專利名稱：具有運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視功能的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種燃料電池，尤其涉及一種具有運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視功能的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種能夠?qū)⑷剂吓c氧化劑發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。該裝置的核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly，簡稱MEA)，膜電極由一張質(zhì)子交換膜和夾在膜兩面的兩張可導(dǎo)電多孔性擴(kuò)散材料(如碳紙)組成，在質(zhì)子交換膜與導(dǎo)電材料接觸的兩邊界面上均勻分布有細(xì)小分散的可引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)的催化劑(如金屬鉑)。膜電極兩邊用導(dǎo)電物體將發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的電子通過外電路引出，就構(gòu)成了電流回路。
在膜電極的陽極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴(kuò)散材料(如碳紙)，并在催化劑表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子形成正離子，正離子可通過遷移穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)膜電極的另一端-陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化劑(如氧氣)的氣體(如空氣)，通過滲透穿過多孔性擴(kuò)散材料(如碳紙)，并在催化劑表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，得到電子形成負(fù)離子，該負(fù)離子進(jìn)一步與從陽極端遷移過來的正離子結(jié)合，形成反應(yīng)產(chǎn)物。
在以氫氣為燃料、以含有氧氣的空氣為氧化劑(或以純氧為氧化劑)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽極區(qū)發(fā)生失去電子的催化電化學(xué)反應(yīng)，形成氫正離子(質(zhì)子)，其電化學(xué)反應(yīng)方程式為
氧氣在陰極區(qū)發(fā)生得到電子的催化電化學(xué)反應(yīng)，形成負(fù)離子，該負(fù)離子進(jìn)一步與從陽極端遷移過來的氫正離子結(jié)合，形成反應(yīng)產(chǎn)物水。其電化學(xué)反應(yīng)方程式為
燃料電池中的質(zhì)子交換膜除了用于發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)以及遷移交換反應(yīng)中產(chǎn)生的質(zhì)子外，其作用還包括將含有燃料氫氣的氣流與含有氧化劑(氧氣)的氣流分隔開來，使它們不會相互混合而產(chǎn)生爆炸式反應(yīng)。
在典型的質(zhì)子交換膜燃料電池中，膜電極一般放在兩塊導(dǎo)電的極板之間，兩極板上均開設(shè)有導(dǎo)流槽，因此又稱作導(dǎo)流極板。導(dǎo)流槽開設(shè)在與膜電極接觸的表面上，通過壓鑄、沖壓或機(jī)械銑刻形成，其數(shù)量在一條以上。導(dǎo)流極板可以由金屬材料制成，也可以由石墨材料制成。導(dǎo)流極板上的導(dǎo)流槽的作用是將燃料或氧化劑分別導(dǎo)入膜電極兩邊的陽極區(qū)或陰極區(qū)。在一個質(zhì)子交換膜燃料電池單電池的構(gòu)造中，只存在一個膜電極和兩塊導(dǎo)流極板，兩塊導(dǎo)流極板分設(shè)在膜電極兩邊，一個作為陽極燃料的導(dǎo)流極板，另一個作為陰極氧化劑的導(dǎo)流極板。這兩塊導(dǎo)流極板既作為電流集流板，也是膜電極兩邊的機(jī)械支撐。導(dǎo)流極板上的導(dǎo)流槽既是燃料或氧化劑進(jìn)入陽極或陰極表面的通道，也是將電池運(yùn)行過程中生成的水帶走的出水通道。
為了增大質(zhì)子交換膜燃料電池的功率，通常將兩個或兩個以上的單電池通過直疊的方式或平鋪的方式連在一起組成電池組，或稱作電池堆。這種電池組通常通過前端板、后端板及拉桿緊固在一起成為一體。在電池組中，位于兩質(zhì)子交換膜之間的極板的兩面都設(shè)有導(dǎo)流槽，稱為雙極板。雙極板的其中一面作為一個膜電極的陽極導(dǎo)流面，另一面則作為另一個相鄰膜電極的陰極導(dǎo)流面。一個典型的電池組通常還包括1)、燃料及氧化劑氣體的進(jìn)口和導(dǎo)流通道。其作用是將燃料(如氫氣、甲醇或由甲醇、天然氣、汽油經(jīng)重整后得到的富氫氣體)和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個陽極、陰極面的導(dǎo)流槽中；2)、冷卻流體(如水)的進(jìn)、出口與導(dǎo)流通道。其作用是將冷卻流體均勻地分布到各個電池組內(nèi)的冷卻通道中，吸收燃料電池內(nèi)產(chǎn)生的反應(yīng)熱并將其帶出電池組進(jìn)行散熱；3)、燃料與氧化劑氣體的出口與導(dǎo)流通道。其作用是將沒有參與反應(yīng)的多余燃料氣體和氧化劑排出，同時將反應(yīng)生成的液態(tài)或氣態(tài)的水帶出。上述燃料進(jìn)出口、氧化劑進(jìn)出口和冷卻流體的進(jìn)出口通常都開設(shè)在燃料電池組的一個端板上或分別開設(shè)在兩個端板上。
