專利名稱：一種帶有can接口的燃料電池發電系統氫氣報警裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及燃料電池，尤其涉及燃料一種帶有CAN接口的燃料電池發電系統氫氣報警裝置。
背景技術：
電化學燃料電池是一種能夠將氫及氧化劑轉化成電能及反應產物的裝置。該裝置的內部核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly，簡稱MEA)，膜電極(MEA)由一張質子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導電的材料，如碳紙組成。在膜與碳紙的兩邊界面上含有均勻細小分散的引發電化學反應的催化劑，如金屬鉑催化劑。膜電極兩邊可用導電物體將發生電化學發應過程中生成的電子，通過外電路引出，構成電流回路。
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(碳紙)，并在催化劑表面上發生電化學反應，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(碳紙)，并在催化劑表面上發生電化學反應得到電子，形成負離子。在陰極端形成的陰離子與陽極端遷移過來的正離子發生反應，形成反應產物。
在采用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑(或純氧為氧化劑)的質子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽極區的催化電化學反應就產生了氫正離子(或叫質子)。質子交換膜幫助氫正離子從陽極區遷移到陰極區。除此之外，質子交換膜將含氫氣燃料的氣流與含氧的氣流分隔開來，使它們不會相互混合而產生爆發式反應。
在陰極區，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負離子，并與陽極區遷移過來的氫正離子反應，生成反應產物水。在采用氫氣、空氣(氧氣)的質子交換膜燃料電池中，陽極反應與陰極反應可以用以下方程式表達
陽極反應陰極反應在典型的質子交換膜燃料電池中，膜電極(MEA)一般均放在兩塊導電的極板中間，每塊導流極板與膜電極接觸的表面通過壓鑄、沖壓或機械銑刻，形成至少一條以上的導流槽。這些導流極板可以上金屬材料的極板，也可以是石墨材料的極板。這些導流極板上的流體孔道與導流槽分別將燃料和氧化劑導入膜電極兩邊的陽極區與陰極區。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，膜電極兩邊分別是陽極燃料的導流板與陰極氧化劑的導流板。這些導流板既作為電流集流板，也作為膜電極兩邊的機械支撐，導流板上的導流槽又作為燃料與氧化劑進入陽極、陰極表面的通道，并作為帶走燃料電池運行過程中生成的水的通道。
為了增大整個質子交換膜燃料電池的總功率，兩個或兩個以上的單電池通常可通過直疊的方式串聯成電池組或通過平鋪的方式聯成電池組。在直疊、串聯式的電池組中，一塊極板的兩面都可以有導流槽，其中一面可以作為一個膜電極的陽極導流面，而另一面又可作為另一個相鄰膜電極的陰極導流面，這種極板叫做雙極板。一連串的單電池通過一定方式連在一起而組成一個電池組。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。
一個典型電池組通常包括(1)燃料及氧化劑氣體的導流進口和導流通道，將燃料(如氫氣、甲醇或甲醇、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，將冷卻流體均勻分布到各個電池組內冷卻通道中，將燃料電池內氫、氧電化學放熱反應生成的熱吸收并帶出電池組進行散熱；(3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應的導流通道，燃料氣體與氧化劑氣體在排出時，可攜帶出燃料電池中生成的液、汽態的水。通常，將所有燃料、氧化劑、冷卻流體的進出口都開在燃料電池組的一個端板上或兩個端板上。
