用于改善的堆健康監(jiān)測(cè)可靠性的冗余的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于改善的堆健康監(jiān)測(cè)可靠性的冗余。一種健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其用于使用當(dāng)前燃料電池架構(gòu)的燃料電池堆，以使電子控制單元（ECU）盡管發(fā)生部件故障也能繼續(xù)監(jiān)測(cè)燃料電池堆的健康。這個(gè)系統(tǒng)使用嵌入式測(cè)量模塊（EMM），該模塊連接到燃料電池堆中的一組燃料電池以監(jiān)測(cè)該組燃料電池的健康。EMM產(chǎn)生被發(fā)送給ECU的脈寬調(diào)制信號(hào)。該組燃料電池的總電壓值被嵌入到標(biāo)定信號(hào)或幀序列的結(jié)尾。ECU使用算法通過(guò)求和每個(gè)燃料電池的報(bào)告它們電壓的累積值并從在幀序列的結(jié)尾中找到的總電壓值中減去該值來(lái)確定在至少一個(gè)燃料電池的部件故障的情況下該燃料電池的缺失電壓。
【專利說(shuō)明】用于改善的堆健康監(jiān)測(cè)可靠性的冗余
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明總體涉及監(jiān)測(cè)燃料電池堆中的燃料電池電壓的方法和裝置，并且更具體地涉及使監(jiān)測(cè)電路中的連接器和部件故障對(duì)用戶來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)但不丟失該故障連接器或部件被設(shè)計(jì)提供的信息。而且，該方法和裝置用于實(shí)現(xiàn)用于監(jiān)測(cè)電路測(cè)量的冗余功率供應(yīng)和接地連接。
[0002]燃料電池通過(guò)反應(yīng)物的電化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生能量并且因此產(chǎn)生電流。典型的燃料電池構(gòu)造包括聚合物膜(例如，質(zhì)子交換膜(PEM))，該聚合物膜在兩側(cè)帶有催化劑層以促進(jìn)氫和氧的相應(yīng)的氧化和還原。額外的部件，包括設(shè)置成靠在相應(yīng)的催化劑層上的一對(duì)氣體擴(kuò)散介質(zhì)層和放置在氣體擴(kuò)散介質(zhì)層外部的陰極和陽(yáng)極雙極板；這些雙極板限定了其內(nèi)的流道，以便于將外部提供的反應(yīng)物引入到催化劑覆蓋的PEM。各種不同的部件被壓在一起以形成燃料電池。為了增加功率輸出，數(shù)個(gè)燃料電池被布置在一起以形成燃料電池堆。
[0003]燃料電池堆被通過(guò)一組診斷連接器監(jiān)測(cè)以發(fā)現(xiàn)它們的電力能力，這些連接器被附接到燃料電池堆內(nèi)的每個(gè)燃料電池的雙極板。嵌入式測(cè)量模塊(EMM)，通過(guò)診斷連接器，監(jiān)測(cè)每個(gè)燃料電池的電壓并將該健康狀況報(bào)告給車輛電子控制單元(ECU)。
[0004]這種方法的問(wèn)題是EMM不能解決可能出現(xiàn)的任何故障模式，這使得該系統(tǒng)易受診斷連接器和部件故障的傷害。而且，如果為EMM供能的診斷連接器發(fā)生故障，EMM將不向車輛E⑶提供關(guān)于任一燃料電池的任何信息。需要一種方法來(lái)規(guī)避這些故障以得到所需要的數(shù)據(jù)來(lái)監(jiān)測(cè)燃料電池堆的健康。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述和其它的問(wèn)題，本公開(kāi)改進(jìn)了脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)的幀序列的結(jié)尾以在發(fā)生連接或部件故障的情況下提供新數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集將被用于計(jì)算連接到EMM的每個(gè)燃料電池的電壓。