質(zhì)子交換膜燃料電池可用作車、船等運(yùn)載工具的動力系統(tǒng)，又可制作成移動式或固定式的發(fā)電系統(tǒng)。
燃料電池發(fā)電系統(tǒng)一般由以下幾個部分組成燃料電池堆、燃料氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)、空氣供應(yīng)子系統(tǒng)、冷卻散熱子系統(tǒng)、自動控制子系統(tǒng)和電能輸出子系統(tǒng)。
圖1是上海神力科技有限公司“一種帶有動態(tài)控制裝置的燃料電池”(發(fā)明專利申請?zhí)?00410016609.4，實(shí)用新型專利申請?zhí)?00420020471.0)中的一種由燃料電池發(fā)動機(jī)監(jiān)控器來實(shí)現(xiàn)動態(tài)控制運(yùn)行的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。該燃料電池發(fā)電系統(tǒng)包括燃料電池堆1，氫氣瓶2，減壓閥3，空氣過濾器4，空氣壓縮供應(yīng)裝置5，水一汽分離器6，水箱7，水泵8，散熱器9，氫氣循環(huán)泵10，氫氣路旋轉(zhuǎn)式可以動態(tài)控制增濕度的增濕器11，空氣路旋轉(zhuǎn)式可以動態(tài)控制增濕度的增濕器12，旋轉(zhuǎn)式增濕器可調(diào)速馬達(dá)13，13’，氫氣進(jìn)口管路上的氫氣相對濕度傳感器14、氫氣溫度傳感器15和壓力傳感器19，空氣進(jìn)口管路上的空氣相對濕度傳感器16、空氣溫度傳感器17和壓力傳感器20，冷卻流體進(jìn)口管路上的冷卻流體溫度傳感器18和壓力傳感器21，氫氣出口管路上的氫氣溫度傳感器22和氫氣壓力傳感器23，冷卻流體出口管路上的冷卻流體溫度傳感器24和冷卻流體壓力傳感器25，空氣出口管路上的空氣溫度傳感器26和空氣壓力傳感器27，燃料電池堆工作電壓及各個單電池的工作電壓監(jiān)控器28，燃料電池堆工作電流監(jiān)控器29，負(fù)載自動切斷開關(guān)30，氫氣自動切斷電磁閥31。
上述燃料電池發(fā)電系統(tǒng)遵循以下原理與原則a.燃料電池堆1輸出功率的允許值與冷卻流體進(jìn)口管路上的冷卻流體溫度傳感器18的額定工作溫度有關(guān)，一般可以找到一種功率允許輸出值與傳感器18值的關(guān)系，傳感器18值越接近額定工作溫度，則允許輸出功率越大或越接近額定輸出功率；b.燃料電池堆1的輸出功率與向燃料電池供應(yīng)的燃料氫氣流量以及空氣流量的匹配關(guān)系，按氫氣計(jì)量比1.2計(jì)算，空氣計(jì)量比2.0計(jì)算；c.氫氣相對濕度傳感器14與空氣相對濕度傳感器16分別與氫氣溫度傳感器15、空氣溫度傳感器17及氫氣、空氣的壓力有關(guān)，可以找到該種氣體流量在某種壓力、溫度條件下達(dá)到某種相對濕度的關(guān)系曲線，一般來說，該氣體流量越大，溫度越高，壓力越低，越難達(dá)到該氣體高相對濕度值；相反，該氣體流量越小，溫度越低，壓力越高，該氣體較易達(dá)到該氣體高相對濕度值；d.旋轉(zhuǎn)式增濕器旋轉(zhuǎn)速度越快，進(jìn)燃料電池的氫氣或空氣的溫度與相對濕度都越高。
按照上述燃料電池發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的原理或原則，采用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)控制子系統(tǒng)，通過對燃料電池工作溫度、輸出功率需求及對傳感器14、15、16、17、18值進(jìn)行監(jiān)控并計(jì)算，確定對旋轉(zhuǎn)式增濕器的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定控制，并同時確定對氫氣流量、空氣流量的控制，使燃料電池堆在任何功率輸出要求的功況下實(shí)現(xiàn)1.輸出功率與工作溫度的關(guān)聯(lián)控制；2.輸出功率與氫氣流量、空氣流量的關(guān)聯(lián)控制(其中氫氣流量與空氣流量按輸出功率要求計(jì)量比分別是1.2、2.0控制氫氣循環(huán)泵電機(jī)轉(zhuǎn)速及空氣泵電機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn))；3.氫氣流量與空氣流量分別與相應(yīng)的可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)增濕調(diào)解控制的增濕裝置中的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行并聯(lián)動態(tài)控制，使進(jìn)入燃料電池堆中的任何流量下的氫氣、空氣都保持最佳相對濕度(70％～95％中間的某一數(shù)值)；4.根據(jù)外界天氣溫度與濕度的情況，調(diào)解與控制方法同第3點(diǎn)，并達(dá)到與第3點(diǎn)相同的目的。最終目的是使燃料電池堆在任何功率輸出要求的功況下實(shí)現(xiàn)高效能運(yùn)行與在最佳工作條件下運(yùn)行，燃料電池堆不但可以有最佳的燃料效率，而且可以大大延長工作壽命。
