专利名称：用板嵌入测量单元测量和传输燃料电池堆电池电压的方法
技术领域：
本发明大体涉及一种燃料电池堆监控系统，且更具体地涉及一种采用在燃料电池堆每个端部的聚合装置和旁路故障光学信号装置来确定该堆中的燃料电池或燃料电池组的测量参数的燃料电池堆的监控系统，其中所述聚合装置用于收集光学信号。
背景技术：
氢因其清洁以及可以用于在燃料电池中有效地产生电而成为一种非常有吸引力的燃料。氢燃料电池是一种包括阳极和阴极以及其间的电解质的电化学装置。阳极接收氢气，而阴极接收氧或空气。氢气在阳极侧催化剂中被离解以产生自由质子和电子。质子穿过电解质到达阴极。质子与阴极侧催化剂中的氧和电子发生反应以产生水。来自阳极的电子不能穿过电解质，并且因此在被传输至阴极之前被引导通过负载以做功。质子交换薄膜燃料电池(PEMFC)是一种用于车辆的受欢迎的燃料电池。PEMFC — 般包括固体聚合物电解质质子传导膜，比如全氟磺酸膜。阳极和阴极电极(催化剂层)往往包括支撑在碳粒子上且与离聚物混合的细分的催化粒子，通常是钼(Pt)。催化混合物沉积在膜的相对侧。阳极催化混合物、阴极催化混合物和膜的组合定义了膜电极组件(MEA)。 每个MEA通常夹在两片多孔材料(气体扩散层(GDL))之间，其中所述多孔材料用来保护膜的机械完整性并且有助于反应物和湿度的均勻分布。MEA的将阳极和阴极流分开的部分被称为有源区，并且仅在该区域中，水蒸气能在阳极和阴极之间自由地进行交换。MEA的制造成本相对较高并且需要特定的湿度条件以进行有效的工作。通常，几个燃料电池组合成燃料电池堆以产生期望的功率。比如，用于车辆的典型的燃料电池堆可具有两百或者更多堆叠的燃料电池。燃料电池堆接收阴极输入反应气体， 通常是通过压缩机而强迫通过燃料电池堆的空气流。不是所有的氧都被燃料电池堆所消耗，一些空气作为阴极排气被输出，该阴极排气可包括作为反应副产物的水。燃料电池堆还接收流进堆的阳极侧的阳极氢反应气体。堆还包括冷却流体流动通过的流动通道。燃料电池堆包括一系列位于堆中的几个MEA之间的双极板(隔离器)，其中双极板和MEA位于两块端板之间。双极板包括用于堆中相邻燃料电池的阳极侧和阴极侧流量分配器(流场)。在双极板的阳极侧上提供有阳极气体流动通道以允许阳极反应气体流动到相应的MEA。在双极板的阴极侧上提供有阴极气体流动通道以允许阴极反应气体流动到相应的MEA。一块端板包括阳极气体流动通道，而另一块端板包括阴极气体流动通道。双极板和端板由比如不锈钢或导电组合物的导电材料制成。在堆叠后，这些部件往往在压缩状态下被放置以使得接触电阻最小化并且接近密封。端板将由燃料电池产生的电传导至堆之外。 双极板还包括冷却流体流动通过的流体通道。高频电阻(HFR)是燃料电池公知的特性，并且其与燃料电池膜的欧姆电阻或膜质子电阻是密切相关的。欧姆电阻本身是燃料电池膜湿度的函数。因此，通过测量在激励电流频率的特定带宽内的燃料电池堆的燃料电池膜的HFR，就可确定燃料电池膜的湿度。该 HFR测量允许对燃料电池膜湿度的独立测量，从而不需要RH传感器。
典型地，燃料电池堆中的每个燃料电池的电压输出和可能的高频电阻(HFR)被监控以使得系统知道燃料电池电压或燃料电池HFR是否超出了期望的范围，从而显示可能的失效。正如现有技术中所理解的，因为所有的燃料电池都是以串联的方式电连接的，如果堆中的一个燃料电池失效，则整个堆都将失效。作为临时解决方案，可以对失效的燃料电池采取某些修补措施，直到可以对燃料电池车辆进行维修。这种修补措施包括增加氢气流和/ 或增加阴极化学计量。往往通过监控包括连接到堆中的每个双极板和堆的端板的引线的子系统来测量燃料电池电压和燃料电池的HFR。因此，400电池堆包括连接至堆的401条引线。因为考虑到部件的尺寸、部件的公差以及部件的数量等，为具有这么多燃料电池的堆中的每个双极板提供物理连接是不实际的。因此，在现有技术中需要提供一种不需要连接至每个双极板的引线就能测量电池电压和HFR的系统和方法。
