CN2893816Y - 采用双can总线冗余通信的燃料电池测量控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及采用双CAN总线冗余通信的燃料电池测量控制装置，该装置包括信号测量模块、电压监测模块、系统控制模块、若干CAN收发器、上位机和CAN总线，其特征在于，所述的CAN总线为两路，所述的电压监测模块、信号测量模块、系统控制模块分别与两路独立的CAN收发器连接，所述的上位机包括CPU、两路CAN收发器、光电隔离芯片和CAN接口卡。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池，尤其涉及采用双CAN总线冗余通信的燃料电池测量控制装置。
背景技术
电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。
在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。
在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。
在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达：
阳极反应：H2→2H++2e
阴极反应：1/2O2+2H++2e→H2O
在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导流极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导流极板可以上金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流极板上的流体孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这些导流板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。
为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。
一个典型电池组通常包括：(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。
质子交换膜燃料电池既可以用作车、船等运载工具的动力系统，又可用作移动式或固定式发电站。
质子交换膜燃料电池一般由若干个单电池组成，将这些单电池以串联或并联的方式连接起来构成质子交换膜燃料电池堆，将质子交换膜燃料电池堆与其他运行支持系统组合起来构成整个质子交换膜燃料电池发电系统。
由于每个质子交换膜燃料电池堆模块一般由若干个单电池串联或并联而成，因此对燃料电池工作电压，特别是所有单电池工作电压监控与安全报警自动控制尤为重要。前CAN总线已经在燃料电池测量控制系统中得到了较好的应用。CAN是一种多主总线，属于现场总线的范畴，网路的拓扑结构为总线型，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤。CAN协议是建立在国际标准组织的开放系统互连模型(OSI)基础上的，被广泛应用在离散控制领域。CAN总线具有通信速率高、响应时间快、可靠性高、连接方便和性能价格比高等特点。当在可靠性要求极高的燃料电池测量控制系统中，单CAN总线在可靠性方面还存在一定的不足。
参阅图1。如图1所示，在传统控制方式中，采用的是单CAN总线通信系统结构。1为上位机，2为CAN收发器，3为CAN总线，4为信号测量模块、5为电压监测模块，7为系统控制模块。信号测量模块采集得到的测量信号、燃料电池电压监测信号及系统控制信号等都通过单CAN总线发送给上位控制PC机。上述做法存在以下不足：
1.由于只有一条通信线路，当通信介质断开或接头连接不牢靠时，通信就会中断。
2.每一块板卡上只有一路CAN控制器和收发器，当其发生故障时，这块板卡的通信将中断。
以上两种情况在实际应用中会经常碰到，当通信发生故障时，燃料电池发动机或燃料电池发电系统将被迫停止工作，给用户带来了不便。
发明内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供采用双CAN总线冗余通信的燃料电池测量控制装置。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：采用双CAN总线冗余通信的燃料电池测量控制装置，包括信号测量模块、电压监测模块、系统控制模块、若干CAN收发器、上位机和CAN总线，其特征在于，所述的CAN总线为两路，所述的电压监测模块、信号测量模块、系统控制模块分别与两路独立的CAN收发器连接，所述的上位机包括CPU、两路CAN收发器、光电隔离芯片和CAN接口卡。
所述的电压监测模块、信号测量模块、系统控制模块中所包括的两路CAN收发器CAN1和CAN2分别与两路独立的CAN总线CAN1 BUS和CAN2 BUS连接通信，接收和发送相同的数据。
所述的两路CAN总线中一路为主通信线路，一路为热后备线路。
