专利名称：燃料电池系统的验证测试机台的制作方法
技术领域：
本实用新型为一种燃料电池机组，特别是有关于一种燃料电池系统元件的检测及
功能验证机组。
背景技术：
查燃料电池(Fuel Cell)是一种借着电化学反应，直接利用含氢燃料和空气或甲醇和空气产生电力的装置。由于燃料电池具有低污染、高效率、高能量密度等优点，故成为近年来各国研发和推广的对象。在各种燃料电池中，如质子交换膜燃料电池(PEMFC)或直接甲醇燃料电池(DMFC)等被广泛地运作。 在业者研发、性能测试、质量管理、产品维护的过程中，经常会遇到问题。例如一般个人计算机使用Windows作业环境进行测试时不稳定而导致系统运作不正常。利用Windows作业环境进行测试时，经常会有发生当机等问题的风险，对进行长时间验证测试来说，非常麻烦。而且若未适当地控制电子负载而使燃料电池系统过度拉载，则可能损坏燃料电池系统与相关系统元件。
实用新型内容本实用新型的主要目的在于提供一种燃料电池系统的验证测试机台，通过嵌入式控制器的监控达到维护系统正常运作，作为系统验证参考，保护系统，系统元件评估，物性与电性等的稳定度评估的目的。 为达到上述目的的燃料电池系统的验证测试机台，包括有一燃料电池及其零元件；一电子负载，连接该燃料电池；及一嵌入式控制单元，监控该燃料电池，以取得该燃料电池的性能信息，当该燃料电池的性能信息超出或低于一默认值时，该嵌入式控制单元即切断该负载与该燃料电池间的连接。 本实用新型燃料电池系统的验证测试机台透过整体构件的配置与嵌入式控制器的监控，使得燃料电池可达到如下的优点 1、本实用新型使用具有网络监控功能的嵌入式控制器进行燃料电池系统及元件性能测试，可远程监控系统状态。 2、本实用新型通过嵌入式控制器搭配较稳定的DOS-based操作环境，配合燃料电池系统测试的监控软件，可独立且稳定地进行燃料系统监控运作，如此可避免一般个人计算机使用较不稳定的Windows作业环境进行测试。 3、本实用新型可作为燃料电池系统运作的诊断器，进行元件最佳化参数确认，耐久测试，系统效率监控等工作。 4、本实用新型可根据实际应用条件，在平台上进行燃料电池系统动态仿真监控。[0011] 5、本实用新型由于使用C语言架构程序，可进一步暂时取代原燃料电池系统控制器，进行操作参数最佳化，作为燃料电池系统控制器(MCU，Main Control Unit)开发依据。[0012] 因此，本实用新型相较于现有技术具备有维护系统正常运作，作为系统验证参考、保护系统、系统元件评估、物性与电性等的稳定度评估的功效，本实用新型具有明显的效果增进。
[0013][0014][0015][0016]
图1为本实用新型燃料电池系统的验证领图2为本实用新型燃料电池系统的验证领图3为本实用新型燃料电池系统的验证领图4为本实用新型燃料电池系统的验证;
l试机台的基本架构图l试机台的架构示意图l试机台的外观立体图!B式机台的验证测试基台内部硬件示意 [0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026][0027][0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036][0037][0038][0039][0040][0041][0042][0043]
图5为本实用新型燃料电池系统的验证效主要元件符号说明
l试机台的流程示意图,
承载台1燃料电池组3信号管线5接头区7电子负载接头9启动开关11紧急停止钮13机台关闭钮15显示器17主机19键盘192燃料电池10嵌入式控制单元30数据检索监控模块32扩充的量测或检测装置321物性与电性感测控制元件33显示单元34液位信号放大控制器35电力供应器36断路器37电磁接触器38输出电力模块39直流电子负载391阻抗分析仪392计算机元件40
验证测试机台2接头区4
显示区6显示区8重设钮10接头12机台启动钮14钥匙总开关16 头区18显示单元191
负载20