发明内容
根据本发明的教导，公开了一种对来自燃料电池堆中每个燃料电池或燃料电池组的测量数据进行传输的系统。该系统包括多个燃料电池和多个堆叠板，在每个燃料电池之间且在所述堆的每个端部上有堆叠板。该系统还包括多个嵌入智能板，每个嵌入智能板被机电连接至燃料电池堆中的多个堆叠板中的至少一个，并且每个嵌入智能板包括在嵌入智能板的顶侧和底侧上的光收发器。该系统进一步包括第一和第二聚合装置，所述第一和第二聚合装置包括至少一个光收发器，所述光收发器用于与邻近第一或第二聚合装置的嵌入智能板进行通信，其中一个聚合装置启动与嵌入智能板的通信而另一个聚合装置结束通本发明提供如下技术方案技术方案1 一种用于传输来自燃料电池堆中的燃料电池的测量数据的系统，所述系统包括多个燃料电池，每一个燃料电池都产生电势；多个堆叠板，包括在每个燃料电池之间且在燃料电池堆的每个端部上的一个堆叠板以收集由每个燃料电池产生的电势；多个嵌入智能板，每个嵌入智能板均被机械地且电连接至燃料电池堆中的多个堆叠板中的至少一个，每个嵌入智能板均包括在嵌入智能板的顶侧和底侧上的光收发器，每个嵌入智能板经由来自邻近堆叠板的燃料电池的电势而接收来自燃料电池堆的工作功率， 而嵌入智能板被连接至该堆叠板；以及位于燃料电池堆中的多个嵌入智能板的一端的第一聚合装置和位于堆中的多个嵌入智能板的另一端的第二聚合装置，所述第一和第二聚合装置包括至少一个用于与嵌入智能板进行通信的光收发器，其中第一聚合装置启动与嵌入智能板的通信以使得嵌入智能板通过堆连续地通信，直到第二聚合装置在接收来自堆中的最后一个嵌入智能板的通信后结束通信。技术方案2 根据技术方案1的系统，进一步包括在第一和第二聚合装置之间的电连接，以使得在第一和第二聚合装置之间能够直接进行通信。技术方案3 根据技术方案2的系统，其中第一聚合装置利用第一和第二聚合装置之间的电连接以启动自第二聚合装置至嵌入智能板的通信，从而防止由于单个嵌入智能板的失效或不起作用而导致来自一部分堆的测量数据的丢失。技术方案4 根据技术方案1的系统，其中在嵌入智能板的每一个上和在第一和第二聚合装置上的光收发器的每一个均包括光发射器和光接收器。技术方案5 根据技术方案4的系统，其中在嵌入智能板的每一个上和在第一和第二聚合装置上的光收发器与在相邻嵌入智能板和/或聚合装置上的光接收器对准。技术方案6 根据技术方案1的系统，其中位置和诸如电池电压、高频电阻和/或温度的测量值通过嵌入智能板经由光收发器被传输至第一或第二聚合装置。技术方案7 根据技术方案1的系统，其中每个嵌入智能板包括具有低输入电压 DC-DC转换器、模拟-数字转换器、微处理器和参考电压的嵌入智能板印刷电路板。技术方案8 根据技术方案1的系统，其中第一和第二聚合装置包括微处理器并且被电连接至电池。技术方案9 根据技术方案1的系统，其中嵌入智能板以柱状的布置方式被嵌入进燃料电池堆中。技术方案10 —种用于传输来自燃料电池堆中的燃料电池的测量数据的系统，所述系统包括多个燃料电池；多个堆叠板，其包括在每个燃料电池之间且在所述堆的每个端部上的一个堆叠板；多个嵌入智能板，每个嵌入智能板均被机械地且电连接至燃料电池堆中的多个堆叠板中的至少一个，每个嵌入智能板均包括在嵌入智能板的顶侧和底侧上的光收发器；以及第一和第二聚合装置，所述第一和第二聚合装置包括至少一个用于与邻近第一或第二聚合装置的嵌入智能板进行通信的光收发器，其中一个聚合装置启动与嵌入智能板的通信，而另一个聚合装置结束通信。技术方案11 根据技术方案10的系统，进一步包括在第一和第二聚合装置之间的电连接，以使得在第一和第二聚合装置之间能够直接进行通信。技术方案12 根据技术方案11的系统，其中第一聚合装置利用第一和第二聚合装置之间的电连接以启动自第二聚合装置至嵌入智能板的通信，从而防止由于单个嵌入智能板的失效或不起作用而导致来自一部分堆的测量数据的丢失。