專利名稱：基于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的燃料電池電壓掃描系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)，尤其涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的燃料電池電壓掃描系統(tǒng)。
技術(shù)背景燃料電池是一種將持續(xù)供給的燃料和氧化劑中的化學(xué)能連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)化成電能的電化學(xué)裝置，由陰 極、陽(yáng)極、電解質(zhì)這兒個(gè)基本單元構(gòu)成，其工作原理是燃料氣(氫氣、甲烷等)在陽(yáng)極催化劑的作用下 發(fā)生氧化反應(yīng)，生成陽(yáng)離子并給出自由電子；氧化物(通常為氧氣〉在陰極催化劑的作用下發(fā)生還原反應(yīng)， 得到電子并產(chǎn)生陰離子陽(yáng)極產(chǎn)生的陽(yáng)離子或者陰極產(chǎn)生的陰離子通過(guò)質(zhì)子導(dǎo)電而電子絕緣的電解質(zhì)運(yùn)動(dòng) 到相對(duì)應(yīng)的另外一個(gè)電極上，生成反應(yīng)產(chǎn)物并隨未反應(yīng)完全的反應(yīng)物一起排到電池外，與此同時(shí)，電子通 過(guò)外電路由陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)到陰極，使整個(gè)反應(yīng)過(guò)程達(dá)到物質(zhì)的平衡和電荷的平衡，外部用電器就獲得了燃料電 池所提供的電能。燃料電池電堆一般由若干個(gè)單電池串聯(lián)或并聯(lián)而成，對(duì)燃料電池工作電壓，特別是所有單電池工作電 壓的監(jiān)控與安全報(bào)警自動(dòng)控制尤為重要。因?yàn)檎麄€(gè)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的任何不正常情況，如過(guò)電流，超出 正常工作溫度等都會(huì)表現(xiàn)出一些單電池工作電壓處于異常狀態(tài)。特別是當(dāng)出現(xiàn)電極擊穿時(shí)，該電極所在的 單電池輸出電壓會(huì)達(dá)到異常數(shù)值，如接近于零，甚至出現(xiàn)負(fù)值，而其他正常的單電池工作輸出電壓一般在0. 5、1,2V之間。所以，對(duì)每個(gè)單電池或由數(shù)個(gè)單電池組成的電堆進(jìn)行電壓監(jiān)控與檢測(cè)，對(duì)保障燃料電池安 全運(yùn)行與對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試研究都非常重要。目前比較通用的燃料電池電壓監(jiān)控都是采用一塊具有差分放大功能的電路板與測(cè)量線相連，再由信號(hào) 處理單元對(duì)輸出電壓進(jìn)行判斷.然而這種監(jiān)控與測(cè)量技術(shù)存在一些不足之處1、 當(dāng)燃料電池單電池組成數(shù)目較多時(shí)，第一根測(cè)量線與最后一根測(cè)量線之間的電壓差非常大，對(duì)信號(hào)處 理及數(shù)字轉(zhuǎn)換的電路板耐壓要求非常高，增加了電路板設(shè)計(jì)與制作的困難。2、 這種技術(shù)由許多塊電路板組成，體積龐大，接線復(fù)雜，增加了燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的復(fù)雜性。 發(fā)明內(nèi)容一種基于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的燃料電池電壓掃描系統(tǒng)主耍包括信號(hào)采集模塊、控制單元、遠(yuǎn)程瀏覽單元。所述信號(hào)采集模塊，能夠同步采集多片電池電壓。燃料電池單片電壓的范圍在0~1.27之間，為了能 同步快速采集單片電壓，本掃描系統(tǒng)采用1Hz采樣頻率，輸入范圍是0^1V，誤差在0.1%以內(nèi)，具有現(xiàn) 場(chǎng)總線或網(wǎng)絡(luò)接口的信號(hào)采集模塊，系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線或網(wǎng)絡(luò)通訊，在上位機(jī)插入了一塊相應(yīng)的適配卡。所述控制單元，由以下兒部分組成電池電壓實(shí)時(shí)數(shù)字顯示、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曲線、歷史曲線、電池電壓柱 狀圖、報(bào)整、實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置與査詢等。所述遠(yuǎn)程瀏覽單元能遠(yuǎn)程進(jìn)行燃料電池電壓掃描實(shí)驗(yàn)，瀏覽相關(guān)信息及打印。采用Websever將上位 機(jī)的監(jiān)控軟件組建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，能夠讓用戶遠(yuǎn)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，瀏覽電堆單片電壓及其相應(yīng)的動(dòng)態(tài)曲線， 上位機(jī)監(jiān)控軟件能實(shí)時(shí)記錄單片電壓曲線，用不同的顏色顯示單片電壓的報(bào)警狀態(tài)，并且能査詢到單片電 壓工作狀態(tài)好或不好時(shí)的電壓曲線對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，為實(shí)驗(yàn)參數(shù)的優(yōu)化提供了依據(jù)。


圖1為電堆CELL電壓掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖2為監(jiān)控軟件流程圖具體實(shí)施方式