所以整個燃料電池發(fā)動機(jī)或整個發(fā)電系統(tǒng)中的控制子系統(tǒng)對實(shí)現(xiàn)燃料電池發(fā)動機(jī)或發(fā)電系統(tǒng)的安全、高效能以及長壽命運(yùn)行是至關(guān)重要的。
在安全保障方面，主要是當(dāng)燃料電池發(fā)動機(jī)或發(fā)電系統(tǒng)中的控制子系統(tǒng)探測到某個工作參數(shù)，如溫度、壓力、濕度、電流、電壓異常時可及時報(bào)警，并同時執(zhí)行燃料電池發(fā)動機(jī)的自我保護(hù)，如切斷負(fù)載，切斷燃料氫氣供應(yīng)。
另一方面當(dāng)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)作為測試燃料電池堆性能的功能使用或?qū)θ剂想姵卣麄€發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行條件進(jìn)行診斷時，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中的控制子系統(tǒng)必須同時監(jiān)測并顯示所有工作參數(shù)如溫度、壓力、濕度、電壓、單電池電壓等。為了優(yōu)化燃料電池堆或整個燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行條件，整個發(fā)電系統(tǒng)的子系統(tǒng)必須隨時可以對運(yùn)行工作中的任何一個溫度、壓力、濕度、電流、電壓進(jìn)行修正。
目前，對燃料電池發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的各種工作參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測的技術(shù)主要有以下兩種一種是當(dāng)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)用作測試燃料電池堆性能的功能使用時，或?qū)θ剂想姵卣麄€發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行條件進(jìn)行診斷時，用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測與控制。例如上海神力科技公司的專利技術(shù)(中國專利號200410017449.5)可對燃料電池發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行各種工作參數(shù)如溫度、壓力、濕度、電壓、各個單電池電壓等進(jìn)行監(jiān)測，并可以對運(yùn)行工作條件中的某一個參數(shù)進(jìn)行直接控制、修正。另一種是當(dāng)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)作為車載動力系統(tǒng)使用，或用作可移動式發(fā)電站時，直接由監(jiān)控器實(shí)現(xiàn)監(jiān)測與控制。
上述兩種對燃料電池發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的各種工作參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測的技術(shù)有以下缺陷1、用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)測燃料電池發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行各種參數(shù)如溫度、壓力、濕度、電壓、燃料電池中的各個單電池電壓，雖比較直觀，但是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)往往是比較笨重的設(shè)備，在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)用作車載、船載等動力系統(tǒng)或作為經(jīng)常移動的發(fā)電設(shè)備時，要求燃料電池發(fā)電系統(tǒng)不但要抗震動，而且要系統(tǒng)簡便、輕量化，而計(jì)算機(jī)系統(tǒng)往往無法達(dá)到要求。
