CN101165507A - 基于网络监控的燃料电池电压扫描系统 - Google Patents

Abstract

燃料电池电堆电压由若干片电池电压相互串联叠加而成，每片电池电压在0～1.2V之间。本扫描系统设计为1Hz采样频率，输入范围是0～1V，误差范围在0.1％以内，可同步采集多通道电池电压且具有总线或网络接口的数据采集模块，通过DC/DC的方法，解决了电堆电压大于电压采集电路耐压的问题。整个系统基于网络构建，远程用户能够进行燃料电池扫描试验，并可实时浏览相关信息。此外，本扫描系统还具有实验参数设置、保存及查询功能，为燃料电池系统参数的优化提供了依据。

Description

基于网络监控的燃料电池电压扫描系统

技术领域

本发明涉及燃料电池技术，尤其涉及一种基于网络监控的燃料电池电压扫描系统。

背景技术

燃料电池是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断地转化成电能的电化学装置，由阴极、阳极、电解质这儿个基本单元构成，其工作原理是：燃料气(氢气、甲烷等)在阳极催化剂的作用下发生氧化反应，生成阳离子并给出自由电子；氧化物(通常为氧气)在阴极催化剂的作用下发生还原反应，得到电子并产生阴离子；阳极产生的阳离子或者阴极产生的阴离子通过质子导电而电子绝缘的电解质运动到相对应的另外一个电极上，生成反应产物并随未反应完全的反应物一起排到电池外，与此同时，电子通过外电路由阳极运动到阴极，使整个反应过程达到物质的平衡和电荷的平衡，外部用电器就获得了燃料电池所提供的电能。

燃料电池电堆一般由若干个单电池串联或并联而成，对燃料电池工作电压，特别是所有单电池工作电压的监控与安全报警自动控制尤为重要。因为整个燃料电池发电系统的任何不正常情况，如过电流，超出正常工作温度等都会表现出一些单电池工作电压处于异常状态。特别是当出现电极击穿时，该电极所在的单电池输出电压会达到异常数值，如接近于零，甚至出现负值，而其他正常的单电池工作输出电压一般在0.5～1.2V之间。所以，对每个单电池或由数个单电池组成的电堆进行电压监控与检测，对保障燃料电池安全运行与对其性能进行测试研究都非常重要。

目前比较通用的燃料电池电压监控都是采用一块具有差分放大功能的电路板与测量线相连，再由信号处理单元对输出电压进行判断。然而这种监控与测量技术存在一些不足之处：

1、当燃料电池单电池组成数目较多时，第一根测量线与最后一根测量线之间的电压差非常大，对信号处理及数字转换的电路板耐压要求非常高，增加了电路板设计与制作的困难。

2、这种技术由许多块电路板组成，体积庞大，接线复杂，增加了燃料电池发电系统的复杂性。

发明内容

一种基于网络监控的燃料电池电压扫描系统主要包括：信号采集模块、控制单元、远程浏览单元。

所述信号采集模块，能够同步采集多片电池电压。燃料电池单片电压的范围在0～1.2V之间，为了能同步快速采集单片电压，本扫描系统采用1Hz采样频率，输入范围是0～1V，误差在0.1％以内，具有现场总线或网络接口的信号采集模块，系统采用现场总线或网络通讯，在上位机插入了一块相应的适配卡。

所述控制单元，由以下儿部分组成：电池电压实时数字显示、实时动态曲线、历史曲线、电池电压柱状图、报警、实验参数设置与查询等。

所述远程浏览单元能远程进行燃料电池电压扫描实验，浏览相关信息及打印。采用Websever将上位机的监控软件组建一个网络服务器，能够让用户远程进行实验，浏览电堆单片电压及其相应的动态曲线，上位机监控软件能实时记录单片电压曲线，用不同的颜色显示单片电压的报警状态，并且能查询到单片电压工作状态好或不好时的电压曲线对应的实验参数，为实验参数的优化提供了依据。

附图说明

图1为电堆CELL电压扫描系统结构图

图2为监控软件流程图

具体实施方式

电堆的串连结构使各单片电池的正负极相连，因此对电堆每片电压的监测即是对串连中每个电池的电压的测量。

对于每片单电池的电压测量，实际上测量电路是一个模拟量电压通过A/D转换变成一个相对应的数字量，即能在计算机上进行显示、记录、储存。

为了解决耐压问题，将每8路作为一个基本模块电路，只承受8V耐压。此模块供电系统独立，采用DC/DC的方法，耐压可达1000V，每个模块电路中都有一个独立的CPU。

每一个模块数字量的通讯采用光隔电路，保证数据通讯电路耐压达到1000V。

本电压扫描系统主要就是用于对燃料电池电堆产生电压的监测，包括对电堆每个CELL电压进行监测并用数值、图表、曲线等方式表现出来，同时具备数据记录、数据查询、报警设置、系统报警及报警查询、报表打印等功能。通过本系统收集详细的燃料电池电堆运行条件和参数，结合整个测试系统及其硬件设备，对燃料电池电堆运行条件进行优化，从而得到最佳的质子交换膜燃料电池的运行特性。

根据燃料电池电堆CELL电压的特点，为了确保测试电压的可靠性和精确度，将电堆中各片CELL电压与模拟量输入模块相连接进行模数转换；经转换后的数字量通过输入模块所带有的RS485通讯接口经485总线和上位机的485通讯卡送入PC机；上位机选用组态王(Kingview)软件对整个系统进行组态和监测。

燃料电池CVM电压扫描系统为用户提供了一个重要的电压测试手段，可以作为燃料电池电堆生产的一项重要的质量测试仪器。用户还可以通过本系统内的各种数据表达和分析功能，对采集到的电压数据进行比较和分析，以便确定更合理、高效的电堆设计和运行条件。本系统充分考虑了工业生产的实际情况，切合实际地开发了各种不同的数据分析功能，通过这些功能，用户可以一目了然的观察到实时的运行状况，对电堆的运行状况有更深入的了解。人性化的界面设计使用户操作起来更容易、直观。

为了防止未经授权的人员非法进入系统进行操作，燃料电池CVM电压扫描系统专门设计了系统操作员登陆窗口，操作员只有在输入了正确的用户名及密码后才能进入系统。同时本系统还记录保存了各种操作员登陆系统的时间，退出系统的时间，以及在这段时间内所做的操作，提高了系统的安全性，使得燃料电池运行安全、数据的安全性和可靠性得到了进一步的保障。

Claims (3)

1.一种燃料电池电压扫描系统，将每8路作为一个基本模块电路。

2.权利要求1所述的模块供电系统独立，采用DC/DC的方法，耐压可达1000V，每个模块电路中都有一个独立的CPU。

3.权利要求1所述的模块，每一个模块数字量的通讯采用光隔电路，保证数据通讯电路耐压达到1000V。

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