氢燃料备用电源的监控装置和轨道交通氢燃料列车的制作方法

1.本发明属于轨道交通氢燃料列车技术领域，具体涉及一种氢燃料备用电源的监控装置和轨道交通氢燃料列车。


背景技术：

2.氢燃料备用电源是很有发展前途的新的动力电源，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，作为负极，用空气中的氧作为正极和一般电池的主要区别在于一般电池的活性物质是预先放在电池内部的，因而电池容量取决于贮存的活性物质的量；氢燃料备用电源是使用氢这种化学元素，制造成储存能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阳极。近年来，氢燃料备用电源技术和轨道交通发展极为迅速，取得多项突破，使用氢燃料备用电源替代轨道交通列车的传统电源成为现实，轨道交通氢燃料列车应用而生。
3.通常情况下，为了保证轨道交通氢燃料列车的行车安全、乘客等人员的人身安全，会对氢燃料备用电源进行监控，但是现有技术中氢燃料备用电源的监控装置通常只设置一路采集模块，这样，采集模块中的传感器、线路等出现故障时，会导致采集模块无法采集到氢燃料备用电源的相关数据，从而无法完成对氢燃料备用电源的监控，降低了对氢燃料备用电源进行监控的可靠性。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提供一种氢燃料备用电源的监控装置和轨道交通氢燃料列车，以解决现有技术中对氢燃料备用电源进行监控的可靠性的问题。
5.针对上述问题，本发明提供了一种氢燃料备用电源的监控装置，应用于轨道交通氢燃料列车，所述氢燃料备用电源的监控装置包括：
6.至少两个冗余设计的采样模块，其中一个采样模块处于运行状态时，其他采样模块处于备用状态；
7.监控模块，与每个采样模块相连，用于若监测到处于运行状态的采样模块出现故障，控制处于备用状态的采样模块中的一个采样模块切换至运行状态；
8.输出模块，与所述监控模块相连，用于接入轨道交通氢燃料列车的列车网络系统，以实现所述监控模块与所述列车网络系统的数据交互。
9.进一步地，上述所述的氢燃料备用电源的监控装置中，所述监控模块包括至少两个冗余设计的微处理器单元，且其中一个微处理器单元处于运行状态时，其他微处理器单元处于备用状态；
10.每个采样模块分别于每个微处理器单元相连；
11.相邻两个微处理器单元之间通讯连接；
12.处于运行状态的微处理器单元，用于若监测到处于运行状态的采样模块出现故
障，控制处于备用状态的采样模块中的一个采样模块切换至运行状态；
13.处于备用状态的微处理器单元，用于若监测到处于运行状态的微处理器单元出现故障，切换至运行状态。
14.进一步地，上述所述的氢燃料备用电源的监控装置中，处于运行状态的采样模块，用于采集氢燃料备用电源的运行参数；
15.处于运行状态的微处理器单元，还用于根据所述氢燃料备用电源的运行参数，确定所述氢燃料备用电源调控信息，并根据所述调控信息对所述氢燃料备用电源进行调控。
16.进一步地，上述所述的氢燃料备用电源的监控装置，还包括：
17.供电电源，用于对每个微处理器单元、每个采样模块和输出模块提供电源。
18.进一步地，上述所述的氢燃料备用电源的监控装置中，所述供电电源采用冗余设计架构。
19.进一步地，上述所述的氢燃料备用电源的监控装置中，所述输出模块包括以太网电路、多功能车辆总线mvb通信电路、控制器局域网can通信电路中的至少一种。
20.进一步地，上述所述的氢燃料备用电源的监控装置中，所述输出模块包括通信转换单元。
21.进一步地，上述所述的氢燃料备用电源的监控装置中，所述输出模块采用冗余设计架构。
22.进一步地，上述所述的氢燃料备用电源的监控装置中，所述氢燃料备用电源的运行参数包括氢燃料备用电源中储氢设备的管路压力、储氢设备的温度和储氢设备的氢气泄露信息中的至少一种。
23.本发明还提供一种轨道交通氢燃料列车，包括氢燃料备用电源、轨道交通氢燃料列车的列车网络系统和如上任一项所述的氢燃料备用电源的监控装置；
24.所述氢燃料备用电源与所述氢燃料备用电源的监控装置相连；
25.所述氢燃料备用电源的监控装置与所述列车网络系统相连。
26.与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
27.本发明的氢燃料备用电源的监控装置和轨道交通氢燃料列车，通过设计至少两个冗余设计的采样模块，并利用监控模块对处于运行状态的采样模块进行实时监测，在发现处于运行状态的采样模块出现故障时，选取处于备用状态的采样模块中的一个采样模块切换至运行状态，以便正常采集氢燃料备用电源的运行参数，实现了不间断地对氢燃料备用电源的监控。采用本发明的技术方案，能够提高对氢燃料备用电源进行监控的可靠性。