技术方案13 根据技术方案10的系统，其中在嵌入智能板的每一个上和在第一和第二聚合装置上的光收发器的每一个均包括光发射器和光接收器。技术方案14 根据技术方案13的系统，其中在嵌入智能板的每一个上和在第一和第二聚合装置上的光收发器与在相邻的嵌入智能板和/或相邻的聚合装置上的光接收器对准。技术方案15 根据技术方案10的系统，其中位置和诸如电池电压、高频电阻和/ 或温度的测量值通过嵌入智能板经由光收发器被传输至第一或第二聚合装置。技术方案16 根据技术方案10的系统，其中每个嵌入智能板包括具有低输入电压 DC-DC转换器、模拟-数字转换器、微处理器和参考电压的嵌入智能板印刷电路板。
技术方案17 根据技术方案10的系统，其中第一和第二聚合装置包括微处理器并且被电连接至电池。技术方案18 —种用于传输来自燃料电池堆中的燃料电池的测量数据的系统，所述系统包括多个燃料电池；多个堆叠板，包括在每个燃料电池之间且在所述堆的每个端部上的一个堆叠板；多个嵌入智能板，每个嵌入智能板均被机械地且电连接至多个堆叠板中的至少一个，每个嵌入智能板均包括嵌入智能板印刷电路板和在每个智能板的顶侧和底侧上的光收发器；位于堆中的多个嵌入智能板的一个端部的第一聚合装置和位于堆中的多个嵌入智能板的另一端部的第二聚合装置，所述嵌入智能板以及第一和第二聚合装置以柱形的布置方式布置，并且所述第一和第二聚合装置包括至少一个用于与邻近第一或第二聚合装置的嵌入智能板进行通信的光收发器；以及构造成控制所述第一聚合装置的控制器，其中所述控制器请求所述第一聚合装置与相邻的嵌入智能板进行通信以使得嵌入智能板通过所述堆连续地通信，直到所述第二聚合装置在接收来自所述堆中的最后一个嵌入智能板的通信后结束通信。技术方案19 根据技术方案18的系统，进一步包括在第一和第二聚合装置之间的电连接，以使得在第一和第二聚合装置之间能够直接进行通信，其中所述第一聚合装置采用第一和第二聚合装置之间的电连接以启动自所述第二聚合装置至所述嵌入智能板的通信，从而防止由于单个嵌入智能板的失效或不起作用而导致的来自一部分所述堆的测量数据丢失。技术方案20 根据技术方案18的系统，其中在嵌入智能板的每一个上和在第一和第二聚合装置上的光收发器的每一个均包括光发射器和光接收器，并且在嵌入智能板的每一个上和在第一和第二聚合装置上的光收发器与在相邻的嵌入智能板和/或相邻的聚合装置上的所述光接收器对准。结合附图，从下面的描述和所附权利要求中将清楚本发明的其他特征。
图1是包括具有多个燃料电池和嵌入智能板的燃料电池堆的燃料电池系统的平面图；图2是图1所示的嵌入智能板中的一个的简化框图；图3是聚合装置如何启动通信并确定图1所示的智能板的每个所收集的位置和数据的流程图；以及图4是具有多个燃料电池、嵌入智能板和两个聚合装置的燃料电池系统的平面图，其中聚合装置用于收集堆中的智能板的位置和测量数据。
具体实施例方式涉及采用在堆的每个端部的聚合装置以利用光学信号确定燃料电池堆中的燃料电池或燃料电池组的测量参数的系统和方法的本发明的实施例的以下讨论在本质上仅仅是示例性的，而绝非意图限制本发明或它的应用或使用。图1是系统10的平面图，系统10包括具有多个燃料电池14的燃料电池堆12。虽然为了清楚起见而没有示出，但是正如本领域技术人员所容易知道的，每个燃料电池14包括燃料电池膜、阳极侧扩散介质层和阴极侧扩散介质层。堆叠板20也是系统10的部分，比如每个燃料电池14之间的双极板和堆12的每个端部上的单极板，其中堆叠板20面对阳极侧扩散介质层一侧包括阳极侧反应气体流动通道(未示出)，而堆叠板20面对相邻燃料电池14 一侧包括阴极反应气体流动通道(未示出)。另外，堆叠板20包括冷却流体流动通道 (未示出)。在利用堆中的燃料电池的拓扑结构和几何结构而被连续测量的燃料电池堆中，期望测量特定的参数以控制堆的工作。