嵌入式控制器3具体实施方式请参阅图1为本实用新型燃料电池系统的验证测试机台的基本架构图，本实用新型燃料电池系统的验证测试机台包括有一燃料电池10及其零元件、一电子负载20、一嵌入式控制单元30。本实用新型即在于利用该嵌入式控制单元30监控该燃料电池10，以取得该燃料电池10的性能信息，当该燃料电池10的性能信息(参数值)超出或低于一默认值时，该嵌入式控制单元30即切断该电子负载20与该燃料电池10间的连接，以保护燃料电池10与电子负载20。 本实用新型更包括有一计算机元件40，是分别连接该燃料电池10、嵌入式控制单元30与电子负载20，使控制并得到该燃料电池10与电子负载20的性能信息。因此，本实用新型可以透过嵌入式控制单元30在远程进行网络监控且进行燃料电池10及其零元件的性能测试与验证，此时不需要连接计算机元件40。因为通过具有稳定的DOS-based操作环境的嵌入式控制单元30，且搭配燃料电池10测试的监控软件，可独立且稳定地进行燃料电池10的监控运作，亦可避免一般计算机元件40使用较不稳定的Windows的作业环境来测试。同时，使用嵌入式控制单元30亦可作为燃料电池10的诊断器、进行元件最佳化参数确认、耐久测试、系统效率监控等工作。假若已具备计算机元件40，当然本实用新型的嵌入式控制单元30可设置在计算机元件40与燃料电池10间，亦可以相同地完成上述的工作达到更佳的效果。 请参阅图2为本实用新型燃料电池系统的验证测试机台的架构示意图，本实用新型嵌入式控制单元30是透过因特网或RS485或RS232与该计算机元件40连接。因此，使用者可以透过计算机元件40的操作设定燃料电池IO验证测试的各参数值。本实用新型也可以直接透过在嵌入式控制单元30设定燃料电池10验证测试的各参数值。本实用新型的嵌入式控制单元30是分别连接一物性与电性感测控制元件33与一显示单元34，该物性与电性感测控制单元33系取得该燃料电池10及其零元件的性能信息。该嵌入式控制单元30包括有一数据检索监控模块32，是监控与检索该燃料电池10的性能信息；及一嵌入式控制器31，是接收自该数据检索监控模块32的燃料电池10的性能信息，并监控该燃料电池10及其零元件。该嵌入式控制单元30将性能信息送至该显示单元34显示该燃料电池10及其零元件的各性能信息。 该燃料电池10及其零元件的性能信息包括有一流量、一浓度、一温度、一压力、一电压监控、一电力监控、一电力切换、一液位等的性能信息。为取得前述各信息，该物性与电性感测控制元件33包括有一流量计、一浓度计、一温度计、一压力计、一电压监控模块、一电力监控计、一电力切换开关、一液位计等。其中该流量计可为气体或液体流量计。该浓度计为监控氢气或甲醇浓度。该电力监控计是用以监控电压或电流。当取得前述各性能信息后，则可将性能信息送至该数据检索监控模块32，再送至该嵌入式控制器31中。该数据检索监控模块32包括有一模拟输入模块、一模拟输出模块、一数字输入模块、一数字输出模块、一 RS232串行端、一 RS485串行端等。其中该气体流量计可使用RS232或模拟输入模块来传输信号。该液体流量计可使用RS485或RS232或模拟输入模块或数字输入模块来传输信号。该流量控制器可使用RS485或RS232或模拟输出模块来传输信号。该氢气浓度计或甲醇浓度计可使用RS232来传输信号。该温度计可使用RS485或模拟输入模块来传输信号。该压力计可使用模拟输入模块来传输信号。该电压监控模块可使用模拟输入模块来传输信号。该电力监控计可使用RS485或模拟输入模块来传输电压或电流信号。该电力切换开关可使用数字输出模块来传输信号。该液位计可使用模拟输入模块或数字输入模块来传输信号。因此，本实用新型通过该数据检索监控模块32的各种模块搭配各物性与电性感测控制元件33，即可将各性能信息传送到嵌入式控制器31中。如果系统有计算机元件40即可自该嵌入式控制器31中取得所需的各性能信息，其间可使用RS485或RS232或因特网连接来传输信号。 请参阅图3为本实用新型燃料电池系统的验证测试机台的外观立体图，本实用新型燃料电池系统的验证测试机台的硬设备包括有一承载台1及一验证测试机台2，该承载台1是提供承置该燃料电池组3及/或其零元件，而该验证测试机台2即能够对该承载台1上的燃料电池组3及其零元件进行性能验证与测试的工作。该验证测试机台2上具备有一阴极流量检测器、一阳极流量计、一阴极入口温度计、一阳极入口温度计、一甲醇浓度计、一燃料电池温度计、一阴极入口压力计、一阳极入口压力计、一阴极出口压力检测器、一阳极出口压力检测器等等的接头区4，前述接头区4的每一接头可利用一信号管线5分别连接到该燃料电池组3与其各零元件部分上。因此，当启动该燃料电池组3验证测试时，通过前述各元件即可得到该燃料电池组3的各种性能信息。