[发明专利]一种无人值守的通信用燃料电池监控系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池监控装置，尤其涉及一种通信用燃料电池的远程无人值守监控系统。

背景技术

燃料电池具有发电效率高、环境污染少等优点。燃料电池用途广泛，既可应用于军事、空间、发电等领域，也可应用于机动车、移动设备、居民家庭等领域。燃料电池涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力及自动控制等众多领域，对各种参数和设备状态的监控对于燃料电池的高效和安全运行尤为重要。

目前很多对大功率的燃料电池的监测依然停留在远程收取数据，通过CAN总线、LIN总线等总线技术，收取燃料电池的压力、温度、效率、功率等运行参数，将收取到的数据通过分析、审核，判断燃料电池设备是否正常运行，根据结果进行控制或者分析等操作。这种方法不仅数据传输速度受限而且数据安全性难以得到保证，而且，这种监控方式仅仅管理员能够得到消息，很容易带来处理不及时导致的安全事故的风险。此外，这种传统的信息传送方式是基于“拉”的方式，无人值守设备处于被动的地位，只能将数据和信息被动地发送给远程管理者。如何能够让无人值守设备的信息传送方式采用“推”的方式，也就是说远程无人值守设备能够在发生任何问题或者拥有异常信息的情况下主动将信息推送到用户或者管理者面前是燃料电池远程无人值守设备急需解决的问题，同时，仅仅有“推”的方式还不够，“推”与“拉”的方式应该相辅相成，互相取长补短，但是如何设计这样一套复杂的信息通信系统更是决定燃料电池能否被广泛使用的关键所在。

中国专利201120527129.X“基于以太网的燃料电池远程监控系统”描述了一种基于以太网的燃料电池监控系统，该系统是基于C/S的构建模式，通过以太网获取燃料电池电源系统的主要参数数据发送到中央服务器，这种方法正如上文描述的，不仅传输速度得不到保证而且传输安全也得不到保证，最严重的是将数据的压力全部集中在中央服务器上，现场板块仅仅扮演“收发工”的角色，不能得到有效利用。

中国专利201220052220.5“一种新能源燃料电池的运行状态远程监控系统”描述了一种新能源燃料电池的运行状态远程监控系统，该系统的远程监控单元采用RS232或RS485与控制单元进行数据通讯和远程控制，弊端同上面的专利类似。

发明内容

本发明的目的是克服现有的燃料电池监测系统信息发布被动滞后的缺点，提出一种无人值守的通信用燃料电池监控系统。本发明可用于对燃料电池的设备参数和设备状态的监控，以支持用户对燃料电池的安全性、可靠性和有效性进行实时、准确和便捷的监控，为燃料电池的可靠投运打下基础。

本发明包括：无人值守监控板卡、远程数据模块，以及远程显示和控制模块。

所述的无人值守监控板卡是安放在野外，在燃料电池位置附近的无人值守的监控板卡，用于监测燃料电池的工作过程是否正常以及负责数据传回和接受并执行远程命令，由现场数据采集/控制单元和信息处理/通信单元两部分组成。现场数据采集/控制单元和信息处理/通信单元两部分通过CAN通讯模块相连接进行信息传输。

所述的现场数据采集/控制单元包含：处理器、数据采集模块、控制模块、嵌入存储模块和CAN通讯模块。现场数据采集/控制单元的数据采集模块通过传感器直接采集燃料电池运行信息，采集到的燃料电池运行信息经AD转换模块转换后，通过SPI串口通讯传输到处理器。处理器的I/O口与控制模块连接，控制模块与燃料电池的氢气阀、背压阀、风机等动作器件相连接，控制燃料电池的运行状态。处理器直接与嵌入存储模块相连，对其内部数据进行读取、修改。数据采集/控制单元的处理器通过CAN通讯接口直接与CAN通信模块相连接，与无人值守监控板卡的信息处理/通信单元进行通讯。

现场数据采集/控制单元数据采集模块的传感器包括电压传感器、电流传感器、温度传感器、压力传感器、风机转速传感器、氢气浓度传感器等。电压传感器安装在各燃料电池单体以及燃料电池电能输出端，采集燃料电池各单体电压与燃料电池输出总电压。电流传感器安装在燃料电池电能输出端，采集燃料电池输出电流。温度传感器安装在燃料电池、燃料电池周边环境以及电池电能输出端，采集燃料电池反应堆温度、环境温度以及燃料电池电能变换装置温度。压力传感器安装在氢气瓶出口、各级减压阀、燃料电池的入口与出口，采集出氢气瓶氢气压力、减压后氢气压力、入燃料电池氢气压力、出燃料电池氢气压力。风机转速传感器安装在为燃料电池提供空气的风机，采集风机的转速。氢气浓度传感器安装在燃料电池周边环境，采集环境中的氢气浓度。各传感器采集到的信号经AD转换模块发送到现场数据采集/控制单元的处理器。