CN110993994B - 一种基于物联网的燃料电池测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的燃料电池测试系统，包括：物联网服务器、系统控制采集终端、PLC和燃料电池内阻测试仪；物联网服务器，接收操作数据，并将信息传送给系统控制采集终端；接收反馈数据信息，实时在页面上刷新显示；系统控制采集终端，连接物联网服务器与PLC进行数据传输和命令解析；PLC，连接燃料电池内阻测试仪，完成数据的实时采集与逻辑控制；燃料电池内阻测试仪，负责提供燃料电池测试电堆的内阻控制与实际输出测量。本发明可远程联机多人操作，远程监视试验现场，高效快速整理相关试验数据和生成报表，远程主动推送故障、无人驻守处理故障异常情况，并可集成负载远程控制与采集负载的信息。

Description

一种基于物联网的燃料电池测试系统
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，更具体的说是涉及一种基于物联网的燃料电池测试系统。
背景技术
氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。燃料电池也是一种清洁发电能源，对环境无污染，噪声低，高效率。当前，我国对于燃料电池的研究和发展表现出了高度的重视与更多的支持，为了加速提升各项燃料电池测试的理论水平，提高燃料电池测试的准确性和稳定性与智能性是不可或缺的因素。
但目前的燃料电池测试系统中均为单机系统测试，测试时只能单机进行操作，且测试需要经过长时间的测试和数据整理，负载设备的控制与数据采集均为负载设备厂家单独开发，无法提供有效接口采集和控制。
因此，如何提供一种基于物联网的燃料电池测试系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于物联网的燃料电池测试系统，可远程联机多人操作，远程监视试验现场，高效快速整理相关试验数据和生成报表，远程主动推送故障、无人驻守处理故障异常情况，并可集成负载远程控制与采集负载的信息。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于物联网的燃料电池测试系统，包括：物联网服务器、系统控制采集终端、PLC和燃料电池内阻测试仪；其中，
物联网服务器，接收操作数据，并将信息传送给所述系统控制采集终端；接收反馈数据信息，实时在页面上刷新显示；
系统控制采集终端，连接所述物联网服务器与所述PLC进行数据传输和命令解析；
PLC，连接所述燃料电池内阻测试仪，完成数据的实时采集与逻辑控制；
燃料电池内阻测试仪，负责提供燃料电池测试电堆的内阻控制与实际输出测量。
优选的，还包括控制系统，所述控制系统与所述PLC相连，用于调节燃料电池测试电堆的测试环境。
优选的，所述控制系统包括氢气供应系统、氢气加湿系统和氢气循环系统，所述氢气供应系统、所述氢气加湿系统和所述氢气循环系统均与所述PLC相连；氢气供应系统用于燃料电池测试电堆中的氢气供应量的控制，氢气加湿系统用于氢气进气加湿百分比的控制，氢气循环系统用于燃料电池测试电堆循环完多余氢气的回收再利用。
优选的，所述控制系统还包括空气供应系统和空气加湿系统，所述空气供应系统和所述空气加湿系统均与所述PLC相连；空气供应系统用于燃料电池测试电堆中的空气供应量的控制，空气加湿系统用于空气进气加湿百分比的控制。
优选的，所述控制系统还包括氮气吹扫系统，所述氮气吹扫系统与所述PLC相连，用于完成管路中的测试完成后的吹扫任务。
优选的，所述控制系统还包括水冷却系统，所述水冷却系统与所述PLC相连，用于进行燃料电池测试电堆的恒温控制。
优选的，系统控制采集终端通过网络协议连接PLC，且通过USB标准协议连接燃料电池内阻测试仪，按照服务器页面设定的采集周期对控制系统中的数据以及燃料电池内阻测试仪的内阻值进行采集，将采集后的数据进行整合分析，并上传所有采集数据，物联网服务器实时显示至实时页面。
优选的，测试过程中所述物联网服务器记录所述控制系统和所述燃料电池内阻测试仪的数据，并实时生成测试数据波形、IV曲线、内阻曲线。
优选的，测试过程中所述物联网服务器实时传送所述控制系统和所述燃料电池内阻测试仪的报警信息。