2、直接由監(jiān)控器監(jiān)測燃料電池發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行各種工作參數(shù)，如溫度、壓力、濕度、電壓，燃料電池中各個單電池電壓，沒有直觀感。燃料電池發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行操作者無法隨時對該系統(tǒng)是否處于正常狀態(tài)進(jìn)行直觀地判斷。監(jiān)控器往往是在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行工作參數(shù)中某個參數(shù)達(dá)到危險(xiǎn)的極限時才報(bào)警、關(guān)機(jī)。這樣，往往無法使運(yùn)行操作者知道燃料單電池發(fā)電系統(tǒng)趨向非正常的過程，也失去了人為介入調(diào)整工作參數(shù)的機(jī)會。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了解決上述問題而提供一種具有運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視功能的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，既能實(shí)現(xiàn)對燃料電池發(fā)電系統(tǒng)各項(xiàng)選定的運(yùn)行參數(shù)的直觀監(jiān)控，又可方便地用作車載、船載動力系統(tǒng)，或用作可移動式發(fā)電設(shè)備。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種具有運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視功能的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，包括燃料電池堆和自動控制子系統(tǒng)，所述自動控制子系統(tǒng)包括設(shè)置在氫氣進(jìn)口管路上的氫氣相對濕度傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器，設(shè)置在空氣進(jìn)口管路上的空氣相對濕度傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器，設(shè)置在冷卻流體進(jìn)口管路上的冷卻流體溫度傳感器和壓力傳感器，設(shè)置在氫氣出口管路上的氫氣溫度傳感器和壓力傳感器，設(shè)置在冷卻流體出口管路上的冷卻流體溫度傳感器和壓力傳感器，設(shè)置在空氣出口管路上的空氣溫度傳感器和壓力傳感器，以及燃料電池堆工作電壓及各個單電池的工作電壓監(jiān)控器和燃料電池堆工作電流監(jiān)控器；其特點(diǎn)是所述自動控制子系統(tǒng)還包括一套運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視機(jī)構(gòu)，該運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視機(jī)構(gòu)包括CAN總線、CAN接口單片機(jī)控制板、液晶顯示驅(qū)動板和液晶顯示屏，CAN總線的輸入端連接選定的各傳感器和監(jiān)控器接收選定的工作運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)/信號并將其傳輸?shù)紺AN接口單片機(jī)控制板，CAN接口單片機(jī)控制板采集CAN接口數(shù)據(jù)/信號并將數(shù)據(jù)/信號格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換傳輸?shù)揭壕э@示驅(qū)動板，液晶顯示驅(qū)動板對各種工作運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)/信號處理、轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)揭壕э@示屏驅(qū)動液晶顯示屏進(jìn)行正確顯示。
所述的CAN接口單片機(jī)控制板主要包括單片機(jī)芯片、CAN總線驅(qū)動芯片、CAN總線接口電路和驅(qū)動板接口電路，其CAN總線接口電路連接CAN總線和CAN總線驅(qū)動芯片，CAN總線驅(qū)動芯片的輸出連接單片機(jī)芯片，單片機(jī)芯片的輸出連接驅(qū)動板接口電路，驅(qū)動板接口電路的輸出連接液晶顯示驅(qū)動板的輸入端口。
所述的單片機(jī)芯片為P87C591，所述的CAN總線驅(qū)動芯片為82C250。
所述的液晶顯示驅(qū)動板和液晶顯示屏為通用產(chǎn)品。
所述的單片機(jī)芯片內(nèi)設(shè)置有系統(tǒng)控制軟件，選定所需顯示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的工作運(yùn)行參數(shù)的數(shù)目、種類和特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和格式轉(zhuǎn)換發(fā)送給液晶驅(qū)動板，并可以對偏離正常狀態(tài)的工作參數(shù)進(jìn)行標(biāo)色。