幀序列的結(jié)尾的角色是提供標(biāo)定信號(hào)以及指示數(shù)據(jù)流的開(kāi)始。在優(yōu)選的實(shí)施例中，幀序列的結(jié)尾被改進(jìn)以添加被連接到EMM的全部燃料電池的總電壓值。在發(fā)生連接或部件故障的情況下，被報(bào)告的全部燃料電池電壓的和被從總電壓值中減去以發(fā)現(xiàn)由于故障而缺失的燃料電池電壓。而且，冗余或替換的功率和接地連接被添加到當(dāng)前EMM架構(gòu)從而克服在主功率或接地連接中的故障。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，公開(kāi)了冗余健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用帶有電池電壓監(jiān)測(cè)電路和多個(gè)診斷連接器的EMM。多個(gè)診斷連接器被聯(lián)接到基體并被電連接到燃料電池堆中的多個(gè)燃料電池。電池電壓監(jiān)測(cè)電路被構(gòu)造成發(fā)出多個(gè)脈沖和幀序列的結(jié)尾給接收器電路。多個(gè)脈沖中的每一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)燃料電池堆中的多個(gè)燃料電池中的各個(gè)燃料電池的各自電壓。幀序列的結(jié)尾指示多個(gè)脈沖的開(kāi)始以及被連接到EMM的多個(gè)燃料電池的總電壓。帶有被編程在其內(nèi)的算法的中央處理單元對(duì)各自的電壓進(jìn)行求和并且該和被從總電壓中減去以確定至少一個(gè)燃料電池的缺失電壓。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，公開(kāi)了燃料電池堆的冗余健康監(jiān)測(cè)的方法。該方法須要提供一種EMM，其被電連接到燃料電池堆中的多個(gè)燃料電池。EMM發(fā)出多個(gè)脈沖，其中該多個(gè)脈沖中的每個(gè)脈沖指示燃料電池堆內(nèi)的多個(gè)燃料電池中的各個(gè)燃料電池的各自電壓。幀序列的結(jié)尾被定義為指示多個(gè)脈沖的開(kāi)始，以及被連接到嵌入式測(cè)量模塊的多個(gè)燃料電池的總電壓。使用算法計(jì)算對(duì)應(yīng)燃料電池堆中的至少一個(gè)燃料電池的缺失電壓值。每個(gè)燃料電池的各自電壓被相加得到各自電壓的和并且該和被從總電壓中減去以確定缺失電壓值。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，公開(kāi)了燃料電池堆的冗余健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用帶有電池電壓監(jiān)測(cè)電路和多個(gè)診斷連接器的EMM。多個(gè)診斷連接器被聯(lián)接到基體并被電連接到燃料電池堆中的多個(gè)燃料電池。電池電壓監(jiān)測(cè)電路被構(gòu)造成光學(xué)地發(fā)出多個(gè)脈沖和幀序列的結(jié)尾給接收器電路。多個(gè)脈沖中的每一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)燃料電池堆中的多個(gè)燃料電池中的各個(gè)燃料電池的各自電壓。幀序列的結(jié)尾指示多個(gè)脈沖的開(kāi)始以及被連接到EMM的多個(gè)燃料電池的總電壓。帶有被編程在其內(nèi)的算法的中央處理單元對(duì)各自的電壓進(jìn)行求和并且該和被從總電壓中減去以確定至少一個(gè)燃料電池的缺失電壓。EMM具有主功率源和冗余或替換功率源。冗余功率源被構(gòu)造成使用被電連接到來(lái)自多個(gè)診斷連接器中的單獨(dú)的診斷連接器的至少一個(gè)二極管來(lái)給EMM提供替換功率源。嵌入式測(cè)量模塊還具有主接地連接和冗余或替換接地連接。冗余接地連接被電連接到來(lái)自多個(gè)診斷連接器中的至少一個(gè)單獨(dú)的診斷連接器來(lái)給EMM提供替換接地源。
[0009]本申請(qǐng)還提供了如下方案:
方案1.一種用于燃料電池堆的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:
嵌入式測(cè)量模塊，其包括:
電池電壓監(jiān)測(cè)電路，其包括:
通信模塊；以及
脈沖產(chǎn)生器，其構(gòu)造成發(fā)送多個(gè)脈沖和幀序列的結(jié)尾給接收器電路，在多個(gè)脈沖中的每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)在燃料電池堆中的每個(gè)燃料電池的各自電壓，幀序列的結(jié)尾指示多個(gè)脈沖的開(kāi)始以及連接到嵌入式測(cè)量模塊的多個(gè)燃料電池的總電壓；以及多個(gè)診斷連接器，其聯(lián)接到基體并電連接到多個(gè)燃料電池；以及中央處理單元，其具有編程在其內(nèi)的算法，使得每個(gè)燃料電池的各自電壓被相加得到各自電壓的和，該和被從總電壓減去以確定至少一個(gè)燃料電池的缺失電壓。
[0010]方案2.如方案I所述的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中通信模塊光學(xué)地與接收器電路通信。
[0011]方案3.如方案I所述的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中通信模塊電地與接收器電路通信。
[0012]方案4.如方案I所述的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中通信模塊使用無(wú)線電波與接收器電路通/[目O
[0013]方案5.如方案I所述的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中嵌入式測(cè)量模塊具有替換功率源，該替換功率源使用至少一個(gè)二極管電連接到來(lái)自多個(gè)診斷連接器的單獨(dú)的診斷連接器。
[0014]方案6.如方案I所述的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中嵌入式測(cè)量模塊具有替換接地連接，該替換接地連接電連接到來(lái)自多個(gè)診斷連接器的至少一個(gè)單獨(dú)的診斷連接器。
[0015]方案7.如方案I所述的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中基體是印刷電路板。
[0016]方案8.—種燃料電池堆的冗余健康監(jiān)測(cè)的方法，該方法包括:
提供嵌入式測(cè)量模塊，其包括多個(gè)診斷連接器，所述診斷連接器與燃料電池堆中的多個(gè)燃料電池電連接；
接收來(lái)自嵌入式測(cè)量模塊的多個(gè)脈沖，其中多個(gè)脈沖中的每個(gè)脈沖指示燃料電池堆中的多個(gè)燃料電池中的各個(gè)燃料電池的各自電壓；
定義幀序列的結(jié)尾，其指示多個(gè)脈沖的開(kāi)始，以及被連接到嵌入式測(cè)量模塊的多個(gè)燃料電池的總電壓；以及
使用算法計(jì)算對(duì)應(yīng)于多個(gè)燃料電池中的至少一個(gè)燃料電池的缺失電壓值，其中每個(gè)燃料電池的各自電壓被相加以得到各自電壓的和，并且該和被從總電壓減去以確定缺失電壓值。
[0017]方案9.如方案8所述的方法，還包括光學(xué)地接收多個(gè)脈沖。
[0018]方案10.如方案8所述的方法，還包括電地接收多個(gè)脈沖。
[0019]方案11.如方案8所述的方法，還包括使用無(wú)線電波接收多個(gè)脈沖。
[0020]方案12.如方案8所述的方法，還包括提供替換功率源給嵌入式測(cè)量模塊，該替換功率源使用至少一個(gè)二極管電連接到來(lái)自多個(gè)診斷連接器的單獨(dú)的診斷連接器。
[0021]方案13.如方案8所述的方法，還包括提供替換接地連接，其電連接到來(lái)自多個(gè)診斷連接器的至少一個(gè)單獨(dú)的診斷連接器。
[0022]方案14.一種用于燃料電池堆的冗余健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:
嵌入式測(cè)量模塊，其包括:
多個(gè)診斷連接器，其聯(lián)接到基體并電連接到多個(gè)燃料電池；
電池電壓監(jiān)測(cè)電路，其包括:
計(jì)算模塊，其構(gòu)造成光學(xué)地與接收器電路通信；以及
脈沖產(chǎn)生器，其構(gòu)造成發(fā)送多個(gè)脈沖和幀序列的結(jié)尾給接收器電路，在多個(gè)脈沖中的每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)在燃料電池堆中的每個(gè)燃料電池的各自電壓，幀序列的結(jié)尾指示多個(gè)脈沖的開(kāi)始以及連接到嵌入式測(cè)量模塊的多個(gè)燃料電池的總電壓；以及
中央處理單元，其具有編程在其內(nèi)的算法，使得每個(gè)燃料電池的各自電壓被相加得到各自電壓的和，該和被從總電壓減去以在多個(gè)診斷連接器中之一出現(xiàn)故障時(shí)確定至少一個(gè)燃料電池的缺失電壓；
冗余功率源，包括至少一個(gè)二極管，該二極管電連接到來(lái)自多個(gè)診斷連接器的至少一個(gè)單獨(dú)的診斷連接器以在主功率源出現(xiàn)故障時(shí)提供替換功率源；以及
冗余接地連接，其電連接到來(lái)自多個(gè)診斷連接器的至少一個(gè)單獨(dú)的診斷連接器以在多個(gè)診斷連接器中之一出現(xiàn)故障時(shí)提供替換接地連接。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是帶有根據(jù)本公開(kāi)的方面的健康監(jiān)測(cè)裝置的燃料電池系統(tǒng)的示意框圖；
圖2描述了包括指數(shù)同步序列和電池電壓脈沖的PWM信號(hào)；以及
圖3描述了在包括指數(shù)同步序列的電池電壓測(cè)量信號(hào)、鋸齒比較信號(hào)和輸出信號(hào)之間的比較。
【具體實(shí)施方式】
[0024]首先參考圖1，示出了燃料電池系統(tǒng)10的示意框圖。燃料電池系統(tǒng)10具有燃料電池堆12，嵌入式測(cè)量模塊(EMM) 26和接收器電路30。在這個(gè)非限定性實(shí)施例中，燃料電池堆12具有多個(gè)堆疊的燃料電池14。EMM26包括堆互連16，其具有多個(gè)診斷連接器18和電池電壓監(jiān)測(cè)電路28。診斷連接器18被安裝到基體并且與多個(gè)雙極板20電接觸，雙極板20將燃料電池堆12中的燃料電池14分開(kāi)。在一個(gè)非限定性實(shí)施例中，堆互連16包括二十個(gè)診斷連接器18。全部二十個(gè)診斷連接器18與十七個(gè)雙極板20接觸，十七個(gè)雙極板20限定十六個(gè)燃料電池14。這使得EMM26能夠監(jiān)測(cè)十六個(gè)燃料電池14的電壓。這些十六個(gè)燃料電池在圖1中被表示為14A-14P并且限定了電池組15。診斷連接器18中的十七個(gè)與十七個(gè)雙極板20接觸。其余的三個(gè)診斷連接器18實(shí)現(xiàn)到十七個(gè)雙極板20中的三個(gè)的冗余連接。在一個(gè)實(shí)施例中，堆互連16是嵌入式互連，其是燃料電池堆12的一部分，但是其它類型的互連也同樣可用。
[0025]EMM26被建立為具有標(biāo)準(zhǔn)二十個(gè)診斷連接器18。燃料電池堆12的架構(gòu)包含三百二十個(gè)燃料電池14。使用偶數(shù)二十個(gè)EMM26來(lái)監(jiān)測(cè)燃料電池堆12，每個(gè)EMM26將監(jiān)測(cè)十六個(gè)燃料電池14，在每個(gè)EMM26上留下三個(gè)診斷連接器18空閑以用于其它目的。
[0026]電池電壓監(jiān)測(cè)電路28包括通信模塊44、功率供應(yīng)48、和脈沖產(chǎn)生器(下面更具體地討論)。通信模塊44在這個(gè)非限制性示例中使用LED來(lái)光學(xué)通信。通信模塊44也可使用電或射頻來(lái)通信。
[0027]功率供應(yīng)48提供了 EMM26運(yùn)行所需的電能。EMM26通過(guò)診斷連接器18中的兩個(gè)專用連接直接從燃料電池堆12得到其功率。一個(gè)連接是用于功率，第二個(gè)是用于接地。在優(yōu)選的實(shí)施例，替換功率源58在發(fā)生連接或部件故障的情況下從燃料電池堆12直接提供功率。替換功率源58通過(guò)多個(gè)引線32中的一個(gè)被從冗余診斷連接器提供。至少一個(gè)二極管59被連接到來(lái)自多個(gè)診斷連接器18的單獨(dú)的診斷連接器并且至少一個(gè)二極管59被從多個(gè)引線32中的一個(gè)連接到功率供應(yīng)48以建立替換功率源58。如在本申請(qǐng)中通篇使用的，替換功率源58也是冗余功率源。