28.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
29.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
30.图1为本发明的氢燃料备用电源的监控装置一种实施例的结构示意图；
31.图2为本发明的氢燃料备用电源的监控装置另一种实施例的结构示意图；
32.图3为本发明的氢燃料备用电源的监控方法实施例的流程图；
33.图4为本发明的轨道交通氢燃料列车实施例的结构示意图。
具体实施方式
34.以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
35.实施例一
36.为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例提供了一种氢燃料备用电源的监控装置，该氢燃料备用电源的监控装置应用于轨道交通氢燃料列车。
37.图1为本发明的氢燃料备用电源的监控装置一种实施例的结构示意图，如图1所示，本实施例的氢燃料备用电源的监控装置可以包括监控模块10、输出模块11和至少两个冗余设计的采样模块12。其中，每个采样模块12和输出模块11分别于监控模块10相连。
38.在实际应用中，至少两个冗余设计的采样模块12中的一个采样模块12处于运行状态时，其他采样模块12处于备用状态。处于运行状态的采样模块12，用于采集氢燃料备用电源的运行参数，并将采集的氢燃料备用电源的运行参数发送给监控模块10，由监控模块10根据所述氢燃料备用电源的运行参数，确定所述氢燃料备用电源调控信息，并根据所述调控信息对所述氢燃料备用电源进行调控。另外，监控模块10还可以将氢燃料备用电源的运行参数通过输出模块11发送给轨道交通氢燃料列车的列车网络系统，也可以从轨道交通氢燃料列车的列车网络系统接接收相关数据，例如，轨道交通氢燃料列车的列车网络系统发送的控制指令，升级数据包等。
39.本实施例中，由于氢燃料备用电源高效应用的最重要环节是提供足够压力的氢气以满足氢燃料备用电源的需求，因此，如何监测监控储氢设备的状态比较重要，所以本实施例中，氢燃料备用电源的运行参数优选为包括氢燃料备用电源中储氢设备的管路压力、储氢设备的温度和储氢设备的氢气泄露信息中的至少一种，但是在实际应用中，并不仅限于上述运行参数，例如，还可以包括燃料电池堆栈的相关参数等。对应地，每个采集模块优选为包括管路压力传感器、温度传感器和气体传感器中的至少一种。
40.在一个具体实现过程中，监控设备与处于运行状态的采样模块12进行数据交互，若监控设备在未接收到处于运行状态的采样模块12发送的氢燃料备用电源的运行参数的时长达到预设时长，可以确定处于运行状态的采样模块12出现故障，此时，可以从处于备用状态的采样模块12中选取一个采样模块12，并控制选取的采样模块12切换至运行状态，以替换原有处于运行状态的采样模块12，继续采集氢燃料备用电源的运行参数，从而保证实时对氢燃料备用电源的监控。
41.本实施例的氢燃料备用电源的监控装置，通过设计至少两个冗余设计的采样模块12，并利用监控模块10对处于运行状态的采样模块12进行实时监测，在发现处于运行状态的采样模块12出现故障时，选取处于备用状态的采样模块12中的一个采样模块12切换至运行状态，以便正常采集氢燃料备用电源的运行参数，实现了不间断地对氢燃料备用电源的
监控。采用本发明的技术方案，能够提高对氢燃料备用电源进行监控的可靠性。
42.实施例二
43.图2为本发明的氢燃料备用电源的监控装置另一种实施例的结构示意图，如图2所示，本实施例的氢燃料备用电源的监控装置在图1所示实施例的基础上，进一步更加详细地对本发明的技术方案进行描述。
44.如图2所示，本实施例氢燃料备用电源的监控装置中监控模块10包括至少两个冗余设计的微处理器单元101，且其中一个微处理器单元101处于运行状态时，其他微处理器单元101处于备用状态，每个采样模块12分别于每个微处理器单元101相连；相邻两个微处理器单元101之间通讯连接，处于运行状态的微处理器单元101，还用于根据所述氢燃料备用电源的运行参数，确定所述氢燃料备用电源调控信息，并根据所述调控信息对所述氢燃料备用电源进行调控。
45.本实施例中，处于运行状态的微处理器单元101，用于若监测到处于运行状态的采样模块12出现故障，控制处于备用状态的采样模块12中的一个采样模块12切换至运行状态；处于备用状态的微处理器单元101，用于若监测到处于运行状态的微处理器单元101出现故障，切换至运行状态。