优选的，所述PLC中嵌入有自动处理异常机制，防止在操作的过程中出现异常突发情况。
本发明的有益效果在于：
本发明可远程联机多人操作，远程监视试验现场，高效快速整理相关试验数据和生成报表，远程主动推送故障、无人驻守处理故障异常情况，并可集成负载远程控制与采集负载的信息。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明的结构示意图。
图2附图为本发明的控制原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅附图1，本发明提供了一种基于物联网的燃料电池测试系统，包括：物联网服务器、系统控制采集终端、PLC和燃料电池内阻测试仪；其中，
物联网服务器，主要负责用户操作后将信息传送给系统控制采集终端；接收反馈数据信息，实时在页面上刷新显示；
系统控制采集终端，连接物联网服务器与PLC进行数据传输和命令解析；
PLC，连接燃料电池内阻测试仪，完成数据的实时采集与逻辑控制；
燃料电池内阻测试仪，负责提供燃料电池测试电堆的内阻控制与实际输出测量。
本发明还包括控制系统，控制系统与PLC相连，用于调节燃料电池测试电堆的测试环境。首先通过PLC连接控制系统和燃料电池内阻测试仪，然后系统控制采集终端通过局域网连接PLC，物联网服务器通过网络连接系统控制采集终端，达到形成完整的数据传输控制线路。
控制系统包括氢气供应系统、氢气加湿系统和氢气循环系统，氢气供应系统、氢气加湿系统和氢气循环系统均与PLC相连；氢气供应系统用于燃料电池测试电堆中的氢气供应量的控制，氢气加湿系统用于氢气进气加湿百分比的控制，氢气循环系统用于燃料电池测试电堆循环完多余氢气的回收再利用。
控制系统还包括空气供应系统和空气加湿系统，空气供应系统和空气加湿系统均与PLC相连；空气供应系统用于燃料电池测试电堆中的空气供应量的控制，空气加湿系统用于空气进气加湿百分比的控制。
控制系统还包括氮气吹扫系统，氮气吹扫系统与PLC相连，用于完成管路中的测试完成后的吹扫任务。
控制系统还包括水冷却系统，水冷却系统与PLC相连，用于进行燃料电池测试电堆的恒温控制。
氢气供应系统、氢气加湿系统、氢气循环系统、空气供应系统和空气加湿系统内均设置有气体压力传感器，监测进气与出气与循环管路中的各段气体实际压力值；氢气加湿系统和空气加湿系统内均设置有气体温湿度传感器，监测氢气与空气进气管路中的气体温度与湿度；水冷却系统内设置有水循环温度传感器，监测燃料电池测试电堆中的水温；氢气加湿系统内设置有氢气浓度传感器，监测燃料电池测试电堆氢气出气管路中的氢气浓度；空气供应系统内设置有空气质量传感器，监测空气进气的品质，可检测空气压缩机中的滤网是否需要更换，保证空气进气的洁净度。
本发明控制系统中还设置有控制组件：电磁开关阀，控制管路中的气体流通开关；气体流量质量控制器，控制进气系统中的加湿气体与干燥气体进气量；电磁调压阀，使用PID控制电堆中的实际压力，保证燃料电池测试电堆的稳压环境；氢气循环泵，控制氢气的循环利用。
本发明PLC连接各个传感器及控制组件达到传感器数据的回读及控制信号发送，通过网络将物联网服务器连接系统控制采集终端、系统控制采集终端连接PLC将现场实施测试数据与控制信息准确的来回传递，可进行数据的直接抓取与控制，从而保证了时效性和稳定性。
系统控制采集终端通过网络协议连接PLC，且通过USB标准协议连接燃料电池内阻测试仪，按照服务器页面设定的采集周期对控制系统中的数据以及燃料电池内阻测试仪的内阻值进行采集，将采集后的数据进行整合分析，并上传所有采集数据，物联网服务器实时显示至实时页面。
测试过程中物联网服务器记录控制系统和燃料电池内阻测试仪的数据，并实时生成测试数据波形、IV曲线、内阻曲线。
测试过程中物联网服务器实时传送控制系统和燃料电池内阻测试仪的报警信息，保证测试的稳定和安全性。PLC中嵌入有自动处理异常机制，防止在操作的过程中出现异常突发情况。当物联网服务器监控到异常报警(例如：氢气浓度报警器回传报警信号)响应自动处理异常机制，关闭氢气空气进气气路，打开氮气吹扫气路，保证测试的安全性。
