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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen von Brennstoffzellenspannungen in einem Brennstoffzellenstapel und insbesondere, dass Verbinder- und Komponentenfehler in der Überwachungsschaltung dem Anwender transparent gemacht werden, und zwar ohne Verlust der Information, für deren Bereitstellung der schadhafte Verbinder oder die schadhafte Komponente ausgelegt war. Ferner sehen das Verfahren und die Vorrichtung eine redundante Energieversorgung und Masseverbindung für die Messungen der Überwachungsschaltung vor.
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Brennstoffzellen erzeugen Energie durch die elektrochemische Verarbeitung von Reaktanden und die anschließende Erzeugung von elektrischem Strom. Eine typische Brennstoffzellenkonfiguration umfasst eine Polymermembran (z. B. eine Protonenaustauschmembran (PEM)) mit Katalysatorschichten auf beiden Seiten, um die jeweilige Oxidation und Reduktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu unterstützen. Zusätzliche Komponenten, die ein Paar von Gasdiffusionsmediumschichten, die an den jeweiligen Katalysatorschichten angeordnet sind, sowie Kathoden- und Anoden-Bipolarplatten aufweisen, die außerhalb der Gasdiffusionsmediumschichten angeordnet sind; diese Bipolarplatten definieren Strömungskanäle darin, um die Einführung der extern vorgesehenen Reaktanden zu der katalysatorbeschichteten PEM zu unterstützen. Die verschiedenen Komponenten werden miteinander komprimiert, um die Brennstoffzelle zu bilden. Um den Leistungsausgang zu erhöhen, werden zahlreiche Brennstoffzellen gemeinsam angeordnet, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden.
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Brennstoffzellenstapel werden in Bezug auf ihre elektrische Brauchbarkeit durch einen Satz von Diagnoseverbindern überwacht, die an den Bipolarplatten jeder Brennstoffzelle in dem Brennstoffzellenstapel befestigt sind. Ein eingebettetes Messmodul (EMM von engl.: ”embedded measurement module”) überwacht über die Diagnoseverbinder die Spannung jeder Brennstoffzelle und berichtet diese Funktionsfähigkeit an die elektronische Fahrzeugsteuereinheit (ECU).
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Ein Problem mit dieser Vorgehensweise besteht darin, dass das EMM nicht in der Lage ist, Fehlermoden zu berücksichtigen, die entstehen können, was das System in Bezug auf diagnostische Verbinder- und Komponentenfehler gefährdet. Wenn ferner der diagnostische Verbinder, der das EMM betreibt, fehlerhaft ist, liefert das EEM keine Information über irgendeine der Brennstoffzellen an die Fahrzeug-ECU. Es ist ein Weg erforderlich, diese Fehler zu umgehen, um die erforderlichen Daten zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels zu erhalten.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Angesichts des Obigen und anderer Probleme modifiziert die vorliegende Offenbarung die End-of-Frame-Sequenz des Impulsbreitenmodulations-(PWM)-Signals, um einen neuen Datensatz zur Verwendung bei der Berechnung der Spannung jeder Brennstoffzelle, die mit dem EMM verbunden ist, in dem Fall eines Verbindungs- oder Komponentenfehlers bereitzustellen. Die Rolle der End-of-Frame-Sequenz besteht darin, ein Kalibrierungssignal bereitzustellen und den Beginn eines Datenstroms anzugeben. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die End-of-Frame-Sequenz so modifiziert, einen Gesamtspannungswert aller Brennstoffzellen, die mit dem EMM verbunden sind, zu addieren. In dem Fall eines Verbindungs- oder Komponentenfehlers wird die Summe aller Brennstoffzellenspannungen, die berichtet sind, von dem Gesamtspannungswert subtrahiert, um die fehlende Brennstoffzellenspannung aufgrund des Fehlers zu finden. Ferner wird eine redundante oder Ersatz-Leistungs- und Masseverbindung zu der gegenwärtigen EMM-Architektur hinzugefügt, um einen Fehler in der primären Leistungs- oder Masseverbindung zu überwinden.