[0028]在優(yōu)選的實(shí)施例中，替換接地連接53被提供以確保EMM26在發(fā)生連接或部件故障的情況下有到大地的連接。替換接地連接53通過(guò)多個(gè)引線32中的一個(gè)被直接從燃料電池14連接。替換接地連接被從冗余診斷連接器提供并直接連接到功率供應(yīng)48。如在本申請(qǐng)中通篇使用的，替換接地連接53也是冗余接地連接。
[0029]電池電壓監(jiān)測(cè)電路28的另一部件是脈沖產(chǎn)生器。脈沖產(chǎn)生器包括多路器34，儀表放大器38，鋸齒波產(chǎn)生器42，計(jì)數(shù)電路36，比較器40，和參考電路50。脈沖產(chǎn)生器的部件將在下面被更具體描述。
[0030]在電池電壓監(jiān)測(cè)電路28中，多個(gè)引線32被電聯(lián)接到堆互連16中的每個(gè)診斷連接器18。引線32的相對(duì)端被電聯(lián)接到多路器34，多路器34在任何給定時(shí)間點(diǎn)選擇性地從診斷連接器18提供兩個(gè)電壓勢(shì)信號(hào)到儀表放大器38。計(jì)數(shù)電路36提供序列信號(hào)給多路器34以使多路器34選擇性地且順序地從引線32中的一個(gè)切換到引線32中的下一個(gè)。多路器34的輸出在儀表放大器38中被放大使得信號(hào)具有的幅值識(shí)別正被測(cè)量的特定燃料電池14的電壓。被放大的電池電壓信號(hào)被提供到比較器40，其將該信號(hào)與由鋸齒波產(chǎn)生器42提供的倒轉(zhuǎn)鋸齒波比較，其中比較器40的輸出是PWM信號(hào)。圖2中示出了 PWM信號(hào)。PWM信號(hào)具有兩個(gè)部分；一系列的幀同步脈沖的結(jié)尾和數(shù)據(jù)流。在數(shù)據(jù)流中的脈沖的寬度定義了電池電壓，這將在下面被具體描述。PWM信號(hào)被提供到通信模塊44，該模塊產(chǎn)生具有由脈沖確定的開(kāi)/關(guān)時(shí)間的通信信號(hào)46。
[0031]數(shù)據(jù)流是脈沖的序列，其中每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)在電池組15中的每個(gè)燃料電池14的電壓測(cè)量。幀序列的結(jié)尾在最后一個(gè)燃料電池14P電壓測(cè)量脈沖之后被引入到PWM信號(hào)中，使得其提供了一個(gè)指示，該指示說(shuō)明在幀序列的結(jié)尾之后的下一脈沖是電池組15中的第一燃料電池14A的電壓測(cè)量脈沖。所討論類型的電池電壓監(jiān)測(cè)電路28按順序地測(cè)量電池組15內(nèi)的多個(gè)燃料電池14的電壓。當(dāng)電池組15中的最后一個(gè)燃料電池14P的電壓被測(cè)量時(shí)，序列返回到電池組15中的第一燃料電池14A并且開(kāi)始測(cè)量電壓，以這種方式按由鋸齒波產(chǎn)生器42設(shè)置的速度順序通過(guò)電池組15。
[0032]圖2是曲線圖，水平軸是時(shí)間，豎直軸是幅值，該曲線圖示出了被從比較器40輸出的類型的PWM信號(hào)60。幀同步脈沖64的結(jié)尾提供了標(biāo)識(shí)方式，該標(biāo)識(shí)方式在被解碼時(shí)提供了接下來(lái)是數(shù)據(jù)流190的指示。電池組中的第一個(gè)電池(參見(jiàn)圖1)將是數(shù)據(jù)流190中的在中貞同步脈沖64的結(jié)尾后的第一個(gè)信號(hào)194,而最后一個(gè)信號(hào)196對(duì)應(yīng)電池組中的最后一個(gè)電池，同時(shí)數(shù)據(jù)流190結(jié)束。