这种参数可包括单个电池或电池组上的电势、堆内特定点处的温度、或者可通过电信号或数值表示的任何其他可量化的参数，比如高频电阻 (HFR)。根据本发明，通过嵌入智能板(ESP)30测量诸如每个燃料电池14或燃料电池组 14的电压或HFR的测量值。每个ESP 30均包括ESP印刷电路板32 (将在下面进行详细描述)以及至少一个用于将ESP印刷电路板32连接至堆叠板20中的一个的连接器观。因此，ESP 30以类似于以柱形布置的堆12的方式布置并可能嵌入在堆12中以使得堆12中的每个ESP印刷电路板32紧邻地放置在邻近它的每个印刷电路板32之上或之下。当ESP 30被嵌入和/或由堆12的电池14供电时，在维持ESP 30和比如聚合装置40(下面进行叙述)的控制装置之间的电绝缘同时与ESP 30进行通信是必须的，因为燃料电池堆12的工作可在堆12和聚合装置40之间产生巨大的共模电势。为了维持必要的电绝缘，本发明采用聚合装置40。邻近聚合装置40的ESP30是通信的起点。聚合装置40 被放置在燃料电池堆12内的某个位置(往往是在一个端部)以请求和调整堆12中的每个燃料电池14或燃料电池组14的位置和测量值。每个ESP 30被机械地且电连接至堆叠板20中的至少一个，由此允许ESP印刷电路板32接收来自例如燃料电池14或燃料电池组14的寄生工作功率并且测量燃料电池14 或燃料电池组14的各种测量的值(诸如电压)，该燃料电池14或燃料电池组14对应于刷电路板32与其连接的堆叠板20。系统10示出了 ESP30连接至燃料电池堆12中每隔一个堆叠板20，从而要求每个ESP 30测量堆12中的两个燃料电池14的例如电压。在替代的实施例中，每个ESP 30可采用各种互连装置电连接至5个连续的堆叠板20，从而由单个ESP 30确定4个燃料电池14的测量值。ESP印刷电路板32中的每个还包括安装在电路板32 的几何顶面和底面上的光收发器34。采用光收发器34以经由可在ESP 30之间传输的调制信号来发送和接收信息，如下面将详细描述的。聚合装置40 (ESP印刷电路板32的变形)不是从燃料电池14而是从电池42接收工作功率，因此在不需要利用昂贵的电绝缘部件的情况下维持ESP 30和聚合装置40之间的电流隔离。聚合装置40利用位于其上的光收发器34启动与燃料电池堆12中的第一 ESP 30的通信以确定堆12中的第一 ESP 30的位置，以及收集与堆叠板20关联的燃料电池 14或燃料电池组14的比如最小测量电压，第一 ESP 30连接至该堆叠板20。堆12中的每个ESP30都参与通信，使用例如9/N/1协议，来确定堆12中以菊链方式布置(即串联)的每个燃料电池14的位置和最小电池电压，直到获知在堆10中的所有燃料电池12的位置和最小电池电压。也可以对燃料电池14进行其他测量，可以每个燃料电池14的测量的HFR。 以这种方式，ESP 30连同聚合装置40，将堆12中的每个燃料电池14的位置和测量信息传输给聚合装置40，该聚合装置然后将位置和测量信息传输给控制系统44。图2是ESP 30的简化框图，其包括多个焊接以形成ESP印刷电路板32的电子部件。每个电路板32均包括低输入电压DC-DC转换器52，该转换器52将来自燃料电池14或燃料电池14组的少量功率转换成ESP印刷电路板32的稳定且可用的工作电压。电路板32 还包括模拟-数字转换器M，该转换器M将燃料电池14或燃料电池14组的差分电压值 (在下文中称为“测量值”)转换成可被电连接至光收发器34的微处理器56处理和传输的值，从而能够启用与邻近的ESP 30和/或聚合装置40的通信。微处理器56还可确定哪一个电池具有最小电池电压或最大电池电压以及确定也可以经由光收发器34被传输的其他辅助数据(比如它本身的工作状态)。此外，ESP印刷电路板32包括产生稳定电压的参考电压58以使得产生的稳定电压可通过模拟-数字转换器M与测量值进行比较。