專利名稱：一種燃料電池發動機溫度采集電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種燃料電池，尤其涉及一種燃料電池發動機溫度采集電路。
背景技術：
燃料電池是一種能夠將燃料與氧化劑發生電化學反應時產生的化學能轉變成電能的裝置。該裝置的核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly，簡稱MEA)，膜電極由一張質子交換膜和夾在膜兩面的兩張可導電多孔性擴散材料(如碳紙)組成，在質子交換膜與導電材料接觸的兩邊界面上均勻分布有細小分散的可引發電化學反應的催化劑(如金屬鉑)。膜電極兩邊用導電物體將發生電化學反應過程中產生的電子通過外電路引出，就構成了電流回路。
在膜電極的陽極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴散材料(如碳紙)，并在催化劑表面發生電化學反應，失去電子形成正離子，正離子可通過遷移穿過質子交換膜，到達膜電極的另一端一陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化劑(如氧氣)的氣體(如空氣)，通過滲透穿過多孔性擴散材料(如碳紙)，并在催化劑表面發生電化學反應，得到電子形成負離子，該負離子進一步與從陽極端遷移過來的正離子結合，形成反應產物。
在以氫氣為燃料、以含有氧氣的空氣為氧化劑(或以純氧為氧化劑)的質子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽極區發生失去電子的催化電化學反應，形成氫正離子(質子)，其電化學反應方程式為，氧氣在陰極區發生得到電子的催化電化學反應，形成負離子，該負離子進一步與從陽極端遷移過來的氫正離子結合，形成反應產物水。其電化學反應方程式為。
燃料電池中的質子交換膜除了用于發生電化學反應以及遷移交換反應中產生的質子外，其作用還包括將含有燃料氫氣的氣流與含有氧化劑(氧氣)的氣流分隔開來，使它們不會相互混合而產生爆炸式反應。
在典型的質子交換膜燃料電池中，膜電極一般放在兩塊導電的極板之間，兩極板上均開設有導流槽，因此又稱作導流極板。導流槽開設在與膜電極接觸的表面上，通過壓鑄、沖壓或機械銑刻形成，其數量在一條以上。導流極板可以由金屬材料制成，也可以由石墨材料制成。導流極板上的導流槽的作用是將燃料或氧化劑分別導入膜電極兩邊的陽極區或陰極區。在一個質子交換膜燃料電池單電池的構造中，只存在一個膜電極和兩塊導流極板，兩塊導流極板分設在膜電極兩邊，一個作為陽極燃料的導流極板，另一個作為陰極氧化劑的導流極板。這兩塊導流極板既作為電流集流板，也是膜電極兩邊的機械支撐。導流極板上的導流槽既是燃料或氧化劑進入陽極或陰極表面的通道，也是將電池運行過程中生成的水帶走的出水通道。
為了增大質子交換膜燃料電池的功率，通常將兩個或兩個以上的單電池通過直疊的方式或平鋪的方式連在一起組成電池組，或稱作電池堆。這種電池組通常通過前端板、后端板及拉桿緊固在一起成為一體。在電池組中，位于兩質子交換膜之間的極板的兩面都設有導流槽，稱為雙極板。雙極板的其中一面作為一個膜電極的陽極導流面，另一面則作為另一個相鄰膜電極的陰極導流面。一個典型的電池組通常還包括1)、燃料及氧化劑氣體的進口和導流通道。其作用是將燃料(如氫氣、甲醇或由甲醇、天然氣、汽油經重整后得到的富氫氣體)和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個陽極、陰極面的導流槽中；2)、冷卻流體(如水)的進、出口與導流通道。其作用是將冷卻流體均勻地分布到各個電池組內的冷卻通道中，吸收燃料電池內產生的反應熱并將其帶出電池組進行散熱；3)、燃料與氧化劑氣體的出口與導流通道。其作用是將沒有參與反應的多余燃料氣體和氧化劑排出，同時將反應生成的液態或氣態的水帶出。上述燃料進出口、氧化劑進出口和冷卻流體的進出口通常都開設在燃料電池組的一個端板上或分別開設在兩個端板上。
質子交換膜燃料電池可用作車、船等運載工具的動力系統，又可制作成移動式或固定式的發電系統。
在燃料電池發電系統中，由于燃料電池發電系統的性能與溫度有關，燃料電池發動機溫度采集是一個非常重要的環節，現有燃料電池發動機溫度采集采用熱電阻或熱敏電阻溫度傳感器，采集信號是一個隨著溫度變化的電阻值，經變送器后信號變成4～20mA的電流或0～5V的電壓信號，再傳給CPU處理。這種方式電路硬件成本高，信號傳遞過程中容易受燃料電池發動機風機、水泵等強電設備地干擾，影響測量數據不穩定，引起燃料電池發動機散熱控制系統誤動作，嚴重時導致燃料電池發動機系統崩潰。
發明內容