幀同步脈沖64的格式或方式在這個(gè)實(shí)施例中是高脈沖66，接著是低脈沖68，再接著是高脈沖66，然后是最后脈沖198 (H-L-H-L)0這種方式被具體選擇以提供幀同步脈沖64的結(jié)尾的所定義序列，該序列在圖1中示出的燃料電池的實(shí)際電壓測(cè)量中非常不可能發(fā)生，因此提供了良好的指示，來(lái)說(shuō)明脈沖是幀同步脈沖64的結(jié)尾。在優(yōu)選的實(shí)施例中，幀同步脈沖64的前三個(gè)結(jié)尾(H -L- H)的脈寬可對(duì)于高脈沖66和低脈沖68來(lái)說(shuō)總是同樣的。在巾貞同步脈沖64的結(jié)尾的最后脈沖198的脈寬可被用于指示電池組的總電壓。最后脈沖198可不具有和前三個(gè)脈沖66和68同樣的脈寬。數(shù)據(jù)流190的脈沖62的脈寬由電池組中的燃料電池的實(shí)際電壓建立，這在下面將被具體討論。
[0033]幀同步脈沖64的結(jié)尾的脈寬可被選擇為使得脈寬幅值是已知的、一致的并且在數(shù)據(jù)流190的任何可能的脈寬之外。在一個(gè)非限定性示例中，高脈沖66的脈寬為1.235V，而低脈沖68的脈寬是-1.235V。由鋸齒波(圖3)提供的調(diào)制建立了 PWM信號(hào)60，使得高電壓具有窄脈寬而低電壓具有寬脈寬。
[0034]在本公開(kāi)中，幀同步脈沖64的結(jié)尾的最后脈沖198的脈寬被改變以指示圖1中的電池組中的全部燃料電池的總電壓測(cè)量?？傠妷簻y(cè)量在幅值方面比數(shù)據(jù)流190中的電池組的任何單個(gè)電壓測(cè)量都大?？傠妷簻y(cè)量的幅值用于兩個(gè)功能。第一個(gè)是傳統(tǒng)的指示數(shù)據(jù)流190的結(jié)尾的功能。第二個(gè)是實(shí)際的、可用的總電壓測(cè)量，該總電壓測(cè)量可由電子控制單元(E⑶)解譯和使用。
[0035]幀同步脈沖64的結(jié)尾可被以任何合適方式添加到PWM信號(hào)60。在燃料電池系統(tǒng)10中，參考電路50產(chǎn)生變?yōu)閹矫}沖64的結(jié)尾的按順序排列的值。在電池組15中的最后一個(gè)燃料電池14P被測(cè)量后，計(jì)數(shù)電路36將來(lái)自參考電路50的信號(hào)按順序排列成PWM信號(hào)60?？傠妷簻y(cè)量被提供給通向多路器34的線52上的一系列引腳，多路器按順序?qū)㈦妷褐堤峁┙o儀表放大器38并然后提供給比較器40。在高脈沖66，低脈沖68和幀同步脈沖的最后脈沖198結(jié)尾之間的區(qū)別由使用鋸齒波70的調(diào)制提供，鋸齒波70在圖3中示出并在下面被更具體討論。
[0036]幀同步脈沖64的結(jié)尾允許電壓測(cè)量被標(biāo)定，在這個(gè)非限定實(shí)施例中，每秒250次。換句話說(shuō)，脈沖為高的時(shí)間量被與高脈沖66比較從而給出會(huì)低于該值的電壓測(cè)量。因?yàn)閹矫}沖64的結(jié)尾的序列代表數(shù)據(jù)流190的開(kāi)始，并且那些傳感器是按燃料電池堆12中的燃料電池14的順序進(jìn)行的，所以每個(gè)脈沖62具體確定了正被監(jiān)測(cè)的電池組15中的哪一個(gè)燃料電池14與脈沖62相關(guān)聯(lián)。[0037]圖3是曲線圖，水平軸是時(shí)間，豎直軸是幅值，該曲線圖示出了比較器40的輸入之間的關(guān)系從而提供了電池電壓測(cè)量信號(hào)的調(diào)制和從通信模塊44輸出的通信信號(hào)46。在圖3的頂部，來(lái)自鋸齒波產(chǎn)生器42的鋸齒波70被示出為疊加在來(lái)自儀表放大器38的電壓信號(hào)72上。電壓信號(hào)72的部分74包括四個(gè)方波脈沖，這些方波脈沖是由參考電路50提供的幀同步脈沖的結(jié)尾。當(dāng)這四個(gè)方波脈沖被鋸齒波70調(diào)制時(shí)，幀同步脈沖的結(jié)尾被產(chǎn)生為如圖2中所示。電壓信號(hào)72的正部分76將變?yōu)橥ㄐ判盘?hào)46的窄寬度脈沖80，而電壓信號(hào)72的負(fù)部分78將變?yōu)橥ㄐ判盘?hào)46的寬寬度脈沖82。