46.具体地，处于运行状态的微处理器单元101和处于备用状态的微处理器单元101之间可以通过看门狗实现相互监控，这样若处于运行状态的微处理器单元101出现故障，则处于备用状态的微处理器单元101可以切换至运行状态，从而接管处于运行状态的微处理器单元101，继续完成对氢燃料备用电源的监控装置，进一步提高对氢燃料备用电源进行监控的可靠性。
47.在实际应用中，本实施例中的输出模块11可以包括通信转换单元，每个微处理器单元101通过通信转换单元接入轨道交通氢燃料列车的列车网络系统。但是，由于需要增加额外的通信转换单元成本较高，且通信速率以及通信可靠性较差，因此，如图2所示，本实施例的输出模块11优选为太网电路、多功能车辆总线(multifunction vehicle bus，mvb)通信电路和控制器局域网(controller area network，can)通信电路中的至少一种。这样，输出模块11可以直接接入轨道交通氢燃料列车的列车网络系统，从而提高了通信速率以及通信可靠性。
48.需要说明的是，本实施例中的输出模块11也可以采用冗余设计架构实现，进一步提高对氢燃料备用电源进行监控的可靠性。
49.在实际应用中，本实施例中的氢燃料备用电源的监控装置还可以包括供电电源(图中未示出)，由供电电源对每个微处理器单元101、每个采样模块12和输出模块11提供电源。其中，该供电电源优选为采用冗余设计架构，这样，可以保证在一个电源出现故障后，其他电源可以进行供电，进一步提高对氢燃料备用电源进行监控的可靠性。
50.在一个具体实现过程中，上述各模块优选为集成设置，这样，集成度高，性能优越，占用体积小，成本低。
51.实施例三
52.为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例提供了一种氢燃料备用电源的监控方法。
53.图3为本发明的氢燃料备用电源的监控方法实施例的流程图。本实施例中，处于运
行状态的模块可以定义为主模块，处于备用状态的模块可以定义为从模块。处于运行状态的模块可以包括处于运行状态的采集模块、处于运行状态的监控模块、处于运行状态的输出模块和处于运行状态的供电电源模块。对应地，处于备用状态的模块可以包括处于备用状态的采集模块、处于备用状态的监控模块、处于备用状态的输出模块和处于备用状态的供电电源模块。
54.如图3所示，本实施例的氢燃料备用电源的监控方法具体可以包括如下步骤：
55.300、搭建具有冗余架构的氢燃料备用电源的监控装置；
56.例如，可以分别对采集模块、监控模块、输出模块和供电电源模块进行冗余设计，得到具有冗余架构的氢燃料备用电源的监控装置。
57.301、当主模块正常运行时，该主模块完成氢燃料备用电源的监控工作，从模块均工作在备份模式；
58.302、当主模块发生故障，从模块切换至运行状态，接管主模块，继续对氢燃料备用电源进行监控；
59.303、若主模块恢复正常，从模块切换回备用状态，主模块继续对氢燃料备用电源进行监控。
60.实施例四
61.为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例提供了一种轨道交通氢燃料列车。
62.图4为本发明的轨道交通氢燃料列车实施例的结构示意图，如图4所示，本实施例的轨道交通氢燃料列车可以包括氢燃料备用电源40、轨道交通氢燃料列车的列车网络系统41和上述实施例的氢燃料备用电源的监控装置42。该氢燃料备用电源40与氢燃料备用电源的监控装置42相连。氢燃料备用电源的监控装置42与所述列车网络系统41相连。
63.本发明还提供了一种存储介质，该存储介质，上存储有计算机程序，计算机程序被控制器执行时实现上述实施例的。
64.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
65.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
66.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
67.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场
可编程门阵列(fpga)等。
68.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
69.此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
70.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
71.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
72.虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。