本實(shí)用新型具有運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視功能的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)由于采用了上述的技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、其運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視機(jī)構(gòu)中的液晶顯示屏是一種可以做得非常小巧，并且可以按照人機(jī)界面的大小、位置需要來定制的設(shè)備，重量也比較輕，并且抗震動，特別適合于車載、船載，直接供給駕駛員直觀監(jiān)控。
2、由于設(shè)計(jì)者可以根據(jù)需要確定顯示屏的顯示內(nèi)容，并可以對某些偏離正常狀態(tài)的工作參數(shù)進(jìn)行標(biāo)色顯示，方便操作者對燃料電池發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行有效控制，并能及時提醒操作者采取必要的控制措施，以確保燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行安全。


通過以下對本實(shí)用新型具有運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視功能的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的一實(shí)施例結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解本實(shí)用新型的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，附圖為圖1是現(xiàn)有技術(shù)帶有動態(tài)控制裝置的燃料電池的基本組成示意圖；圖2是本實(shí)用新型具有運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視功能的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視機(jī)構(gòu)的原理框圖；圖3是本實(shí)用新型中CAN接口單片機(jī)控制板的電路原理圖；圖4是本實(shí)用新型在CAN接口單片機(jī)控制板的單片機(jī)中編制的軟件框圖；圖5是本實(shí)用新型一實(shí)施例的液晶屏顯示界面圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型具有運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視功能的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，包括燃料電池堆和自動控制子系統(tǒng)，自動控制子系統(tǒng)包括設(shè)置在氫氣進(jìn)口管路上的氫氣相對濕度傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器，設(shè)置在空氣進(jìn)口管路上的空氣相對濕度傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器，設(shè)置在冷卻流體進(jìn)口管路上的冷卻流體溫度傳感器和壓力傳感器，設(shè)置在氫氣出口管路上的氫氣溫度傳感器和壓力傳感器，設(shè)置在冷卻流體出口管路上的冷卻流體溫度傳感器和壓力傳感器，設(shè)置在空氣出口管路上的空氣溫度傳感器和壓力傳感器，以及燃料電池堆工作電壓及各個單電池的工作電壓監(jiān)控器和燃料電池堆工作電流監(jiān)控器(以上各傳感器和監(jiān)控器的安裝位置均如圖1所示)。還包括一套如圖2所示的運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視機(jī)構(gòu)，該運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視機(jī)構(gòu)包括CAN總線32、CAN接口單片機(jī)控制板33、液晶顯示驅(qū)動板34和液晶顯示屏35。CAN總線32的輸入端連接選定的各傳感器和監(jiān)控器接收選定的工作運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)/信號并將其傳輸?shù)紺AN接口單片機(jī)控制板33，CAN接口單片機(jī)控制板33采集CAN接口數(shù)據(jù)/信號并將數(shù)據(jù)/信號格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換傳輸?shù)揭壕э@示驅(qū)動板34，液晶顯示驅(qū)動板34對各種工作運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)/信號處理、轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)揭壕э@示屏35驅(qū)動液晶顯示屏進(jìn)行正確顯示。