[0038]在優(yōu)選的實(shí)施例中，如果鋸齒波70在幅值方面大于電壓信號(hào)72，那么比較器輸出脈沖62，這使得通信模塊中的LED導(dǎo)電并產(chǎn)生光信號(hào)。這由圖3上的曲線圖的底部示出，其中“I”代表LED開(kāi)啟而“O”代表LED關(guān)閉。特別地，由鋸齒波70提供的角度建立了對(duì)與電壓測(cè)量信號(hào)的幅值相關(guān)的脈沖的寬度的調(diào)制。因此，光學(xué)信號(hào)的脈沖對(duì)于高電壓要比它們用于低電壓時(shí)要窄。當(dāng)電壓脈沖84的幅值升高時(shí)，其由鋸齒波70的更窄部分覆蓋，這建立了光學(xué)信號(hào)中的更窄脈沖。因此，由正被測(cè)量的特定燃料電池的更高電壓代表的電壓脈沖84的幅值越大，用于該電壓測(cè)量的脈沖越窄，這代表了更高的電壓。
[0039]回看圖1，在使用光通信的優(yōu)選實(shí)施例中，接收器電路30包括一系列接收器通道，在通道中存在用于EMM26中每一個(gè)的單個(gè)通道90。每個(gè)通道90包括接收通信信號(hào)46的光電二極管92和將二極管電流轉(zhuǎn)換為代表性電壓的跨阻抗放大器94。來(lái)自跨阻抗放大器94的電壓信號(hào)此后被發(fā)送到比較器96以確定其在期望范圍內(nèi)，并且如果如此，此后就被發(fā)送到主中央處理單元(CPU) 98，該單元接收來(lái)著全部通道90的信號(hào)。CPU98解碼電壓信號(hào)的開(kāi)/閉序列以確定幀同步脈沖64的結(jié)尾，使得每一新組的實(shí)際電壓測(cè)量信號(hào)被重新標(biāo)定到每一測(cè)量的起始標(biāo)定序列。CPU98使用已經(jīng)被解碼的電壓脈沖的寬度來(lái)確定最小電池電壓、最大電池電壓、平均電池電壓、和每個(gè)電池的實(shí)際電壓。這個(gè)信息被提供給雙控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN) 100，該網(wǎng)絡(luò)通過(guò)一系列接口電路(SIU) 102提供該信息給車輛總線并且此后提供給車輛ECU (未示出)，該ECU控制燃料電池系統(tǒng)10，例如控制反應(yīng)物流動(dòng)速度、堆相對(duì)濕度等。PWM信號(hào)60的邊緣到邊緣的時(shí)間不會(huì)超過(guò)CPU98內(nèi)的計(jì)時(shí)器捕獲單元的能力。
[0040]雖然已經(jīng)為了說(shuō)明本發(fā)明的目的示出了某些代表性的實(shí)施例和細(xì)節(jié)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到進(jìn)行各種改變，而不脫離本發(fā)明的范圍，該范圍進(jìn)一步在下面所附權(quán)利要求中描述。例如,在EMM26和接收器電路30之間的通信可通過(guò)電線用電的方式、無(wú)線電波或所示的光學(xué)方式完成。而且，基體可以是印刷電路板。
【權(quán)利要求】
1.一種用于燃料電池堆的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: 嵌入式測(cè)量模塊，其包括: 電池電壓監(jiān)測(cè)電路，其包括: 通信模塊；以及 脈沖產(chǎn)生器，其構(gòu)造成發(fā)送多個(gè)脈沖和幀序列的結(jié)尾給接收器電路，在多個(gè)脈沖中的每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)在燃料電池堆中的每個(gè)燃料電池的各自電壓，幀序列的結(jié)尾指示多個(gè)脈沖的開(kāi)始以及連接到嵌入式測(cè)量模塊的多個(gè)燃料電池的總電壓；以及多個(gè)診斷連接器，其聯(lián)接到基體并電連接到多個(gè)燃料電池；以及中央處理單元，其具有編程在其內(nèi)的算法，使得每個(gè)燃料電池的各自電壓被相加得到各自電壓的和，該和被從總電壓減去以確定至少一個(gè)燃料電池的缺失電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中通信模塊光學(xué)地與接收器電路通信。