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein redundantes System zur Überwachung der Funktionsfähigkeit offenbart. Das System verwendet ein EMM mit einer Zellenspannungsüberwachungsschaltung und einer Mehrzahl von Diagnoseverbindern. Die Mehrzahl von Diagnoseverbindern ist mit einem Substrat gekoppelt und elektrisch mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel verbunden. Die Zellenspannungsüberwachungsschaltung ist derart konfiguriert, eine Mehrzahl von Impulsen sowie eine End-of-Frame-Sequenz an eine Empfängerschaltung zu senden. Jeder Impuls in der Mehrzahl von Impulsen entspricht einer einzelnen Spannung für eine einzelne Brennstoffzelle in einer Mehrzahl von Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel. Die End-of-Frame-Sequenz gibt den Beginn der Mehrzahl von Impulsen wie auch eine Gesamtspannung für die Mehrzahl von Brennstoffzellen, die mit dem EMM verbunden sind, an. Eine Zentralverarbeitungseinheit mit einem darin programmierten Algorithmus summiert die einzelnen Spannungen auf, und die Summe wird von der Gesamtspannung subtrahiert, um eine fehlende Spannung von zumindest einer Brennstoffzelle zu bestimmen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren einer redundanten Überwachung einer Funktionsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels offenbart. Das Verfahren betrifft die Bereitstellung eines EMM, das elektrisch mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel verbunden ist. Das EMM sendet eine Mehrzahl von Impulsen aus, wobei jeder Impuls in der Mehrzahl von Impulsen eine einzelne Spannung für eine einzelne Brennstoffzelle in einer Mehrzahl von Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel angibt. Eine End-of-Frame-Sequenz wird definiert, die den Beginn einer Mehrzahl von Impulsen und eine Gesamtspannung für die Mehrzahl von Brennstoffzellen, die mit dem eingebetteten Messmodul verbunden sind, angibt. Es wird ein fehlender Spannungswert, der zumindest einer der Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel entspricht, unter Verwendung eines Algorithmus berechnet. Die einzelnen Spannungen für jede Brennstoffzelle werden zu einer Summe der einzelnen Spannungen aufaddiert, und die Summe wird von der Gesamtspannung subtrahiert, um den fehlenden Spannungswert zu bestimmen.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein redundantes System zur Überwachung einer Funktionsfähigkeit für einen Brennstoffzellenstapel offenbart. Das System verwendet ein EMM mit einer Zellenspannungsüberwachungsschaltung und einer Mehrzahl von Diagnoseverbindern. Die Mehrzahl von Diagnoseverbindern ist mit einem Substrat gekoppelt und elektrisch mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel verbunden. Die Zellenspannungsüberwachungsschaltung ist derart konfiguriert, eine Mehrzahl von Impulsen sowie eine End-of-Frame-Sequenz optisch an eine Empfängerschaltung zu senden. Jeder Impuls in der Mehrzahl von Impulsen entspricht einer einzelnen Spannung für eine einzelne Brennstoffzelle in einer Mehrzahl von Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel. Die End-of-Frame-Sequenz gibt den Beginn der Mehrzahl von Impulsen wie auch eine Gesamtspannung für die Mehrzahl von Brennstoffzellen, die mit dem EMM verbunden sind, an. Eine Zentralverarbeitungseinheit mit einem darin programmierten Algorithmus summiert die einzelnen Spannungen auf, und die Summe wird von der Gesamtspannung subtrahiert, um eine fehlende Spannung von zumindest einer Brennstoffzelle zu bestimmen. Das EMM besitzt eine primäre Leistungsquelle sowie eine redundante oder Ersatz-Leistungsquelle. Die redundante Leistungsquelle ist derart konfiguriert, zumindest eine Diode, die mit einem einzelnen Diagnoseverbinder aus der Mehrzahl von Diagnoseverbindern elektrisch verbunden ist, zu verwenden, um die Ersatz-Leistungsquelle für das EMM bereitzustellen. Das eingebettete Messmodul besitzt auch eine primäre Masseverbindung sowie eine redundante oder Ersatz-Masseverbindung. Die redundante Masseverbindung ist elektrisch mit zumindest einem einzelnen Diagnoseverbinder aus der Mehrzahl von Diagnoseverbindern verbunden, um die Ersatz-Massequelle für das EMM bereitzustellen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems mit einer Vorrichtung zur Überwachung einer Funktionsfähigkeit gemäß einem Aspekt der Offenbarung;
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2 zeigt ein PWM-Signal, das eine Indexsynchronisierungssequenz und Zellenspannungsimpulse aufweist; und
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3 zeigt einen Vergleich zwischen einem Zellenspannungsmesssignal, das eine Indexsynchronisierungssequenz aufweist, einem Sägezahnvergleichssignal und einem Ausgangssignal.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Zunächst Bezug nehmend auf 1 ist ein schematisches Blockschaubild eines Brennstoffzellensystems 10 gezeigt. Das Brennstoffzellensystem 10 besitzt einen Brennstoffzellenstapel 12, ein eingebettetes Messmodul (EMM) 26 und eine Empfängerschaltung 30. Bei dieser nicht beschränkenden Ausführungsform besitzt der Brennstoffzellenstapel 12 eine Mehrzahl gestapelter Brennstoffzellen 14. Das EMM 26 umfasst eine Stapelkopplungseinrichtung 16 mit einer Mehrzahl von Diagnoseverbindern 18 und einer Zellenspannungsüberwachungsschaltung 28.