所述的两路CAN总线可采用带屏蔽的双绞线。以提高通信的抗干扰能力。
所述的上位机CPU内带有CAN控制器，与CAN收发器和光电隔离芯片连接构成CAN通信接口。
所述的上位机采用智能CAN接口卡，该CAN接口卡连接两路CAN总线。
本实用新型由于采用了以上技术方案，克服了原有技术中的缺陷。与现有技术相比，本实用新型具有通信可靠性高的优点。
附图说明
图1为现有燃料电池单CAN总线通信系统结构示意图；
图2为本实用新型燃料电池双CAN总线通信系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步说明。
图2中包括上位机1、CAN1收发器2、CAN2收发器2’、CAN1 BUS3、CAN2 BUS3’、信号测量模块4、电压监测模块5、系统控制模块7、和CAN接口卡8。
实施例1
结合具体的元器件型号对本实用新型方法作进一步的叙述。
结合图2，信号测量模块4、电压监测模块5的功能是监视1～200kw燃料电池各个单电池的工作电压情况，每隔200ms通过CAN13将测量的各个的电极电压信号发送给控制器，同时也向CAN2 3’发送相同的数据。
信号测量模块4的功能是测量燃料电池输出电流、冷却水温度等数据，每隔100ms将测量的数据通过CAN1 3发送给上位机1，同时也向CAN2 3’发送相同的数据。
上位机1通过CAN1 3、CAN2 3’接收燃料电池的电极工作情况、输出电流、冷却水温度等数据，根据这些数据调节风机、排水电磁阀、散热风扇等控制燃料电池的正常、安全可靠的运行。
上位机1同时接收CAN1 3和CAN2 3’的数据，当遇到其中一个收发器发生故障或通信线路断开时，均不会影响燃料电池发电系统的正常通信和运行。当控制器检测到CAN1 3、CAN2 3’均不能正常工作时，则停止燃料电池发电系统的运行。
上位机1中的CPU采用PHILIPS公司的32位ARM芯片LPC2119控制器。LPC2119内带2路CAN控制器，外围加上光电隔离芯片和2片CAN收发器2、2’和即可方便的构成隔离的双CAN通信接口。上位机1中还采用周立功公司的PCI5121智能CAN接口卡8实现双CAN的转换，并与燃料电池发电系统控制系统CAN1 BUS 3、CAN2 BUS 3’连接起来，通过PC机软件实现对燃料电池发电系统的监控、调试等功能。
Claims (6)
1.采用双CAN总线冗余通信的燃料电池测量控制装置，包括信号测量模块、电压监测模块、系统控制模块、若干CAN收发器、上位机和CAN总线，其特征在于，所述的CAN总线为两路，所述的电压监测模块、信号测量模块、系统控制模块分别与两路独立的CAN收发器连接，所述的上位机包括CPU、两路CAN收发器、光电隔离芯片和CAN接口卡。
2.根据权利要求1所述的采用双CAN总线冗余通信的燃料电池测量控制装置，其特征在于，所述的电压监测模块、信号测量模块、系统控制模块中所包括的两路CAN收发器CAN1和CAN2分别与两路独立的CAN总线CAN1BUS和CAN2 BUS连接通信，接收和发送相同的数据。
3.根据权利要求1所述的采用双CAN总线冗余通信的燃料电池测量控制装置，其特征在于，所述的两路CAN总线中一路为主通信线路，一路为热后备线路。
4.根据权利要求1所述的采用双CAN总线冗余通信的燃料电池测量控制装置，其特征在于，所述的两路CAN总线可采用带屏蔽的双绞线。
5.根据权利要求1所述的采用双CAN总线冗余通信的燃料电池测量控制装置，其特征在于，所述的上位机CPU内带有CAN控制器，与CAN收发器和光电隔离芯片连接构成CAN通信接口。
6.根据权利要求1所述的采用双CAN总线冗余通信的燃料电池测量控制装置，其特征在于，所述的上位机采用智能CAN接口卡，该CAN接口卡连接两路CAN总线。
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| CNU2005200440313U CN2893816Y (zh) | 2005-08-03 | 2005-08-03 | 采用双can总线冗余通信的燃料电池测量控制装置 |
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| CNU2005200440313U CN2893816Y (zh) | 2005-08-03 | 2005-08-03 | 采用双can总线冗余通信的燃料电池测量控制装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103091633A (zh) * | 2011-10-27 | 2013-05-08 | 北京航天发射技术研究所 | 一种铅酸蓄电池电量预估装置及方法 |
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2005
- 2005-08-03 CN CNU2005200440313U patent/CN2893816Y/zh not_active Expired - Fee Related
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