在本发明的非限制性实施例中，参考电压58和模拟-数字转换器M可集成到微处理器56中。如图2所示，ESP印刷电路板32中的每个具有两个用于将电路板32连接至堆叠板20的连接器观。然而，本领域技术人员应认识到，在不偏离本发明的范围的情况下，可使用各种用于将电路板32连接至堆叠板20的设计。正如上文所提到的，每个ESP印刷电路板32还包括在印刷电路板32的顶部和底部的光收发器34以使得数据能够传输至邻近的ESP 30和聚合装置40或从邻近的ESP 30 和聚合装置40传输。聚合装置40还包括用于与ESP 30进行通信的光收发器34。光收发器34中的每个均包括例如发光二极管(LED)的光发射器36和例如半导体光探测器、光敏晶体管或光电二极管的光接收器38，以用于发射和接收信息。每个ESP印刷电路板32的光收发器34与每个聚合装置40对准以进行光信号通信。更特别地，第一 ESP印刷电路板32 的光发射器36与第二 ESP印刷电路板32的光接收器38对准，反之亦然，使得第一和第二 ESP印刷电路板32能够来回地发送光信息，如图1所示。选择光发射器36和光接收器38以使得它们各自的光谱发射率和灵敏度相匹配以及定位成使得中心ESP 30的顶侧上的光发射器36直接照射到紧邻中心ESP 30之上的堆中的下一更高ESP 30的光接收器38的光敏区域上。反之，中心ESP 30上的底部光发射器 36的取向是直接照射到紧邻中心ESP 30之下的堆中的下一更低ESP 30的顶侧上的光接收器38上。通过发送和接收ESP 30的各自微处理器在光收发器34的LED/探测器上交换的数据(如上所述)被编组成数据位包，其中每个数据位通过均由光脉冲表示，而脉冲的间隔确定数据位的值。正如对本领域技术人员所显而易见的，这种通信方法可以是脉冲位置调制(PPM)。ESP印刷电路板32的所有光收发器34均对准以允许进行通信，如以上讨论的堆 12中的ESP 30以柱形的布置方式而对准一样。现有技术中存在许多技术，其中来自光收发器34的光信号能指示诸如电势、HFR 或其他的辅助数据(例如，电路板32的工作状态)的测量值。例如，在模拟方案中，来自光发射器36的光强可以指示电势，其中光信号与电压成比例。如上讨论，电路板32可包括例如DC/DC转换器52的电压调节器以将电压转换为能够被光收发器34所用的水平。同样， 如上所述，ESP印刷电路板32可包括模拟-数字转换器M以产生频率调制的数字光学信号以对测量值进行编码。
大部分光收发器，比如LED，具有大约1. 2伏特的最小正向电压，使得它们不能用于测量单个电池电压。因此，ESP印刷电路板32还可包括微型升压器转换器以放大测量电压。升压器转换器的反馈环路可以被设计成使其输出电流跟随输入电压，使得光收发器34 的强度随测量值而变化。图3是说明系统10如何测量和传输堆12中的每个燃料电池14或燃料电池14 组的电池电压的流程图60。在激活时，在方框62处，聚合装置40启动关于堆12中的第一 ESP30的协议。聚合装置40通过经由聚合装置40和第一 ESP30的ESP印刷电路板32上的光收发器34进行通信而确定第一 ESP 30的Z轴顺序位置，所述光收发器34对准以使得来自聚合装置40的光发射器36的信号直接被传输至第一 ESP 30的光收发器34的光接收器38。在方框64中，每个ESP30随后与以菊链方式柱状排列中的下一个ESP30通信，也就是说，通过使用位于电池堆12中的ESP30的每个ESP印刷电路板32的顶部和底部上的光收发器34穿过串联的每个ESP30来进行传输。每个ESP30的光收发器34以柱状排列对准，从而如上所述使用光收发器34将信息发送和接收至每个相邻的ESP30。这样，可确定燃料电池堆12中的每个ESP30的ζ轴连续位置。