具有按优先顺序仲裁的堆供电的燃料电池监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及具有按优先顺序仲裁的堆供电的燃料电池监测装置。具体地，提供了一种监测燃料电池组中的燃料电池的系统。该系统包括：与燃料电池组中的燃料电池联接的多个电压传感器，其中每个传感器监测燃料电池的不同电压，并且其中较低优先级的电压传感器监测较高电压，较高优先级的传感器监测较低电压。该系统还包括多个振荡器，其中每个传感器联接到单独的振荡器。每个振荡器以不同频率操作，其中较高频率的振荡器与较低优先级的传感器联接，较低频率的振荡器与较高优先级的传感器联接。从振荡器接收频率信号并且响应于该频率信号而接通和断开的光源。光管接收来自光源的开关的光信号，并在该光管的端部处提供一定频率的光信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及用于监测燃料电池堆中的低性能燃料电池的系统，更特别的，涉及用于监测燃料电池堆中的低性能燃料电池的这样的系统，其中该系统包括用于检测燃料电池的某种状况的传感器，例如电压传感器，并且其中感测到的信号操作振荡器，该振荡器的振荡频率由感测到的状况的严重性来确定。
技术介绍
氢气是一种非常有吸引力的燃料，这是因为其清洁并能用于在燃料电池中有效地产生电。氢燃料电池是包括阳极、阴极、以及在它们之间的电解质的电化学装置。阳极接收氢气，阴极接收氧气或空气。氢气在阳极内分解，从而产生自由的质子和电子。质子穿过电解质到达阴极。质子与阴极内的氧气和电子进行反应从而产生水。来自阳极的电子不能穿过电解质，因此在被送至阴极之前被引导经过负载以进行工作。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种用于汽车的、受欢迎的燃料电池。PEMFC通常包括固态聚合物电解质质子导电膜，例如聚氟磺酸膜。阳极和阴极通常包括支撑在碳颗粒上并与离聚物进行混合的细碎的催化剂颗粒，通常是钼(Pt)。该催化混合物沉积在膜的相对侧上。阳极催化剂混合物、阴极催化剂混合物和膜的组合限定了膜电极组件(MEA)。MEA 在制造上相对昂贵，并要求某些特定条件以便用于有效操作。通常通过串联联接将一些燃料电池组合在燃料电池堆中以产生期望的功率。例如，用于车辆的典型的燃料电池堆可以具有两百个或更多个堆叠的燃料电池。燃料电池堆接收阴极输入反应气体，通常为通过压缩机而强制经过所述堆的空气流。并非所有的氧气被堆消耗，一些空气作为阴极排气而输出，该排气可以包括作为堆副产品的水。燃料电池堆还接收流入到堆的阳极侧中的阳极氢反应气体。该堆还包括冷却流体流经的流动通道。燃料电池堆包括定位在所述堆内的若干MEA之间的一系列双极板，其中这些双极板和MEA都定位于两个端板之间。双极板包括用于堆中相邻燃料电池的阳极侧和阴极侧。 在双极板的阳极侧上提供阳极气体流动通道，该通道使阳极反应气体流至各个MEA。在双极板的阴极侧上提供阴极气体流动通道，该通道使阴极反应气体流至各个MEA。一个端板包括阳极气体流动通道，且另一个端板包括阴极气体流动通道。双极板和端板都由导电材料制成，例如不锈钢或导电复合物。端板将由燃料电池产生的电传导至堆外。双极板还包括冷却流体流经的流动通道。随着燃料电池堆的老化，堆中的单独电池的性能由于各种不同的因素而不同程度地退化。存在导致低性能电池的不同起因，例如电池溢流、催化剂损耗等等，一些是暂时性的而一些则是永久性的、一些需要维护而一些则需要堆的更换，从而换掉那些低性能电池。 尽管燃料电池以串联形式电联接，但是当负载并联联接到堆上时，每个电池的电压降低得不同，其中那些低性能的电池具有较低的电压。因此，需要监测堆中的燃料电池的电池电压，从而保证电池电压不会降低到预定阈值电压以下，以防止可能会导致电池永久损坏的电池电压的极性反转。通常，对燃料电池堆中每个燃料电池的电压输出进行监测，使得系统知道燃料电池的电压是否太低，该电压太低表示可能有故障。正如在本领域中所理解的那样，由于全部的燃料电池以串联形式电联接，所以如果堆中一个燃料电池失效，那么整个堆将失效。可以对失效的燃料电池进行某些补救措施作为临时的解决方案直到燃料电池车辆能够被维修时为止，例如增加氢气的流量和/或增加阴极的化学计量值。通常通过电池电压监测子系统来测量燃料电池的电压，以测量每个电池的正极侧和负极侧之间的电压降，该子系统包括电连接至堆中的每个双极板或者一些双极板，以及电连接至堆的端板。因此，400个电池的堆可以包括与该堆相连的401根导线。由于部件的尺寸、部件的公差、部件的数量等等原因，所以在这种具有很多燃料电池的堆中提供物理连接到每个双极板是不现实的，并且部件的数量也增加了成本并降低了系统的可靠性。如以上所讨论的那样，本领域公知的是，对燃料电池堆中的燃料电池的电信号进行处理以确定燃料电池堆是否按照要求工作。由于与监测每个电池相关联的成本，所以通常每隔一个电池来进行电信号的处理。此外，难以在监测每个电池的可用空间内提供必需的部件。为了消除使用多根互连导线将燃料电池测量电路连接到燃料电池堆的必要性，期望将这种测量电路直接嵌入到燃料电池堆组件的结构中。这种嵌入式测量电路不会显著增加成本，并使得每个燃料电池都可以被监测。