参见附图2，本发明可多人同时操作一个燃料电池测试系统实验，实现了多地多人协同实验；物联网服务器可同时连接个多系统控制采集终端，满足多测试系统多地多人协同实验；可实现脱离实验室远程操作监控燃料电池测试系统，解决了人员操作位置的固定性问题。
本发明可远程联机多人操作，远程监视试验现场，高效快速整理相关试验数据和生成报表，远程主动推送故障、无人驻守处理故障异常情况，并可集成负载远程控制与采集负载的信息。本发明能够实现远程联机多人操作，远程监视，无人驻守故障处理，数据自动整理生成记录档案；可联合燃料电池内阻测试仪同时操作等效果。
本发明的工作原理为：
(1)当所有设备(PLC、系统控制采集终端、燃料电池内阻设备)开机后，由系统控制采集终端自动侦测设备连接设备；
(2)将所有连接的设备信息(设备类型、设备名称、设备编号等)定期发送给物联网服务器；
(3)人员进行试验测试时：打开指定的物联网网址，输入指定账号信息进行开始试验；
(4)当开启试验页面时，物联网服务器端发送指定命令至系统控制采集终端，系统控制采集终端开始定时上传PLC中的各个传感器及控制组件的信息至物联网服务器中，并在页面中实时刷新显示各传感器及控制组件的状态及数据；
(5)在试验页面配置及设定各传感器、控制组件及燃料电池内阻设备，由页面将实时操作数据发送至物联网服务器端，并由物联网服务器将信息发送至系统控制采集终端，系统控制采集终端解析相关控制命解析出指定设备及命令，将命令准确发送至设备及各传感器和控制组件中，实时回读设备的状态，将状态信息返回物联网服务器，并在网页端实时更新显示；
(6)本发明中嵌套了燃料电池测试系统中的测试流程及自动处理异常机制,防止在操作的过程中出现异常突发情况；
其中，燃料电池系统中的测试流程包括：
①氢气进气电磁开关阀打开的条件：氢气进气电磁开关阀状态为开启状态，氢气循环系统电磁开关阀为开启状态或氢气排气电磁开关阀为开启状态。
②空气进气电磁开关阀打开的条件：空气进气电磁开关阀状态为开启状态，空气排气电磁开关阀为开启状态。
③氮气氢气气路电磁开关阀开启后自动关闭氢气进气电磁开关阀，关闭氢气循环泵电磁开关阀，同时打开氢气循环泵排气电磁开关阀。
氮气空气气路电磁开关阀开启后自动关闭空气进气电磁开关阀。
异常处理机制流程包括：
1)当氢气浓度报警器报警时自动关闭氢气及空气进气电磁开关阀，同时打开氢气气路与空气气路中的氮气吹扫电磁开关阀；
2)当出现氢气电堆异常需要手动关闭时，按下机柜上的应急开关阀，系统自动关闭氢气及空气进气电磁开关阀，同时打开氢气气路与空气气路中的氮气吹扫电磁开关阀。
(7)测试过程中记录各传感器及控制组件、燃料电池内阻测试仪的数据并实时生成测试数据波形、IV曲线、内阻曲线；
(8)测试完成后生成完整数据的测试报告；
(9)测试过程中实时推送各传感器及控制组件、燃料电池内阻测试仪的报警信息，保证测试的稳定和安全性。
(10)数据处理方式如下：
①由系统控制采集终端通过网络协议连接PLC及通过USB标准协议连接燃料电池内阻测试仪，按照操作人员在服务器页面设定的采集周期对PLC中的各传感器及控制组件、燃料电池内阻测试仪的内阻值进行采集。
②将采集后的数据进行整合分析，按照指定的协议(物联网服务器自定义数据传输协议)上传所有采集数据，物联网服务器实时显示至实时页面。
③当人员操作页面点击设定各设备的设定值时，物联网服务器将设定数据通过指定的协议(物联网服务器自定义数据传输协议)发送至系统控制采集终端，由系统控制采集终端解析并发送至指定设备，当收到设备的反馈信号时将设定成功的命令返回值物联网服务器。
④当所有设定都满足实验条件后，点击开始试验，物联网服务器将设定数据通过指定的协议(物联网服务器自定义数据传输协议)将命令发送至系统控制采集终端，系统控制采集终端发送命令至PLC和燃料电池内阻测试仪中，并将数据本地记录同时发送给物联网服务器，物联网服务器将数据解析后生成测试波形与IV曲线。
⑤当实验结束后，系统控制采集终端将所有测试数据整理成数据库文件后统一发送文件至物联网服务器，保证数据的完整性和方便操作性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于物联网的燃料电池测试系统，其特征在于，包括：物联网服务器、系统控制采集终端、PLC和燃料电池内阻测试仪；其中，