随后，在方框66中，使用电池堆12中的每个ESP30的ζ轴连续位置来寻址每个ESP30并识别每个ESP30的测量值，该每个ESP30的测量值是用光收发器34从每个ESP30进行传输。例如，在正常操作期间，每个ESP 30可连续地测量燃料电池14产生的电压，且更具体地是存在于堆叠板20上的燃料电池膜产生的电压。当在方框68处，聚合装置40经由光收发器；34给ESP 30发送测量电压的请求时，在框70处，ESP 30经由光收发器34采用数字信令对测量电压进行传输。以这种方式，ESP 30和它们的光收发器34形成总线数据 ^^wM^t (bussed data transmission system)。在本发明的替代实施例中，ESP 30可采用真实多点光总线(true multipoint optical bus)来提高可靠性，如采用利用光管技术的结构。因此，单个ESP30的故障不会中断测量值和其他数据传输至ESP30以及从ESP30进行传输，该ESP30位于远离控制系统44 的ζ轴连续位置。图4是与系统10相似的系统80的方框图，其中类似的元件由相同的附图标记所指示。系统80包括两个聚合装置40，该两个聚合装置40配有互补的光收发器34以与暴露在堆叠的ESP 30端部处的最顶部和最底部的ESP30的光收发器34相匹配。聚合装置40还额外地配有微处理器56，微处理器被电连接至光收发器34且可电连接至外部控制系统(比如控制系统44)。位于堆叠的ESP30的每个端部处的聚合装置40的微处理器56电连接到线路86，使得一个聚合器作为“主”通信(communications "master")，另一个作为“从属” 通信(communications "subordinate，，)，以下将详细讨论。如上所述，聚合装置40安置在堆12的每个端部，从而使得能够请求并调整测量值的传输。请求可以是来自外部装置(如控制系统44)的射频(RF)或射频识别(RFID)型通信。此外，可以使用电容耦合以在相邻的ESP30之间传输数字数据，从而通过阻断DC电压并使AC电压通过来提供电流隔离。如上所述，在图4的非限制性实施例中，系统80在堆12的顶部和底部可装配有聚合装置40。聚合装置40中的一个作为“主”聚合器82，而另一个聚合装置40作为“从属” 聚合器84。通过经由位于主聚合器82底侧上的光发射器34向与主聚合器82相邻的ESP30发送命令(以脉冲位置调制(PPM)包的形式)，该主聚合器82开始通信。经由位于ESP30 顶侧上的光接收器34，与主聚合器82相邻的ESP30接收该通信。然后，与主聚合器82相邻的ESP30执行由主聚合器82发出的命令，该命令可以包括捕获测量值或把测量数据代入 PPM包的数据有效载荷中。在由相邻的ESP30执行来自主聚合器82的命令后，与主聚合装置82相邻的 ESP30,即第一 ESP30，试图向柱状排列的下一个ESP30，即第二 ESP30，发出命令(可能有变化的有效载荷)。从而，最顶端的ESP30执行从主聚合器82发出的命令，该命令可以包括捕获测量值或把测量数据代入PPM包的数据有效载荷中。执行该命令后，该最顶端的ESP30 试图向下一个ESP30发出该命令(可能有变化的有效载荷)，沿着堆叠的ESP纵向移动以 “远离”该ESP30。该通信过程继续至电池堆12中的每一个ESP30，直到通过堆12中的所有 ESP30重复命令发出、命令确认和命令执行的循环。系统80使用位于每隔一个堆置板20上的ESP30，从而系统80中的每个ESP30测量堆12中的两个燃料电池14的组。例如，主聚合器82传输其电压，第一 ESP30测量总电压并减去主聚合器82的电压，以确定与第一 ESP30相关联的电池14组的测量电压值。然后，第一 ESP30可传输该总值和它的值，第二 ESP30可减去由第一 ESP30传输的该总值以确定与第二 ESP30相关联的该电池14组的测量电压值。