技术实现思路
根据本专利技术的教导，公开了一种监测燃料电池组中的燃料电池的系统。该系统包括与燃料电池组中的燃料电池联接的多个电压传感器，其中每个传感器监测燃料电池的不同电压，并且其中较低优先级的电压传感器监测较高电压，且较高优先级的传感器监测较低电压。该系统还包括多个振荡器，其中所述传感器中的每一个联接单独的振荡器。每个振荡器以不同频率操作，其中较高频率的振荡器联接至较低优先级的传感器，较低频率的振荡器联接至较高优先级的传感器。该系统还包括从振荡器接收频率信号的光源，例如LED， 其中光源响应于频率信号而接通和断开，较低频率的信号控制光源的开关。光管接收来自光源的开关的光信号，并在光管的端部处提供一定频率的光信号。光电探测器检测光管端部处的光信号。本专利技术还包括以下技术方案技术方案1. 一种用于监测燃料电池组中的燃料电池的系统，所述系统包括多个传感器，所述多个传感器与所述燃料电池组中的燃料电池联接，每个传感器监测所述燃料电池的不同状态，所述传感器具有优先顺序，其中较低优先级的传感器检测较低优先级的状态，较高优先级的传感器检测较高优先级的状态；多个振荡器，其中所述传感器中的每一个联接单独的振荡器，每个振荡器以不同频率操作，其中较高频率的振荡器与较低优先级的传感器相联接，且较低频率的振荡器与较高优先级的传感器相联接；光源，所述光源从所述振荡器接收频率信号，并且所述光源响应于所述频率信号而接通和断开，其中较低频率的信号支配所述光源的开关；以及光管，所述光管接收来自所述光源的开关的光信号，并且在所述光管的端部处提供开关的光信号。技术方案2.根据技术方案1所述的系统，进一步包括用于检测在所述光管的端部处提供的所述光信号的光电探测器；用于放大来自所述光电探测器的电压信号的放大器；以及从所述放大器接收经放大的电压信号的阈值探测器，所述阈值探测器使超过预定阈值的电压信号通过。技术方案3.根据技术方案1所述的系统，其中，所述传感器为用于测量所述燃料电池的电压的电压传感器。技术方案4.根据技术方案3所述的系统，其中，较低优先级的电压传感器检测较高的电池电压，并且较高优先级的电压传感器检测较低的电压。技术方案5.根据技术方案1所述的系统，进一步包括功率转换器，所述功率转换器由被监测的所述燃料电池进行供电，所述功率转换器将经调节的功率信号提供至所述传感器、所述振荡器和所述光源。 技术方案6.根据技术方案1所述的系统，其中，所述传感器选自由温度传感器、湿度传感器和高频电阻传感器构成的组。技术方案7.根据技术方案1所述的系统，其中，所述燃料电池组是燃料电池堆中的多个燃料电池组中的一组，其中每个燃料电池组都包括用于监测该组中的燃料电池的系统，所述光管从所有的所述燃料电池组中的光源接收开关的光信号，其中具有较低开关频率的光信号在所述光管中占支配地位。技术方案8.根据技术方案1所述的系统，其中，所述光源是发光二极管。技术方案9.根据技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于监测燃料电池组中的燃料电池的系统，所述系统包括：多个传感器，所述多个传感器与所述燃料电池组中的燃料电池联接，每个传感器监测所述燃料电池的不同状态，所述传感器具有优先顺序，其中较低优先级的传感器检测较低优先级的状态，较高优先级的传感器检测较高优先级的状态；多个振荡器，其中所述传感器中的每一个联接单独的振荡器，每个振荡器以不同频率操作，其中较高频率的振荡器与较低优先级的传感器相联接，且较低频率的振荡器与较高优先级的传感器相联接；光源，所述光源从所述振荡器接收频率信号，并且所述光源响应于所述频率信号而接通和断开，其中较低频率的信号支配所述光源的开关；以及光管，所述光管接收来自所述光源的开关的光信号，并且在所述光管的端部处提供开关的光信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：D·D·里，M·F·扎维萨，K·L·凯，R·S·福利，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US