一种燃料电池系统的故障诊断装置及方法制造方法及图纸

技术编号:5995633 阅读:225 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术涉及一种燃料电池系统的故障诊断装置及方法,包括通信单元、诊断核心单元和人机交互单元,其特点是:通信单元接收主控制器的过程参数和工作状态信息,以及巡检单元的单片电池电压信息,向现场远程监控中心和上位机发送诊断结果以及各种参数和数据;诊断核心单元通过制定的诊断策略对燃料电池系统的传感器、执行器、控制器、巡检单元和电堆的故障进行检测与定位;人机交互单元对故障诊断结果进行显示、设置、清除和修改,并给出维修建议和措施。该装置考虑了燃料电池的电化学反应机理,结合专家知识和经验,采用多传感器信息融合方法,能有效应用于燃料电池系统的远程、近程、离线和在线故障诊断,提高了其故障诊断精度和可维护性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种电池系统的故障诊断装置及方法,特别是一种燃料电池系统的故 障诊断装置及方法,具体而言,是一种大功率车用燃料电池系统的故障诊断装置及诊断方 法。
技术介绍
随着能源与环境问题的日益恶化,发展新能源和可替代能源成为世界各国政府或 研究机构的研究热点。作为第四代发电技术,燃料电池由于其能量密度高、清洁、高效等一 系列优点,在手持设备、固定电站特别是在车辆动力系统中得到了广泛应用。作为燃料电池汽车的动力源,车用燃料电池系统由于其结构复杂、工作环境恶劣 和运行条件经常发生变化等原因在实际应用中难免出现各种故障,一旦故障出现若未能及 时检测并采取相应处理措施,轻则导致系统无法正常或高效工作,重则导致电堆发生不可 恢复性永久损坏或重大氢、电等安全事故。目前,针对车用燃料电池系统的研究大多集中在建模、仿真与优化控制和提高其 动态响应特性方面,而针对其可靠性与安全性的故障诊断研究才刚刚起步,在实际研发过 程中往往是发现故障后采取停机或降载操作,然后利用技术人员或专家的经验知识进行离 线检测与逐一排查实现诊断,这样有时具有一定的盲目性,诊断的结果也不够明确,有时甚 至浪费了大量的时间、人力和物力,由于受专家知识水平和经验丰富程度的影响,有时还会 出现误诊或漏诊。另外,这种常规的基于技术人员或专家的经验知识故障诊断方法没有使 专家知识和经验得到很好的继承和保存。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用微控制器设计,具有高效、智能化,可以离线和在 线维护的燃料电池系统的故障诊断装置及方法,以克服上述的不足。为实现上述目的,本专利技术由通信单元、诊断核心单元和人机交互单元构成,其特点 是通信单元接收主控制器的过程参数和工作状态信息,以及巡检单元的单片电池 电压信息,向远程监控中心和现场上位机发送诊断结果以及各种参数和数据;诊断核心单元通过制定的诊断策略对燃料电池系统的传感器、执行器、控制器、 巡检单元和电堆的故障进行检测与定位;人机交互单元对故障诊断结果进行显示、清除、设置和修改,并给出维修建议和 措施。上述通信单元由CAN模块、GPRS模块、以太网模块(Ethernet)、USB模块和SCI模 块构成;CAN模块包含光纤CAN接口和双绞线CAN接口,CAN模块根据抗干扰设计的要求通 过光纤或双绞线与燃料电池系统的主控制器和巡检单元的CAN接口相连进行通信;GPRS模 块的接口电路通过MAX232电平转换芯片与核心诊断单元的串口 2相连,通过无线分组交换方式与远程监控中心进行网络通信;以太网模块通过网线与远程监控中心相连进行有线网 络通信;USB模块与现场中调试或测试用的燃料电池系统上位机的USB接口相连进行通信; SCI模块含有RS232和RS485两种接口,与微控制器的串口 1相连,SCI模块根据抗干扰通 信的要求或上位机软件的不同通信模式,分别通过串口线或RS485转RS232接口线与现场 中调试或测试用的燃料电池系统上位件相连进行通信。上述诊断核心单元由电源模块、看门狗模块、微控制器(MCU)、实时时钟模块和 EEPROM模块构成;电源模块的输入端与内部供电电池的输出端相连,进行电压变换后输出 +5V、+3. 3V和+1. 8V等直流电压等级为故障诊断装置各个模块的电路提供工作电源;看门 狗模块与微控制器(MCU)的I/O相连,在微控制器(MCU)的软件运行进入死循环或程序“跑 飞”时由于一定时间未接收到“喂狗”信号时,通过输出低电平对整个微控制器(MCU)进 行强制复位使微控制器(MCU)工作恢复正常;微控制器(MCU)作为检测和诊断的核心,根 据与主控制器和巡检单元的通信协议对接收和发送的过程数据进行格式转换,针对各种电 压、电流、温度、压力、流量、液位、电导率等过程参数,结合燃料电池系统的正在自检、自检 成功、自检失败、正在启动、启动成功、启动失败、正在关机、关机成功、关机失败等运行状态 通过逻辑判断和信息融合方法得出诊断结果;实时时钟通过1 总线与微控制器(MCU)相 连,进行各个过程参数和运行状态传输时间的计时与统计;EEPROM模块通过SPI与微控制 器(MCU)相连,当微控制器(MCU)检测出燃料电池系统的相关故障时存储出现故障时的各 种过程参数、工作状态、故障码及其故障时间。