前述每一量测或检测的元件所得到的数据均可在该验证测试机台2上的显示区6显示每一性能信息的数据。该接头区4的每一接头位置是对应到该显示区6的每一显示器，方便使用者使用与对照该每一量测或检测装置所显示的数据；除显示量测值外，嵌入式控制器31上的DOS-based燃料电池控制软件亦将比对使用者所设定的安全值，如最低燃料流量、最高操作温度、最高操作压力、最高甲醇浓度及最低单电池电压等；若超出或低于安全值，控制软件将实时(Real-Time)进行安全保护机制，如以数字输出(Digital Output)驱动电磁继电器，切断燃料电池系统与电子负载间的电力连结，如此可避免现有技术以数字通讯控制电子负载时可能的信号断讯或Windows操作系统不稳定时引发的命令中断而导致电子负载无法实时动作下，对燃料电池产生过度拉载的风险。另外，该验证测试机台2亦具备由上而下排列的电力输出显示信息，包含有关燃料电池总输出电力、送风机消耗电力、燃料泵消耗电力、DC/DC换能器入口端电力与DC/DC换能器出口端电力等的电流与电压数据显示区8，及前述各元件的接头区7等等，该接头区7的各元件的接头位置排列与该显示区8的每一显示器位置是对应的，方便使用者使用与对照该每一元件与显示器的对应且显示电压与电流数据；此信息可提供使用者对于燃料电池系统电力输出效率、燃料电池周边辅助系统元件(B0P， Balance-of-PlantComponents)电力消耗比例、DC/DC换能器转换效率在长时间寿命测试(Cycle Life Test)下的变化。该验证测试机台2更具备有电子负载接头9、对应该电子负载接头9的显示器17与重设钮10 ;其中当燃料电池系统在异常状况而进入安全保护模式下，使用者在进行故障排除后，可按此重设钮10而继续进行测试。而该验证测试机台2也包括燃料电池系统的启动开关11与接头12、紧急停止钮13、机台启动钮14、机台关闭钮15、钥匙总开关16等等。当需要验证测试直接甲醇燃料电池时，则该验证测试机台2亦具备有液位检测器(图中未示)的液位接头区18，利用连接管提供液位检测器与液位接头区18的接头连接。该液位接头包括有甲醇槽液位、水槽液位、混合槽液位等，以提供系统低液位保护措施。[0049] 该计算机元件40包括有一主机19与一显示单元191、一键盘192，用以显示操作画面等。 该数据检索监控模块32连接一输出电力控制模块39，该输出电力模块39包括一直流电子负载391与一阻抗分析仪392。该直流电子负载391可对燃料电池系统进行电力检测，例如固定或变动电压、固定或变动电流、固定或变动功率拉载测试，以检验确认是否符合实际应用需求。该阻抗分析仪392则可监测燃料电池10阻抗变化，以作为内部材料性质是否变化及操作参数是否最佳化的依据。 该数据检索监控模块32连接一扩充的量测或检测装置321，可达到扩充系统监控参数的目的。 请参阅图4为本实用新型燃料电池系统的验证测试机台的验证测试基台内部硬件示意图，该流量计、该浓度计、该温度计、该压力计、该电压监控模块、该电力监控计、该电力切换开关等的各物性与电性感测控制元件33是以信号管线5连接到该验证测试机台2上的各元件接头区4，而取得各种信息并通过该数据检索监控模块32检索并传输到嵌入控制器31。其中该电子负载20是设置于该验证测试机台2内。该验证测试机台2尚包括有一液位信号放大控制器35，使该液位计所检索的液位信号经该放大控制器35放大后经该数据检索监控模块32至该嵌入式控制器31。 该验证测试机台2亦包括有一电力供应器36、一断路器37与一电磁接触器38，其中该电力供应器36是供应系统的电力。断路器37是连接在负载20与燃料电池10间。该嵌入式控制单元30由该燃料电池IO所检索的性能信息超出或低于一默认值时，该嵌入式控制单元30经由该断路器37切断该负载20与该燃料电池10间的连接，以保护系统。该电磁接触器38为一电磁开关，其为外部电力送至系统验证测试台的电力控制开关。[0054] 请参阅图5为本实用新型燃料电池系统的验证测试机台的流程示意图，本实用新型可根据实际应用条件，在平台上进行燃料电池系统动态仿真监控。本实用新型由于使用C语言架构程序，可进一步暂时取代原燃料电池系统控制器，进行操作参数最佳化，作为燃料电池系统控制器(MCU， Main Control Unit)开发依据。