電堆的串連結(jié)構(gòu)使各單片電池的正負(fù)極相連，因此對(duì)電堆每片電壓的監(jiān)測(cè)即是對(duì)串連中每個(gè)電池的電 壓的測(cè)量。對(duì)于每片單電池的電壓測(cè)量，實(shí)際上測(cè)量電路是一個(gè)模擬量電壓通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換變成一個(gè)相對(duì)應(yīng)的數(shù)字 量，即能在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行顯示、記錄、儲(chǔ)存，為了解決耐壓?jiǎn)栴}，將每8路作為一個(gè)基本模塊電路，只承受8V耐壓。此模塊供電系統(tǒng)獨(dú)立，采用 DC/DC的方法，耐壓可達(dá)1000V,每個(gè)模塊電路中都有一個(gè)獨(dú)立的CPU。每一個(gè)模塊數(shù)字量的通訊采用光隔電路，保證數(shù)據(jù)通訊屯路耐壓達(dá)到1000V。本電壓掃描系統(tǒng)主要就是用于對(duì)燃料電池電堆產(chǎn)生電壓的監(jiān)測(cè)，包括對(duì)電堆每個(gè)CELL電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè) 并用數(shù)值、圖表、曲線等方式表現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)具備數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)査詢、報(bào)警設(shè)置、系統(tǒng)報(bào)警及報(bào)警査詢、 報(bào)表打印等功能*通過(guò)本系統(tǒng)收集詳細(xì)的燃料電池電堆運(yùn)行條件和參數(shù)，結(jié)合整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)及其硬件設(shè)備， 對(duì)燃料電池電堆運(yùn)行條件進(jìn)行優(yōu)化，從而得到最佳的質(zhì)子交換膜燃料電池的運(yùn)行特性。根據(jù)燃料電池電堆CELL電壓的特點(diǎn)，為了確保測(cè)試電壓的可靠性和精確度，將電堆中各片CELL電 壓與模擬量輸入模塊相連接進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；經(jīng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量通過(guò)輸入模塊所帶有的RS485通訊接口經(jīng) 4肪總線和上位機(jī)的4肪通訊卡送入PC機(jī)；上位機(jī)選用組態(tài)王(Kingview)軟件對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)和 監(jiān)測(cè)。燃料電池CVM電壓掃描系統(tǒng)為用戶提供了一個(gè)重要的電壓測(cè)試手段，可以作為燃料電池電堆生產(chǎn)的 —項(xiàng)重要的質(zhì)量測(cè)試儀器。用戶還可以通過(guò)本系統(tǒng)內(nèi)的各種數(shù)據(jù)表達(dá)和分析功能，對(duì)采集到的屯壓數(shù)據(jù)進(jìn) 行比較和分析，以便確定更合理、高效的電堆設(shè)計(jì)和運(yùn)行條件。本系統(tǒng)充分考慮了工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況， 切合實(shí)際地開(kāi)發(fā)了各種不同的數(shù)據(jù)分析功能，通過(guò)這些功能，用戶可以一目了然的觀察到實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀況， 對(duì)電堆的運(yùn)行狀況有更深入的了解。人性化的界面設(shè)計(jì)使用戶操作起來(lái)更容易、直觀。為了防止未經(jīng)授權(quán)的人員非法進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行操作，燃料電池CVM電壓掃描系統(tǒng)專門(mén)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)操作 員登陸窗口，操作員只有在輸入了正確的用戶名及密碼后才能進(jìn)入系統(tǒng)。同時(shí)本系統(tǒng)還記錄保存了各種操 作員登陸系統(tǒng)的時(shí)間，退出系統(tǒng)的時(shí)間，以及在這段時(shí)間內(nèi)所做的操作，提髙了系統(tǒng)的安全性，使得燃料 電池運(yùn)行安全、數(shù)據(jù)的安全性和可靠性得到了進(jìn)一步的保障。權(quán)利要求
1、一種燃料電池電壓掃描系統(tǒng)，將每8路作為一個(gè)基本模塊電路。
2、 權(quán)利要求1所述的模塊供電系統(tǒng)獨(dú)立，采用DC/DC的方法，耐壓可達(dá)1000V,每個(gè)模塊電路中 都有一個(gè)獨(dú)立的CPU。
3、 權(quán)利要求1所述的模塊，每一個(gè)模塊數(shù)字量的通訊采用光隔電路，保證數(shù)據(jù)通訊電路耐壓達(dá)到 1000V。
全文摘要
燃料電池電堆電壓由若干片電池電壓相互串聯(lián)疊加而成，每片電池電壓在0～1.2V之間。本掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)為1Hz采樣頻率，輸入范圍是0～1V，誤差范圍在0.1％以內(nèi)，可同步采集多通道電池電壓且具有總線或網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)采集模塊，通過(guò)DC/DC的方法，解決了電堆電壓大于電壓采集電路耐壓的問(wèn)題。整個(gè)系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，遠(yuǎn)程用戶能夠進(jìn)行燃料電池掃描試驗(yàn)，并可實(shí)時(shí)瀏覽相關(guān)信息。此外，本掃描系統(tǒng)還具有實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置、保存及查詢功能，為燃料電池系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化提供了依據(jù)。
文檔編號(hào)G01R31/36GK101165507SQ20061011720
公開(kāi)日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2006年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月17日
發(fā)明者徐亞強(qiáng), 萍 李 申請(qǐng)人:上海博能同科燃料電池系統(tǒng)有限公司