如果控制系统44发送了最小电压请求，第二 ESP30将确定该第二 ESP30的测量电压是否小于第一 ESP30的测量电压。如果是的话，第二 ESP30将总测量值以及与第二 ESP30关联的电池14组的测量电压值传输给电池堆12中的第三ESP20，所述总测量值包括与第二 ESP30关联的燃料电池14组的测量值，所述测量电压值是迄今为止所记载的堆12中的最小电压值。每个ESP30相对于第二 ESP30 重复上述过程，直到获知燃料电池14组的所有电压值，并且识别出具有最小电压的燃料电池14组。在电池堆12中的最底部ESP30执行所述命令后，它向从属聚合器84发出命令(可能有变化的有效载荷)。该从属聚合器84接收该命令，并通过线路86上的电连接向主聚合器82发出成功的消息。当上述非限制性实施例使用位于堆12顶部上的主聚合器82以及位于堆12底部的从属聚合器84时，主聚合器82和从属聚合器84的位置在堆12的任一个端部可以互换地定位。按照图4所述的包括主聚合器82和从属聚合器84的非限制性实施例，可以克服会中断命令发出、命令确认和命令执行的循环的发生故障或不工作的ESP30。例如，如果 ESP30发生故障或不工作，如果可行的话，该ESP30将不会确认命令已经由主聚合器82或与发生故障的ESP30相邻的ESP30发出。如果这种情形发生，且命令发出者是堆12中的 ESP30，那么向发生故障的ESP30发出命令的ESP30会通过向原先从其处接收命令的ESP30 发出命令(或用来表示故障的修改过的命令)而使通信方向倒转。ESP30的通信方向的倒转使命令或修改过的命令转发回发起命令的聚合装置40， 从而允许探测出故障。在主聚合器82发起命令并且已探测出通信故障的情况下，主聚合器82可利用线路86发出消息，以请求从属聚合器84向邻近在堆12的相对端的从属聚合器84的ESP30 发出命令，从而允许从两端访问堆12。这样，系统80可防止由于个别出现故障的或不工作
11的ESP30而丢失一部分电池堆12的测量数据。在另一个非限制性实施例中，可以在堆12中的每个ESP30的顶面和底面上安装另外一对光收发器34。每个ESP30还在交替的几何位置上装配有孔，使得可以“围绕”出现故障的或不工作的ESP30来引导PPM包。这样，如果出现故障的或不工作的ESP30在堆12中不是直接彼此相邻的，则可防止由于在堆12中出现两个故障的或不工作的ESP30而丢失一部分堆12中的测量数据。在另一个非限制性实施例中，位于每个ESP30上的光收发器34的光发射器36和光接收器38可以分别有不同的谱发射和响应，并且可以用于“上行束缚(upward-bound)，， 和“下行束缚(downward-bound)” PPM包。这样，可以最小化或者消除堆12中位于彼此物理上紧密相邻的ESP30上的光收发器34之间的串扰。以上讨论仅仅公开并描述了本发明的示例性实施例。从上述讨论以及从附图和权利要求中，本领域技术人员会容易地认识到，在不脱离下述权利要求所限定的本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行各种变化，修改和变形。
权利要求
1.一种用于传输来自燃料电池堆中的燃料电池的测量数据的系统，所述系统包括 多个燃料电池，每一个燃料电池都产生电势；多个堆叠板，包括在每个燃料电池之间且在燃料电池堆的每个端部上的一个堆叠板以收集由每个燃料电池产生的电势；多个嵌入智能板，每个嵌入智能板均被机械地且电连接至燃料电池堆中的多个堆叠板中的至少一个，每个嵌入智能板均包括在嵌入智能板的顶侧和底侧上的光收发器，每个嵌入智能板经由来自邻近堆叠板的燃料电池的电势而接收来自燃料电池堆的工作功率，而嵌入智能板被连接至该堆叠板；以及位于燃料电池堆中的多个嵌入智能板的一端的第一聚合装置和位于堆中的多个嵌入智能板的另一端的第二聚合装置，所述第一和第二聚合装置包括至少一个用于与嵌入智能板进行通信的光收发器，其中第一聚合装置启动与嵌入智能板的通信以使得嵌入智能板通过堆连续地通信，直到第二聚合装置在接收来自堆中的最后一个嵌入智能板的通信后结束ififn。