物联网服务器，接收操作数据，并将信息传送给所述系统控制采集终端；接收反馈数据信息，实时在页面上刷新显示；
系统控制采集终端，连接所述物联网服务器与所述PLC进行数据传输和命令解析；
PLC，连接所述燃料电池内阻测试仪，完成数据的实时采集与逻辑控制；所述PLC中嵌入有自动处理异常机制，防止在操作的过程中出现异常突发情况；
异常处理机制流程包括：
1)当氢气浓度报警器报警时自动关闭氢气及空气进气电磁开关阀，同时打开氢气气路与空气气路中的氮气吹扫电磁开关阀；
2)当出现氢气电堆异常需要手动关闭时，按下机柜上的应急开关阀，系统自动关闭氢气及空气进气电磁开关阀，同时打开氢气气路与空气气路中的氮气吹扫电磁开关阀；
燃料电池内阻测试仪，负责提供燃料电池测试电堆的内阻控制与实际输出测量；
还包括控制系统，所述控制系统与所述PLC相连，用于调节燃料电池测试电堆的测试环境；控制系统中还设置有控制组件：电磁开关阀，控制管路中的气体流通开关；气体流量质量控制器，控制进气系统中的加湿气体与干燥气体进气量；电磁调压阀，使用PID控制电堆中的实际压力，保证燃料电池测试电堆的稳压环境；氢气循环泵，控制氢气的循环利用；
燃料电池系统中的测试流程包括：
①氢气进气电磁开关阀打开的条件：氢气进气电磁开关阀状态为开启状态，氢气循环系统电磁开关阀为开启状态或氢气排气电磁开关阀为开启状态；
②空气进气电磁开关阀打开的条件：空气进气电磁开关阀状态为开启状态，空气排气电磁开关阀为开启状态；
③氮气氢气气路电磁开关阀开启后自动关闭氢气进气电磁开关阀，关闭氢气循环泵电磁开关阀，同时打开氢气循环泵排气电磁开关阀。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的燃料电池测试系统，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统与所述PLC相连，用于调节燃料电池测试电堆的测试环境。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的燃料电池测试系统，其特征在于，所述控制系统包括氢气供应系统、氢气加湿系统和氢气循环系统，所述氢气供应系统、所述氢气加湿系统和所述氢气循环系统均与所述PLC相连；氢气供应系统用于燃料电池测试电堆中的氢气供应量的控制，氢气加湿系统用于氢气进气加湿百分比的控制，氢气循环系统用于燃料电池测试电堆循环完多余氢气的回收再利用。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的燃料电池测试系统，其特征在于，所述控制系统还包括空气供应系统和空气加湿系统，所述空气供应系统和所述空气加湿系统均与所述PLC相连；空气供应系统用于燃料电池测试电堆中的空气供应量的控制，空气加湿系统用于空气进气加湿百分比的控制。
5.根据权利要求4所述的一种基于物联网的燃料电池测试系统，其特征在于，所述控制系统还包括氮气吹扫系统，所述氮气吹扫系统与所述PLC相连，用于完成管路中的测试完成后的吹扫任务。
6.根据权利要求5所述的一种基于物联网的燃料电池测试系统，其特征在于，所述控制系统还包括水冷却系统，所述水冷却系统与所述PLC相连，用于进行燃料电池测试电堆的恒温控制。
7.根据权利要求2或6所述的一种基于物联网的燃料电池测试系统，其特征在于，系统控制采集终端通过网络协议连接PLC，且通过USB标准协议连接燃料电池内阻测试仪，按照服务器页面设定的采集周期对控制系统中的数据以及燃料电池内阻测试仪的内阻值进行采集，将采集后的数据进行整合分析，并上传所有采集数据，物联网服务器实时显示至实时页面。
8.根据权利要求2或6所述的一种基于物联网的燃料电池测试系统，其特征在于，测试过程中所述物联网服务器记录所述控制系统和所述燃料电池内阻测试仪的数据，并实时生成测试数据波形、IV曲线、内阻曲线。
9.根据权利要求8所述的一种基于物联网的燃料电池测试系统，其特征在于，测试过程中所述物联网服务器实时传送所述控制系统和所述燃料电池内阻测试仪的报警信息。
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