本发明专利技术涉及一种质子交换膜燃料电池双机备份控制器，主控制器处理器和从控制器处理器均与电源模块、数据存储模块、主从控制器切换模块连接，主控制器处理器还与从控制器处理器、通信模块连接，主从控制器切换模块与数据采集模块、驱动输出模块连接；其方法包括以下步骤：主控制器处理器实时监控燃料电池设备并定期将燃料电池传感器数据发送至从控制器处理器进行备份；当主控制器处理器故障时，从控制器处理器经主从控制器切换模块将燃料电池传感器信息进行备份并关闭设备。本发明专利技术采用双机备份冗余设计，当主控制器发生故障，从控制器能够实时接替，完成必要控制工作，从而避免系统处于失控状态，具有性能稳定，可靠性强的特点。
【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池双机备份控制器及其控制方法
本专利技术涉及一种燃料电池发电系统用控制器及其控制方法，具体属于质子交换膜燃料电池控制
技术介绍
质子交换膜燃料电池系统（简称：PEMFC）是一个多输入多输出的复杂电化学装置，燃料电池一般是由数百片单体电池串联而成。单体电池的电压直接反应电池堆工作状态，反应气体的压力、湿度、电池堆内部温度等工作条件直接影响电池堆的性能和寿命。在PEMFC系统运行的过程中，燃料电池控制器能够实时检测和控制这些物理量，根据电池的实际运行状态提供所需的原料和合适的环境，保证燃料电池可靠高效地运行。燃料电池系统，很多时候都需要24小时不间断地开机运行。在控制器设计时就需要考虑如何有效保证控制器能够安全可靠地长时间连续运行。目前随着现代微电子技术的发展，CPU控制芯片虽然可靠性很高，平均无故障间隔时间高达几万甚至几十万小时，但都难以保证在运行中没有任何故障出现，尤其是在长时间连续运行中出现高温、电磁干扰或其他环境因素的影响，更容易造成CPU故障，从而导致控制器瘫痪。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种性能稳定、接口资源丰富、体积小的质子交换膜燃料电池双机备份控制器及其控制方法，以克服传统燃料电池控制器所存在缺陷。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池双机备份控制器，主控制器处理器和从控制器处理器均与电源模块、数据存储模块、主从控制器切换模块连接，主控制器处理器还与从控制器处理器、通信模块连接，主从控制器切换模块与数据采集模块、驱动输出模块连接；电源模块用于给主控制器处理器、从控制器处理器、数据采集模块、驱动输出模块、主从控制器切换模块以及燃料电池的传感器供电；主控制器处理器用于根据燃料电池的传感器信息控制燃料电池设备保持正常工作；接收来自数据采集模块经主从控制器切换模块传送的燃料电池传感器信息，并发送设备控制信号经主从控制器切换模块至驱动输出模块；从控制器处理器用于监测主控制器处理器和传感器数据的实时备份，在主控制器处理器故障时代替其工作并关闭燃料电池设备，接收来自数据采集模块经主从控制器切换模块传送的燃料电池传感器信息，并发送设备控制信号经主从控制器切换模块至驱动输出模块；主从控制器切换模块用于主控制器处理器和从控制器处理器与数据采集模块、驱动输出模块通信的切换。所述数据采集模块包括开关量采集模块和模拟量采集模块，用于采集燃料电池温度传感器和差压传感器的数据。所述驱动输出模块包括模拟量输出模块和开关量输出模块，用于控制燃料电池的储氢罐储氧罐的减压阀、气泵的减压阀、水泵的电磁阀、进氧进氢排氧排氢清扫电磁阀。所述通信模块包括串口通信模块、CAN通信模块和USB通信模块。所述数据存储模块包括两个数据存储卡，分别与主控制器处理器、从控制器处理器连接。一种质子交换膜燃料电池双机备份控制方法，包括以下步骤：主控制器处理器实时监控燃料电池设备并定期将燃料电池传感器数据发送至从控制器处理器进行备份；从控制器处理器定期向主控制器处理器发送查询码，主控制器处理器接收到查询码后回复应答码给从控制器处理器；从控制器处理器根据应答码判断主控制器处理器是否正常运行；若在规定时间内没有得到主控制器处理器的应答或者得到的应答有误，则认为主控制器处理器出现1次故障；若主控制器处理器运行故障次数超过设定值，则认为主控制器处理器失效，则从控制器处理器对主从控制器切换模块进行选通，获得数据采集模块、驱动输出模块的使用权，将燃料电池传感器信息进行备份并关闭设备。所述主控制器处理器接收到查询码后回复应答码给从控制器处理器包括以下步骤：主控制器处理器在接收到查询码后对该查询码进行移位，与设定值进行与或非操作，并产生应答码回复给从控制器处理器。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.本专利技术燃料电池控制器，采用双机备份冗余设计，当主控制器发生故障，从控制器能够实时接替，完成必要控制工作，从而避免系统处于失控状态，具有性能稳定，可靠性强的特点。2.本专利技术的燃料电池控制器主从控制器共享外设接口，节省了硬件资源，使得双机备份控制器具有体积小，功耗低的特点。3.本专利技术的燃料电池控制器模拟量采集单元设置拨码开关，可采集电流信号以及电压信号，使用单独处理器来进行AD转换处理，接口拓展性强，检测精度高。4.本专利技术采用双机备份冗余设计是一种非常有效的解决控制器故障的方法。当主控制器发生故障，从控制器能够实时自动接替，完成必要控制，从而避免系统处于失控状态，引发安全事故。这种控制方式具有安全可靠，不用人工干预等优点。附图说明图1本专利技术的燃料电池电池控制器框架图。图2本专利技术的主从控制器硬件资源共享原理示意图。图3本专利技术的主从控制器软件构架示意图一。图4本专利技术的主从控制器软件构架示意图二。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。一种质子交换膜燃料电池双机备份控制系统，它包括电源模块1，主控制器处理器2，从控制器处理器3，数据采集模块4，驱动输出模块5，通信模块6，数据存储模块7和主从控制器切换模块8。