[实用新型]一种燃料电池系统的故障诊断装置

说明书

技术领域

本实用新型属于一种电池系统的故障诊断装置，特别是一种燃料电池系统的故障诊断装置，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。

背景技术

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。

发明内容

本实用新型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，以克服上述的不足。

为实现上述目的，本实用新型由通信单元、诊断核心单元和人机交互单元构成，其特点是：

通信单元：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，通过GPRS或以太网和远程监控中心相连，通过USB总线或串口线与现场监控和诊断用的上位机相连；

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；

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。

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I²C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。