質子交換膜燃料電池既可以用作車、船等運載工具的動力系統，又可用作移動式或固定式發電系統。
質子交換膜燃料電池一般由若干個單電池組成，將這些單電池以串聯或并聯的方式連接起來構成質子交換膜燃料電池堆，將質子交換膜燃料電池堆與其他運行支持系統組合起來構成整個質子交換膜燃料電池發電系統。
燃料電池發電系統是采用氫氣為原料進行發電的新型能源，具有無污染、轉換效能高、低噪音、低溫運行等特點.有著廣泛的應用前景。但是燃料電池的原料-氫氣是一種易燃、易爆的氣體，為了使燃料電池發電系統能長期安全可靠的運行，必須對燃料電池發電系統進行氫氣泄漏的檢測，當檢測到氫氣泄漏時及時報警并切斷氫氣源。
對氫氣的檢測一般采用氫敏元件，氫敏元件測量氣體成分含量的原理是當被測氫氣通過氫敏元件的表面時，會發生化學反應，使其內部的金屬氧化物的阻值發生了變化，而其阻值的大小和通過它表面的氫氣濃度基本成線性關系。因此，只要將電阻的變化轉換成電壓變化，測量出電壓信號就可計算出對應的氫氣濃度了。
參閱圖1。圖1為氫敏元件接線示意圖。圖1中，1是氫敏元件，2是負載電阻R。VC是工作電壓，VH是加熱電壓，VO是輸出電壓。
現在常用的氫氣報警器電路有兩種，一種采用模擬電路，它將輸出電壓VO連接到直流電橋電路中，當氫敏元件檢測到氫氣后輸出電壓VO便會增加，模擬電路將VO的變化用電壓表指示出來，并發出聲光報警。模擬電路的優點是不需要運行程序，抗干擾能力強，缺點是電路復雜，精度低。另一種報警器電路是采用帶微處理器的電路，它的原理是將VO的變化通過A/D轉換成數字信號供CPU處理。CPU通過運行軟件算法對其進行線性化處理和進行溫度補償。通過I/O口控制聲光報警器的開或關。采用微處理器電路的特點是電路簡單，精度高。
但是，以上兩種電路都只能對氫氣的泄漏進行檢測和報警，而報警后關閉氫氣源的工作仍要操作人員人工操作，這樣會延誤事故的處理時間，造成安全事故。
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一種帶有CAN接口的燃料電池發電系統氫氣報警裝置。
本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現一種帶有CAN接口的燃料電池發電系統氫氣報警裝置，包括燃料電池發電系統、氫氣檢測報警器、控制器、氫氣電磁閥和氫敏元件，其特征在于，所述的氫氣檢測報警器帶有CAN通信接口；所述的氫敏元件與氫氣檢測報警器電氣連接，將檢測到的反映氫氣濃度的電信號送至氫氣檢測報警器，氫氣檢測報警器與控制器通過雙路CAN總線連接，將報警信息發送至控制器，控制器與氫氣電磁閥電氣連接，控制氫氣電磁閥的開或關，氫氣電磁閥與燃料電池發電系統連接，控制對燃料電池發電系統的氫氣供應。
所述的氫氣檢測報警器包括CPU、光電隔離器、固態繼電器、雙路CAN收發器、聲光報警器和電源；所述的電源與CPU連接，提供CPU工作電壓，光電隔離器為兩路，光電隔離器一端與CPU連接，一端與CAN收發器連接，作為CPU與CAN收發器之間的隔離裝置，CAN收發器采用兩路，與控制器連接通信，固態繼電器一端與CPU連接，受CPU控制，一端連接聲光報警器，控制聲光報警器工作。
所述的氫敏元件設置三個，分別設置在燃料電池發電系統氫氣進口處、電堆處和易產生氫氣泄漏處。
所述的CPU內帶雙CAN總線控制器、程序存儲器和數據存儲器。
所述的聲光報警器具有定時報警和持續報警兩種報警方式。
本實用新型由于采用了以上技術方案，克服了原有技術中的缺陷。與現有技術相比，本實用新型設計的一種帶有CAN通信接口的燃料電池氫氣報警裝置，除了具有檢測氫氣泄漏并報警的功能外，當氫氣泄漏達到一定的濃度時，該裝置可以通過關閉氫氣管路電磁閥及時自動切斷氫氣源，確保安全。
圖1為氫敏元件接線示意圖；圖2為本實用新型燃料電池發電系統氫氣報警裝置工作原理圖；圖3為本實用新型燃料電池發電系統氫氣報警裝置組成電方框圖。
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。
參閱圖2，3。圖2是本實用新型燃料電池發電系統氫氣報警裝置工作原理圖。圖中包括燃料電池發電系統201、三個氫敏元件202、氫氣電磁閥203、控制器204、CAN總線205，205’、氫氣檢測報警器206。