上述人机交互单元由LCD、按键模块和声光报警电路构成;LCD在燃料电池系统出 现故障时依次显示故障码、故障时间、维修建议和措施,通过按下相应的按键以翻屏方式显 示发生故障时的电压、电流、温度、压力、流量、液位、电导率等过程数据和燃料电池系统所 处的正在自检、自检成功、自检失败、正在启动、启动成功、启动失败、正在关机、关机成功、 关机失败等运行状态,以及针对该故障时的维修建议与措施;按键模块由“上”、“下”、“中”、 “左”、“右”、“诊断”、“清除”、“修改” 8个按键组成,与微控制器(MCU)的I/O 口相连,工作 人员通过按下相应的按键进入LCD的显示界面进行诊断结果的查询、修改、清除、存储和设 置;声光报警电路由多个发光二极管和一个蜂鸣器组成,与微控制器(MCU)的I/O 口相连, 当诊断核心单元中的微控制器(MCU)检测出燃料电池系统出现故障时,控制I/O 口的输出 高电平驱动相应的发光二极管和蜂鸣器进行报警提示直到故障被完全消除或隔离。本专利技术还提供一种燃料电池系统的故障诊断装置智能诊断方法,其故障诊断装置 由通信单元、诊断核心单元和人机交换单元构成,其智能诊断方法是故障诊断装置通过与 燃料电池系统的主控制器和巡检单元进行CAN通信获取各种过程参数、运行状态和自诊断 信息,采用逻辑判断和信息融合方法进行燃料电池系统的传感器、执行器、主控制器、巡检 单元和电堆的离线和在线诊断,通过GPRS或以太网将故障诊断结果和故障参数等发送给 远程监控中心,通过USB或SCI将故障诊断结果和故障参数等发送给现场的上位机,并利用 IXD进行显示,其中在进行离线诊断时,故障诊断装置通过CAN模块向主控制器和巡检单元发送自 诊断请求信号,接收到自诊断请求信号后,主控制器和巡检单元向故障诊断装置发送自诊 断应答信号,并将各自自诊断时存储在EEPROM中的故障码、故障时间、电压、电流、温度、压 力、流量、液位、电导率等故障过程参数和当时的燃料电池系统正在自检、自检成功、自检失败、正在启动、启动成功、启动失败、正在关机、关机成功、关机失败等工作状态,以及最低10 片单片电池电压值及其片号发送给故障诊断装置;在进行在线诊断时,故障诊断装置通过CAN总线与主控制器和巡检单元进行相 连,直接侦听它们相互之间通信或发送给整车控制器的电压、电流、温度、压力、流量、液位、 电导率等各种过程参数,系统正在自检、自检成功、自检失败、正在启动、启动成功、启动失 败、正在关机、关机成功、关机失败等运行状态信息,以及各种单片电池电压值,通过阀值判 断和多传感器信息融合方法进行传感器、执行器、主控制器、巡检单元和电堆的故障诊断, 通过GPRS或以太网通信将故障诊断结果发送给远程监控中心,通过SCI或USB发送给现场 中的上位机,并通过LCD进行显示并给出维修建议与措施;上述故障诊断装置在对燃料电池系统进行离线诊断时,故障诊断装置与燃料电池 系统的主控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统的故障诊断装置,它包括通信单元、诊断核心单元和人机交互单元,其特征在于:通信单元:作为整个装置的信息交互窗口,通过光纤CAN或双绞线CAN总线与燃料电池系统的主控制器和巡检单元相连,接收主控制器发送的实时电压、电流、压力、流量、温度、液位、电导率过程参数和燃料电池系统的启停、自检运行状态信息,以及接收来自巡检单元的单片电池电压信息,通过GPRS或以太网和远程监控中心相连,并向其发送这些实时过程参数、运行状态和最终故障诊断结果,通过USB总线或串口线与现场监控和诊断用的上位机相连,向其发送上述过程参数、运行状态和最终故障诊断结果;诊断核心单元:通过数据总线、地址总线、I/O口、读写信号引脚和外设功能引脚与通信单元的接口电路相连,通过融合主控制器和巡检单元发送过来的各种信息,结合事先制定的诊断策略和检测方法推导出燃料电池系统的传感器、执行器、主控制器、巡检单元和电堆的故障诊断结论,存储故障代码以及出现故障时的各种故障征兆信息和故障时间;人机交互单元:通过I/O口与诊断核心单元的微控制器相连,当燃料电池系统出现故障时显示故障代码、故障时间、维修建议和措施,以及此时的一组故障征兆参数和系统运行状态,并进行声光报警提示,当接收用户的按键设置命令时进行故障码的设置、存储、修改和清除操作。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:全书海全睿黄亮谢长君陈启宏石英邓坚孙晓明张立炎赵垒戴耀辉
申请(专利权)人:武汉理工大学
类型:发明
国别省市:83

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1