本实用新型的流程中，是透过数据检索监控模块，如模拟输入模块、数字输入模块、RS232串行端口与RS485串行端，检索燃料电池及其零元件的性能信息(系统参数数据)，此性能信息包括电池电压、压力、温度、流量、输出电压与电流、液位等等参数资料，接着判断参数值是否超出或低于默认值，该默认值定义为燃料电池系统的安全保护值，例如最低流量、最高温度、最高压力、最低电池电压等等。当参数值与默认值比较后，如超过安全保护值，则实时(Real-Time)进行系统预设的保护程序，切断放电继电器或关闭系统。在检索系统的性能信息后，可将性能信息透过串行端口或网络进行数据传递至具记录显示的数据处理器，例如计算机元件或嵌入式控制器等，并接收相关默认值。 通过上述的本实用新型实施例说明可知，本实用新型燃料电池系统的验证测试机台透过整体构件的配置与嵌入式控制器的监控，使得燃料电池可达到如下的优点[0056] 本实用新型使用具有网络监控功能的嵌入式控制器进行燃料电池系统及元件性能测试，可远程监控系统状态。 本实用新型通过嵌入式控制器搭配较稳定的D0S-based操作环境，配合燃料电池系统测试的监控软件，可独立且稳定地进行燃料系统监控运作，如此可避免一般个人计算机使用较不稳定的Windows作业环境进行测试。 本实用新型可作为燃料电池系统运作的诊断器，进行元件最佳化参数确认，耐久测试，系统效率监控等工作。 本实用新型可根据实际应用条件，在平台上进行燃料电池系统动态仿真监控。[0060] 本实用新型由于使用C语言架构程序，可进一步暂时取代原燃料电池系统控制器，进行操作参数最佳化，作为燃料电池系统控制器(MCU，Main Control Unit)开发依据。
权利要求一种燃料电池系统的验证测试机台，包括有一燃料电池及其零元件及一连接于该燃料电池的负载，其特征在于一数据检索监控模块，经由至少一物性与电性感测控制元件监控与检索该燃料电池及其零元件的性能信息；一嵌入式控制单元，连接该数据检索监控模块，接收该数据检索监控模块所检索的该燃料电池及其零元件的性能信息，进行该燃料电池系统及其零元件的性能测试与验证。
2. 根据权利要求1所述的燃料电池系统的验证测试机台，其特征在于，更包括有一计算机元件，连接于该燃料电池、该嵌入式控制单元与该负载。
3. 根据权利要求1所述的燃料电池系统的验证测试机台，其特征在于，该负载为一电子负载。
4. 根据权利要求1所述的燃料电池系统的验证测试机台，其特征在于，该燃料电池及其零元件的性能信息包括有一流量、一浓度、一温度、一压力、一电压监控、一电力监控、一电力切换及/或一液位的性能信息。
5. 根据权利要求l所述的燃料电池系统的验证测试机台，其特征在于，该数据检索监控模块包括有一模拟输入模块、一模拟输出模块、一数字输入模块、一数字输出模块、一RS232串行端及/或一 RS485串行端。
6. 根据权利要求1所述的燃料电池系统的验证测试机台，其特征在于，该数据检索监控模块连接一输出电力控制模块，该输出电力模块包括一直流电子负载与一阻抗分析仪。
7. 根据权利要求1所述的燃料电池系统的验证测试机台，其特征在于，该嵌入式控制单元连接有一显示单元。
8. 根据权利要求1所述的燃料电池系统的验证测试机台，其特征在于，该物性与电性感测控制元件包括有一流量计、一浓度计、一温度计、一压力计、一电压监控模块、一电力监控计、一电力切换开关及/或一液位计。
9. 根据权利要求1所述的燃料电池系统的验证测试机台，其特征在于，该燃料电池被承置于一承载台上，而该嵌入式控制单元被设置于一验证测试机台内。
10. 根据权利要求1所述的燃料电池系统的验证测试机台，其特征在于，该负载与该燃料电池间连接有一断路器，该嵌入式控制单元由该燃料电池所检索的性能信息超出或低于一默认值时，该嵌入式控制单元经由该断路器切断该负载与该燃料电池间的连接。
专利摘要本实用新型公开了一种燃料电池系统的验证测试机台，燃料电池系统的验证测试机台，包括有一燃料电池及其零元件；一电子负载，连接该燃料电池；及一嵌入式控制单元，监控该燃料电池，以取得该燃料电池的性能信息，当该燃料电池的性能信息超出或低于一默认值时，该嵌入式控制单元即切断该负载与该燃料电池间的连接。本实用新型通过嵌入式控制器的监控达到维护系统正常运作，作为系统验证参考、保护系统、系统元件评估、物性与电性等的稳定度评估的功效与目的。
文档编号G01R31/36GK201497797SQ200920168460
公开日2010年6月2日 申请日期2009年7月30日 优先权日2009年7月30日
发明者徐耀升 申请人:徐耀升