本實(shí)用新型中的液晶顯示驅(qū)動板34和液晶顯示屏35采用現(xiàn)成的通用產(chǎn)品，CAN接口單片機(jī)控制板33需要自行設(shè)計(jì)。圖3是本實(shí)用新型一實(shí)施例中自行設(shè)計(jì)的CAN接口單片機(jī)控制板的電路原理圖。CAN接口單片機(jī)控制板主要包括P87C591單片機(jī)芯片、82C250CAN總線驅(qū)動芯片、CAN總線接口電路和驅(qū)動板接口電路。圖中“D1”為P87C591單片機(jī)芯片，是飛利浦公司生產(chǎn)的一個內(nèi)部帶CAN監(jiān)控器單片機(jī)兼容51系列?！癗6”為82C250是CAN總線驅(qū)動芯片，CAN總線接口電路通過光電耦合器“N3”和“N4”隔離，“N2”是DC/DC模塊提供CAN總線接口電路的電源。7805穩(wěn)壓芯片“N1”提供5V電源。“J2”是與LCD驅(qū)動板的接口。“J12”接24v電源。“J1”是CAN總線接口。CAN總線接口電路連接CAN總線和CAN總線驅(qū)動芯片，CAN總線驅(qū)動芯片的輸出連接單片機(jī)芯片，單片機(jī)芯片的輸出連接驅(qū)動板接口電路，驅(qū)動板接口電路的輸出連接液晶顯示驅(qū)動板的輸入端口。在單片機(jī)芯片D1內(nèi)設(shè)置有系統(tǒng)控制軟件，選定所需顯示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的工作運(yùn)行參數(shù)的數(shù)目、種類和特點(diǎn)，并可以對偏離正常狀態(tài)的工作參數(shù)進(jìn)行標(biāo)色。圖4是本實(shí)用新型在CAN接口單片機(jī)控制板的單片機(jī)中編制的軟件框圖。CAN接口單片機(jī)在接收到CAN數(shù)據(jù)后，即進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，然后進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，最后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)發(fā)送給液晶驅(qū)動板進(jìn)行下一步的處理。
以下通過一個具體實(shí)施例對本實(shí)用新型具有運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視功能的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)作進(jìn)一步說明。
一種10KW燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，用作燃料電池游覽車的動力系統(tǒng)。該燃料電池游覽車的自動控制子系統(tǒng)采用一套運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視機(jī)構(gòu)控制整車的運(yùn)行、停車、起動等所有狀態(tài)。該運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視機(jī)構(gòu)中的液晶顯示屏的長度為27cm、寬度為2.7cm、高度為19cm，重量為3公斤，放在游覽車駕駛員的面板上方便駕駛員直觀監(jiān)控。
本實(shí)施例中，CAN接口單片機(jī)控制板中單片機(jī)中有自行編制的軟件，其根據(jù)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行各種參數(shù)的多少及特點(diǎn)確定顯示屏顯示的主要工作運(yùn)行參數(shù)包括燃料電池電壓、燃料電池電流、燃料電池堆水出口溫度、空氣出口溫度、氫氣工作壓力、氫氣瓶壓力、冷卻水壓力及單電池工作電壓等。這些工作參數(shù)由燃料電池發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中的各傳感器和監(jiān)控器監(jiān)測后，經(jīng)過信號處理轉(zhuǎn)化，以數(shù)據(jù)形式傳輸?shù)紺AN總線單片機(jī)控制板，再傳輸給LCD驅(qū)動板，并驅(qū)動LCD液晶顯示屏顯示，顯示內(nèi)容如圖5所示。
權(quán)利要求1.一種具有運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視功能的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，包括燃料電池堆和自動控制子系統(tǒng)，所述自動控制子系統(tǒng)包括設(shè)置在氫氣進(jìn)口管路上的氫氣相對濕度傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器，設(shè)置在空氣進(jìn)口管路上的空氣相對濕度傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器，設(shè)置在冷卻流體進(jìn)口管路上的冷卻流體溫度傳感器和壓力傳感器，設(shè)置在氫氣出口管路上的氫氣溫度傳感器和壓力傳感器，設(shè)置在冷卻流體出口管路上的冷卻流體溫度傳感器和壓力傳感器，設(shè)置在空氣出口管路上的空氣溫度傳感器和壓力傳感器，以及燃料電池堆工作電壓及各個單電池