2.根据权利要求1的系统，进一步包括在第一和第二聚合装置之间的电连接，以使得在第一和第二聚合装置之间能够直接进行通信。
3.根据权利要求2的系统，其中第一聚合装置利用第一和第二聚合装置之间的电连接以启动自第二聚合装置至嵌入智能板的通信，从而防止由于单个嵌入智能板的失效或不起作用而导致来自一部分堆的测量数据的丢失。
4.根据权利要求1的系统，其中在嵌入智能板的每一个上和在第一和第二聚合装置上的光收发器的每一个均包括光发射器和光接收器。
5.根据权利要求4的系统，其中在嵌入智能板的每一个上和在第一和第二聚合装置上的光收发器与在相邻嵌入智能板和/或聚合装置上的光接收器对准。
6.根据权利要求1的系统，其中位置和诸如电池电压、高频电阻和/或温度的测量值通过嵌入智能板经由光收发器被传输至第一或第二聚合装置。
7.根据权利要求1的系统，其中每个嵌入智能板包括具有低输入电压DC-DC转换器、模拟-数字转换器、微处理器和参考电压的嵌入智能板印刷电路板。
8.根据权利要求1的系统，其中第一和第二聚合装置包括微处理器并且被电连接至电池。
9.一种用于传输来自燃料电池堆中的燃料电池的测量数据的系统，所述系统包括 多个燃料电池；多个堆叠板，其包括在每个燃料电池之间且在所述堆的每个端部上的一个堆叠板； 多个嵌入智能板，每个嵌入智能板均被机械地且电连接至燃料电池堆中的多个堆叠板中的至少一个，每个嵌入智能板均包括在嵌入智能板的顶侧和底侧上的光收发器；以及第一和第二聚合装置，所述第一和第二聚合装置包括至少一个用于与邻近第一或第二聚合装置的嵌入智能板进行通信的光收发器，其中一个聚合装置启动与嵌入智能板的通信，而另一个聚合装置结束通信。
10.一种用于传输来自燃料电池堆中的燃料电池的测量数据的系统，所述系统包括 多个燃料电池；多个堆叠板，包括在每个燃料电池之间且在所述堆的每个端部上的一个堆叠板；多个嵌入智能板，每个嵌入智能板均被机械地且电连接至多个堆叠板中的至少一个， 每个嵌入智能板均包括嵌入智能板印刷电路板和在每个智能板的顶侧和底侧上的光收发器；位于堆中的多个嵌入智能板的一个端部的第一聚合装置和位于堆中的多个嵌入智能板的另一端部的第二聚合装置，嵌入智能板以及第一和第二聚合装置以柱形的布置方式布置，并且第一和第二聚合装置包括至少一个用于与邻近第一或第二聚合装置的嵌入智能板进行通信的光收发器；以及构造成控制第一聚合装置的控制器，其中控制器请求第一聚合装置与相邻的嵌入智能板进行通信以使得嵌入智能板通过所述堆连续地通信，直到第二聚合装置在接收来自所述堆中的最后一个嵌入智能板的通信后结束通信。
全文摘要
本发明涉及用板嵌入测量单元测量和传输燃料电池堆电池电压的方法，提供一种用于传输来自燃料电池堆中的每一个燃料电池或电池组的测量数据的系统，包括多个燃料电池、多个堆叠板以及多个嵌入智能板。堆叠板介于每个燃料电池之间且在堆的每个端部上，多个嵌入智能板被机械地且电连接至多个堆叠板中的至少一个，且每个智能板包括在顶侧和底侧上的光收发器。系统进一步包括第一和第二聚合装置，所述第一和第二聚合装置包括至少一个用于与邻近于第一或第二聚合装置的嵌入智能板进行通信的光收发器，其中一个聚合装置启动与嵌入智能板的通信而另一个聚合装置结束通信。
文档编号H01M8/04GK102208666SQ20111009854
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月8日 优先权日2010年3月8日
发明者D·D·里, K·L·凯, M·F·扎维萨 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司