本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供的一種燃料電池發動機溫度采集電路。
本實用新型的目的是這樣實現的一種燃料電池發動機溫度采集電路，包括單片機U1、溫度傳感器U2、通訊接口電路U3，其特征在于，所述的溫度傳感器U2為半導體溫度傳感器或熱電偶溫度傳感器，該傳感器封裝在燃料電池水箱U4內并采集溫度信號，溫度傳感器U2與單片機U1連接，單片機U1與通訊接口電路U3連接。
所述的單片機U1可采用飛利浦87C591。
所述的溫度傳感器U2可采用包括DS18B20、DS18B20、MAX6611或LM92的溫度傳感器。
所述的溫度傳感器U2與單片機U1的連接線采用屏蔽電纜線。
所述的通訊接口電路U3可采用CAN總線通訊接口電路。
所述的溫度傳感器U2與水箱U4之間可設置導熱密封膠。
所述的導熱密封膠為硅脂材料填充層。
本實用新型由于采用了以上技術方案，克服了現有技術的缺陷。與現有技術相比，本實用新型采用半導體溫度傳感器，單片機與溫度傳感器之間采用數字通訊連接，現場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，提高了系統的抗干擾性，測量可靠性高。半導體溫度傳感器內部有溫度補償電路，無須額外的溫度補償電路，簡化了測溫電路，降低了硬件電路成本。單片機根據半導體溫度傳感器提供的接口協議連接，直接讀取半導體溫度傳感器的溫度數值，溫度測量精度由廠家生產保證，無需現場校正。
圖1是本實用新型一種燃料電池發動機溫度采集電路方框圖；圖2是本實用新型一種燃料電池發動機溫度采集電路圖。
具體實施方式
下面將結合附圖及具體實施例對本實用新型作進一步說明。
參見圖2，圖2是本實用新型的一個50千瓦燃料電池發電系統中溫度控制的實施例。單片機U1采用的單片機芯片是飛利浦87C591，半導體溫度傳感器采用DS18B20產品，溫度測量范圍可以滿足目前燃料電池發動機工作溫度范圍-20℃-90℃的要求。單片機U1通過一個開關量輸入輸出接口POT1與溫度傳感器U2連接，單片機軟件嚴格按DS18B20的時序要求讀取溫度傳器數值，在所述連接線路上，存在一個電路節點，該節點連接電阻R14和電容C28組成的電路支路。在所述支路上，電阻R14一端接電源VCC，另一端通過該節點連接電容C28，C28的另一端接地。所述溫度傳感器U2還具有引出端線分別接電源VCC和地GND。溫度傳感器U2在和GND的連接上存在電路節點，電源VCC通過電容C8連至該節點。溫度傳感器DS18B20封裝在水箱U4金屬管體內，它與水箱之間用導熱硅脂1導熱材料填充，增加溫度的傳導性，提高溫度的測量的精度。DS18B20通過屏蔽電纜線和單片機CPU連接以保障采集裝置的電磁兼容性。
權利要求1.一種燃料電池發動機溫度采集電路，包括單片機(U1)、溫度傳感器(U2)、通訊接口電路(U3)，其特征在于，所述的溫度傳感器(U2)為半導體溫度傳感器或熱電偶溫度傳感器，該傳感器封裝在燃料電池水箱(U4)內并采集溫度信號，溫度傳感器(U2)與單片機(U1)連接，單片機(U1)與通訊接口電路(U3)連接。
2.根據權利要求1所述的一種燃料電池發動機溫度采集電路，其特征在于，所述的單片機(U1)可采用飛利浦87C591。
3.根據權利要求1所述的一種燃料電池發動機溫度采集電路，其特征在于，所述的溫度傳感器(U2)可采用包括DS18B20、DS18B20、MAX6611或LM92的溫度傳感器。
4.根據權利要求1所述的一種燃料電池發動機溫度采集電路，其特征在于，所述的溫度傳感器(U2)與單片機(U1)的連接線采用屏蔽電纜線。
5.根據權利要求1所述的一種燃料電池發動機溫度采集電路，其特征在于，所述的通訊接口電路(U3)可采用CAN總線通訊接口電路。
6.根據權利要求1所述的一種燃料電池發動機溫度采集電路，其特征在于，所述的溫度傳感器(U2)與水箱(U4)之間可設置導熱密封膠。
7.根據權利要求6所述的一種燃料電池發動機溫度采集電路，其特征在于，所述的導熱密封膠為硅脂材料填充層。
專利摘要本實用新型涉及一種燃料電池發動機溫度采集電路，包括單片機U1、溫度傳感器U2、通訊接口電路U3，所述的溫度傳感器U2為半導體溫度傳感器或熱電偶溫度傳感器，該傳感器封裝在燃料電池水箱U4內并采集溫度信號，溫度傳感器U2與單片機U1連接，單片機U1與通訊接口電路U3連接。與現有技術相比，本實用新型具有系統抗干擾性強，測量可靠性高，測溫電路簡單，電路硬件成本低，無需現場校正等優點。
文檔編號G01K1/02GK2852083SQ20052004731
公開日2006年12月27日 申請日期2005年12月8日 優先權日2005年12月8日
發明者付明竹, 鮑軍輝, 郭磊, 胡里清 申請人:上海神力科技有限公司