录测试数据结果，根据测试结果判断电磁兼容特性是否超限；s4、关闭待测系统2、氢气供给系统、高压双电源系统、热管理系统，待尾气处理完毕后关闭尾气/废水处理系统和12v的低压电源10；第五种工况的测试方法步骤为：s1、按实施例1中的测试系统进行布置，然后，打开12v的低压电源10，调试模拟与监测设备19，确保待测系统2（即车用燃料电池系统）通信正常；s2、通过控制模拟与监测设备19使待测系统2仅低压上电运行，通信正常；s3、按照电磁兼容测试标准进行测试，并记录测试数据结果，根据测试结果判断电磁兼容特性是否超限；s4、关闭待测系统2和12v的低压电源10；第六种工况的测试方法步骤为：s1、按实施例1中的测试系统进行布置，通过控制模拟与监测设备19使待测系统2不上电，整个系统不工作；s2、按照电磁兼容测试标准进行测试，并记录测试数据结果；s3、打开12v的低压电源10，调试模拟与监测设备19，确保待测系统2（即车用燃料电池系统）通信正常，打开尾气/废水处理系统，确保半电波暗室1内气体环境正常，打开氢气供给系统，确保氢气供给正常，打开热管理系统，确保待测系统2的温度正常；s4、打开高压双电源设备9和控制模拟与监测设备19，验证待测系统2是否能正常运行；s5、关闭待测系统2、氢气供给系统、高压双电源系统、热管理系统，待尾气处理完毕后关闭尾气/废水处理系统和12v的低压电源10。
33.其中，第一种工况至第四种工况分别考察的是燃料电池系统正常上电工作时，在不同工况条件下的电磁兼容特性；第五种工况考察的是仅在低压正常工况下，燃料电池系统电磁抗扰特性；第六种工况考察的是未上电状态下，燃料电池系统静电放电时的电磁兼容特性。
34.实施例3采用实施例1中的燃料电池电磁兼容测试系统测试车用燃料电池系统的电磁兼容性的方法，本实施例3中的方法为单体级测试方法，在实施例2中的六种工况分别完成测试
后，若测试结果超限，则采用本实施例3中的单体级测试方法，具体包括三种工况；工况一为空压机203单体级测试，测试方法步骤为：s1、按实施例1中的测试系统进行布置，其中，高压双电源系统作为高压直流输出设备，打开12v的低压电源10，调试模拟与监测设备19，确保待测系统2中的空压机203通信正常，打开尾气/废水处理系统，确保半电波暗室1内气体环境正常，打开热管理系统，确保空压机203的温度正常；s2、打开高压双电源系统，通过控制模拟与监测设备19使空压机203正常工作；s3、按照电磁兼容测试标准进行测试，并记录测试数据结果，根据测试结果定位空压机电磁兼容特性是否超限；s4、关闭空压机203、高压双电源系统和热管理系统，待尾气处理完毕后关闭尾气/废水处理系统和12v的低压电源10；工况二为fcu 204单体级测试，测试方法步骤为：s1、按实施例1中的测试系统进行布置，打开12v的低压电源10，调试模拟与监测设备19，确保待测系统2中的fcu 204通信正常；s2、通过控制模拟与监测设备19仅使fcu 204正常工作；s3、按照电磁兼容测试标准进行测试，并记录测试数据结果，根据测试结果定位fcu电磁兼容特性是否超限；s4、关闭fcu 204和12v的低压电源10；工况三为dc/dc变换器202单体级测试，测试方法步骤为：s1、按实施例1中的测试系统进行布置，其中，高压双电源系统同时作为高压直流输出和高压负载，打开12v的低压电源10，调试模拟与监测设备19，确保待测系统2中的dc/dc变换器202通信正常，打开热管理系统，确保dc/dc变换器202的温度正常；s2、打开高压双电源系统、通过控制模拟与监测设备19使dc/dc变换器202正常工作；s3、按照电磁兼容测试标准进行测试，并记录测试数据结果，根据测试结果定位dc/dc变换器电磁兼容特性是否超限；s4、关闭dc/dc变换器202、高压双电源系统、热管理系统和12v的低压电源10。
35.综上所述，本发明的燃料电池系统的电磁兼容测试装置及测试方法，适合于对燃料电池系统进行电磁兼容测试，采用上述方案能够实现燃料电池整个系统级的工况测试，同时考虑到定位电磁兼容零部件干扰源，该系统还可进行单体级测试，不仅有效实现了对燃料电池系统全面工作条件下的电磁兼容特性考察，还缩短了测试时间。
36.以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。