所述电源模块1分别与数据采集模块、处理器模块、通讯模块、数据存储模块连接，为四个模块提供工作电压，保证燃料电池控制器正常工作。所述控制器处理器包括主控制器处理器2和从控制器处理器3。处理器是整个控制系统的核心模块，它接受检测信息，根据得到的信息进行相应的处理和控制操作，考虑到处理器编程方便，主控制器处理器和从控制器处理器都采用ARM7内核的微控制器LPC2478，从控制器处理器通过I2C通信接口监视主控制器处理器运行状态。所述数据采集模块4由模拟量采集模块和开关量采集模块两部分组成，负责将外部传感器模拟量信号和开关量信号采集并传送至控制系统处理器。外部传感器包括燃料电池的电流传感器、电压传感器、温度传感器、压力传感器等。负责采集燃料电池的电压和电流、温度传感器、差压传感器等。所述驱动输出模块5由模拟量输出模块和开关量输出模块两部分组成，在控制器处理器的控制下可以提供0～5V模拟量、4～20mA模拟量和24V开关量输出。所述通讯模块6，接收微控制器模块发来的信息，并发送给外部通讯设备，同时接收外部通讯设备发来的指令信息，转发到处理器模块处理。还通过RS232接口接收燃料电池巡检仪的检测数据。所述数据存储模块7在控制器处理器工作时将系统状态信息以及故障信息写入SD卡存储器，便于上位机进行存储信息读取。主控制器处理器2写入与其连接的SD存储器的内容包括数据采集模块4获得的电压、电流、温度、压力差数据、经通讯模块6燃料电池巡检仪获得的单体电池的电压、电流数据。从控制器处理器3写入与其连接的SD存储器的内容包括数据采集模块4获得的电压、电流、温度、压力差数据，主控制器处理器正常工作时通过I2C传递给从控制器处理器的燃料电池巡检仪获得的单体电池的电压、电流数据。所述主从控制器切换模块8，从控制器处理器3和主控制器处理器2通过I2C通信接口相连，监视主控制器处理器2工作状态，当主控制器处理器发生故障时，从控制器获取共享外设资源，对突发事件紧急处理，完成必要控制功能，以保证系统安全。如附图1所示，本专利技术提出的燃料电池双机备份控制系统由电源模块1，主控制器处理器2，从控制器处理器3，数据采集模块4，驱动输出模块5，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种质子交换膜燃料电池双机备份控制器，其特征在于：主控制器处理器（2）和从控制器处理器（3）均与电源模块（1）、数据存储模块（7）、主从控制器切换模块（8）连接，主控制器处理器（2）还与从控制器处理器（3）、通信模块（6）连接，主从控制器切换模块（8）与数据采集模块（4）、驱动输出模块（5）连接；电源模块（1）用于给主控制器处理器（2）、从控制器处理器（3）、数据采集模块（4）、驱动输出模块（5）、主从控制器切换模块（8）以及燃料电池的传感器供电；主控制器处理器（2）用于根据燃料电池的传感器信息控制燃料电池设备保持正常工作；接收来自数据采集模块（4）经主从控制器切换模块（8）传送的燃料电池传感器信息，并发送设备控制信号经主从控制器切换模块（8）至驱动输出模块（5）；从控制器处理器（3）用于监测主控制器处理器（2）和传感器数据的实时备份，在主控制器处理器（2）故障时代替其工作并关闭燃料电池设备，接收来自数据采集模块（4）经主从控制器切换模块（8）传送的燃料电池传感器信息，并发送设备控制信号经主从控制器切换模块（8）至驱动输出模块（5）；主从控制器切换模块（8）用于主控制器处理器（2）和从控制器处理器（3）与数据采集模块（4）、驱动输出模块（5）通信的切换。...
【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池双机备份控制器，其特征在于：主控制器处理器（2）和从控制器处理器（3）均与电源模块（1）、数据存储模块（7）、主从控制器切换模块（8）连接，主控制器处理器（2）还与从控制器处理器（3）、通信模块（6）连接，主从控制器切换模块（8）与数据采集模块（4）、驱动输出模块（5）连接；电源模块（1）用于给主控制器处理器（2）、从控制器处理器（3）、数据采集模块（4）、驱动输出模块（5）、主从控制器切换模块（8）以及燃料电池的传感器供电；主控制器处理器（2）用于根据燃料电池的传感器信息控制燃料电池设备保持正常工作；接收来自数据采集模块（4）经主从控制器切换模块（8）传送的燃料电池传感器信息，并发送设备控制信号经主从控制器切换模块（8）至驱动输出模块（5）；从控制器处理器（3）用于监测主控制器处理器（2）和传感器数据的实时备份，在主控制器处理器（2）故障时代替其工作并关闭燃料电池设备，接收来自数据采集模块（4）经主从控制器切换模块（8）传送的燃料电池传感器信息，并发送设备控制信号经主从控制器切换模块（8）至驱动输出模块（5）；主从控制器切换模块（8）用于主控制器处理器（2）和从控制器处理器（3）与数据采集模块（4）、驱动输出模块（5）通信的切换。2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池双机备份控制器，其特征在于：所述数据采集模块（4）包括开关量采集模块和模拟量采集模块，用于采集燃料电池温度传感器和差压传感器的数据。3.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池双机备份控制器，其特征在于：所述驱动输出模块（5）包括模拟量输出模块和开关量输出模块，用...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁学庆，李博，王海涛，杨月政，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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