圖3為本實用新型燃料電池發電系統氫氣報警裝置組成電方框圖；圖中包括CAN收發器301，302′、光電隔離器302、電源303、CPU 304、三個氫敏元件202、固態繼電器306、聲光報警器307。
實施例1本實施例結合具體的元器件型號對本實用新型實施方法作進一步的敘述。
結合圖1，圖2。CPU 304采用PHILIPS的LPC2119的32位ARM，內帶128K程序存儲器，16K數據存儲器，內帶的雙CAN總線控制器可方便的進行CAN通訊；三個氫敏元件202采用寧波思凱公司的氫敏元件QM-Q1，氫氣濃度測量范圍為10ppm～5000ppm，它將氫氣濃度信號轉換成0～3V的電壓信號，單片機通過A/D轉換口對模擬量進行轉換，得到對應的氫氣濃度值。當氫氣的濃度大于設定值時就發出聲光報警，同時將報警信息通過CAN總線205，205′發給控制器204，控制器204會根據需要由I/O口發出開關量信號關閉氫氣管路電磁閥203。
實施例2本實施例是氫氣報警器在10KW燃料電池發電站或發動機上應用的實例。
結合圖1，圖3。三個氫敏元件202分別安裝在燃料電池發電站或發動機201的氫氣進口處、電堆等容易產生氫氣泄漏的地方。氫氣報警器206通過雙CAN冗余通信總線205，205′和控制器204相連。當三個氫敏元件202中的任一個檢測到氫氣濃度大于3000ppm時，氫氣報警器206便發出聲光報警，持續時間為15秒。在這15秒內如氫氣濃度仍然大于3000ppm，則繼續聲光報警，如小于3000ppm了則關閉聲光報警。當三個氫敏元件202中的任1個檢測到氫氣濃度大于5000ppm時，氫氣報警器206發出聲光報警，并把報警信息通過雙CAN通信總線205，205′發送到控制器204。控制器204立即通過I/O口關閉氫氣管路電磁閥203，這樣就能保證燃料電池發電站或發動機201安全可靠的運行。
權利要求1.一種帶有CAN接口的燃料電池發電系統氫氣報警裝置，包括燃料電池發電系統、氫氣檢測報警器、控制器、氫氣電磁閥和氫敏元件，其特征在于，所述的氫氣檢測報警器帶有CAN通信接口；所述的氫敏元件與氫氣檢測報警器電氣連接，將檢測到的反映氫氣濃度的電信號送至氫氣檢測報警器，氫氣檢測報警器與控制器通過雙路CAN總線連接，將報警信息發送至控制器，控制器與氫氣電磁閥電氣連接，控制氫氣電磁閥的開或關，氫氣電磁閥與燃料電池發電系統連接，控制對燃料電池發電系統的氫氣供應。
2.根據權利要求1所述的一種帶有CAN接口的燃料電池發電系統氫氣報警裝置，其特征在于，所述的氫氣檢測報警器包括CPU、光電隔離器、固態繼電器、雙路CAN收發器、聲光報警器和電源；所述的電源與CPU連接，提供CPU工作電壓，光電隔離器為兩路，光電隔離器一端與CPU連接，一端與CAN收發器連接，作為CPU與CAN收發器之間的隔離裝置，CAN收發器采用兩路，與控制器連接通信，固態繼電器一端與CPU連接，受CPU控制，一端連接聲光報警器，控制聲光報警器工作。
3.根據權利要求1所述的一種帶有CAN接口的燃料電池發電系統氫氣報警裝置，其特征在于，所述的氫敏元件設置三個，分別設置在燃料電池發電系統氫氣進口處、電堆處和易產生氫氣泄漏處。
4.根據權利要求1所述的一種帶有CAN接口的燃料電池發電系統氫氣報警裝置，其特征在于，所述的CPU內帶雙CAN總線控制器、程序存儲器和數據存儲器。
5.根據權利要求1所述的一種帶有CAN接口的燃料電池發電系統氫氣報警裝置，其特征在于，所述的聲光報警器具有定時報警和持續報警兩種報警方式。
專利摘要本實用新型涉及一種帶有CAN接口的燃料電池發電系統氫氣報警裝置，該裝置包括燃料電池發電系統、氫氣檢測報警器、控制器、氫氣電磁閥、氫敏元件，所述的氫氣檢測報警器帶有CAN通信接口。與現有技術相比，本實用新型能檢測氫氣泄漏并發出報警，當氫氣泄漏達到一定的濃度時，該裝置可以及時自動切斷氫氣源，確保安全。
文檔編號G08B21/00GK2890905SQ200520044030
公開日2007年4月18日 申請日期2005年8月3日 優先權日2005年8月3日
發明者王立明, 葛栩栩, 胡里清 申請人:上海神力科技有限公司