的工作電壓監(jiān)控器和燃料電池堆工作電流監(jiān)控器；其特征在于所述自動控制子系統(tǒng)還包括一套運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視機(jī)構(gòu)，該運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視機(jī)構(gòu)包括CAN總線、CAN接口單片機(jī)控制板、液晶顯示驅(qū)動板和液晶顯示屏，CAN總線的輸入端連接選定的各傳感器和監(jiān)控器接收選定的工作運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)/信號并將其傳輸?shù)紺AN接口單片機(jī)控制板，CAN接口單片機(jī)控制板采集CAN接口數(shù)據(jù)/信號并將數(shù)據(jù)/信號格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換傳輸?shù)揭壕э@示驅(qū)動板，液晶顯示驅(qū)動板對各種工作運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)/信號處理、轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)揭壕э@示屏驅(qū)動液晶顯示屏進(jìn)行正確顯示。
2.如權(quán)利要求1所述的具有運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視功能的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的CAN接口單片機(jī)控制板主要包括單片機(jī)芯片、CAN總線驅(qū)動芯片、CAN總線接口電路和驅(qū)動板接口電路，其CAN總線接口電路連接CAN總線和CAN總線驅(qū)動芯片，CAN總線驅(qū)動芯片的輸出連接單片機(jī)芯片，單片機(jī)芯片的輸出連接驅(qū)動板接口電路，驅(qū)動板接口電路的輸出連接液晶顯示驅(qū)動板的輸入端口。
3.如權(quán)利要求2所述的具有運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視功能的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的單片機(jī)芯片為P87C591，所述的CAN總線驅(qū)動芯片為82C250。
4.如權(quán)利要求1所述的具有運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視功能的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的液晶顯示驅(qū)動板和液晶顯示屏為通用產(chǎn)品。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種具有運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視功能的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，設(shè)置了一套運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視機(jī)構(gòu)，其包括CAN總線、CAN接口單片機(jī)控制板、液晶顯示驅(qū)動板和液晶顯示屏，CAN總線的輸入端連接選定的各傳感器和監(jiān)控器接收選定的工作運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)/信號并將其傳輸?shù)紺AN接口單片機(jī)控制板，CAN接口單片機(jī)控制板采集CAN接口數(shù)據(jù)/信號并將數(shù)據(jù)/信號格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換傳輸?shù)揭壕э@示驅(qū)動板，液晶顯示驅(qū)動板對各種工作運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)/信號處理、轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)揭壕э@示屏驅(qū)動液晶顯示屏進(jìn)行正確顯示。本實(shí)用新型具有運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視功能的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對各項(xiàng)選定的運(yùn)行參數(shù)的直觀監(jiān)控，可方便地用作車載、船載動力系統(tǒng)，或用作可移動式發(fā)電設(shè)備。
文檔編號H01M8/00GK2829109SQ20042010975
公開日2006年10月18日 申請日期2004年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月11日
發(fā)明者付明竹, 郭磊, 鮑軍輝, 胡里清 申請人:上海神力科技有限公司