3.如權(quán)利要求1所述的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中通信模塊電地與接收器電路通信。
4.如權(quán)利要求1所述的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中通信模塊使用無(wú)線電波與接收器電路通?目。
5.如權(quán)利要求1所述的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中嵌入式測(cè)量模塊具有替換功率源，該替換功率源使用至少一個(gè)二極管電連接到來(lái)自多個(gè)診斷連接器的單獨(dú)的診斷連接器。
6.如權(quán)利要求1所述的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中嵌入式測(cè)量模塊具有替換接地連接，該替換接地連接電連接到來(lái)自多個(gè)診斷連接器的至少一個(gè)單獨(dú)的診斷連接器。
7.如權(quán)利要求1所述的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中基體是印刷電路板。
8.一種燃料電池堆的冗余健康監(jiān)測(cè)的方法，該方法包括: 提供嵌入式測(cè)量模塊，其包括多個(gè)診斷連接器，所述診斷連接器與燃料電池堆中的多個(gè)燃料電池電連接； 接收來(lái)自嵌入式測(cè)量模塊的多個(gè)脈沖，其中多個(gè)脈沖中的每個(gè)脈沖指示燃料電池堆中的多個(gè)燃料電池中的各個(gè)燃料電池的各自電壓； 定義幀序列的結(jié)尾，其指示多個(gè)脈沖的開(kāi)始，以及被連接到嵌入式測(cè)量模塊的多個(gè)燃料電池的總電壓；以及 使用算法計(jì)算對(duì)應(yīng)于多個(gè)燃料電池中的至少一個(gè)燃料電池的缺失電壓值，其中每個(gè)燃料電池的各自電壓被相加以得到各自電壓的和，并且該和被從總電壓減去以確定缺失電壓值。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括光學(xué)地接收多個(gè)脈沖。
10.一種用于燃料電池堆的冗余健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: 嵌入式測(cè)量模塊，其包括: 多個(gè)診斷連接器，其聯(lián)接到基體并電連接到多個(gè)燃料電池； 電池電壓監(jiān)測(cè)電路，其包括: 計(jì)算模塊，其構(gòu)造成光學(xué)地與接收器電路通信； 以及 脈沖產(chǎn)生器，其構(gòu)造成發(fā)送多個(gè)脈沖和幀序列的結(jié)尾給接收器電路，在多個(gè)脈沖中的每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)在燃料電池堆中的每個(gè)燃料電池的各自電壓，幀序列的結(jié)尾指示多個(gè)脈沖的開(kāi)始以及連接到嵌入式測(cè)量模塊的多個(gè)燃料電池的總電壓；以及 中央處理單元，其具有編程在其內(nèi)的算法，使得每個(gè)燃料電池的各自電壓被相加得到各自電壓的和，該和被從總電壓減去以在多個(gè)診斷連接器中之一出現(xiàn)故障時(shí)確定至少一個(gè)燃料電池的缺失電壓； 冗余功率源，包括至少一個(gè)二極管，該二極管電連接到來(lái)自多個(gè)診斷連接器的至少一個(gè)單獨(dú)的診斷連接器以在主功率源出現(xiàn)故障時(shí)提供替換功率源；以及 冗余接地連接，其電連接到來(lái)自多個(gè)診斷連接器的至少一個(gè)單獨(dú)的診斷連接器以在多個(gè)診斷連接器中之一出現(xiàn)·故障時(shí)提供替換接地連接。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK103579647SQ201310299611
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月17日
【發(fā)明者】J.A.羅克, D.J.里德, K.L.凱 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司