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Die Diagnoseverbinder 18 sind an einem Substrat montiert und stehen in elektrischem Kontakt mit einer Mehrzahl von Bipolarplatten 20, die die Brennstoffzellen 14 in dem Brennstoffzellenstapel 12 trennen. Bei einer nicht beschränkenden Ausführungsform weist die Stapelkopplungseinrichtung 16 zwanzig Diagnoseverbinder 18 auf. Alle zwanzig Diagnoseverbinder 18 stehen in Kontakt mit siebzehn Bipolarplatten 20, die sechzehn Brennstoffzellen 14 definieren. Dies ermöglicht, dass das EMM 26 die Spannung von sechzehn Brennstoffzellen 14 überwachen kann. Diese sechzehn Brennstoffzellen sind in 1 als 14A–14P repräsentiert und definieren eine Zellengruppe 15. Siebzehn der Diagnoseverbinder 16 stehen in Kontakt mit siebzehn Bipolarplatten 20. Die verbleibenden drei Diagnoseverbinder 18 stellen redundante Verbindungen zu drei der siebzehn Bipolarplatten 20 her. Bei einer Ausführungsform ist die Stapelkopplungseinrichtung 16 eine eingebettete Kopplungseinrichtung, die Teil des Brennstoffzellenstapels 12 ist, obwohl andere Typen von Kopplungseinrichtungen gleichermaßen anwendbar sind.
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Das EMM 26 ist mit standardmäßigen zwanzig Diagnoseverbindern 18 hergestellt. Die Architektur des Brennstoffzellenstapels 12 umschließt dreihundertzwanzig Brennstoffzellen 14. Unter Verwendung von immer zwanzig EMM 26 zur Überwachung des Brennstoffzellenstapels 12 überwacht jedes EMM 26 sechzehn Brennstoffzellen 14, was drei Diagnoseverbinder 18 an jedem EMM 26 frei für andere Zwecke belässt.
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Die Zellenspannungsüberwachungsschaltung 28 umfasst ein Kommunikationsmodul 44, eine Leistungsversorgung 48 und einen Impulsgenerator (nachfolgend detaillierter beschrieben). Das Kommunikationsmodul 44 verwendet bei diesem nicht beschränkenden Beispiel eine LED zur optischen Kommunikation. Das Kommunikationsmodul 44 kann auch genauso elektrische oder Hochfrequenz zur Kommunikation verwenden.
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Die Leistungsversorgung 48 liefert die Elektrizität, die zum Betrieb des EMM 26 notwendig ist. Das EMM 26 leitet seine Leistung direkt von dem Brennstoffzellenstapel 12 durch zwei dedizierte Verbindungen in dem Diagnoseverbinder 18 ab. Eine Verbindung dient der Leistung und die zweite dient der Masse. Bei der bevorzugten Ausführungsform sieht eine Ersatz-Leistungsquelle 18 Leistung direkt von dem Brennstoffzellenstapel 12 in dem Fall eines Verbindungs- oder Komponentenfehlers vor. Die Ersatz-Leistungsquelle 58 ist von einem redundanten Diagnoseverbinder über eine der Mehrzahl von Leitungen 32 vorgesehen. Zumindest eine Diode 59 ist mit einem einzelnen Diagnoseverbinder aus der Mehrzahl von Diagnoseverbindern 18 verbunden, und zumindest eine Diode 59 ist von einer der Mehrzahl von Leitungen 32 mit der Leistungsversorgung 48 verbunden, um die Ersatz-Leistungsquelle 58 zu erzeugen. Wie insgesamt in dieser Anmeldung verwendet ist, ist die Ersatz-Leistungsquelle 58 auch eine redundante Leistungsquelle.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform ist eine Ersatz-Masseverbindung 53 vorgesehen, um sicherzustellen, dass das EMM 26 eine Masseverbindung in dem Fall eines Verbindungs- oder Komponentenfehlers besitzt. Die Ersatz-Masseverbindung 53 ist direkt von den Brennstoffzellen 14 über eine der Mehrzahl von Leitungen 32 verbunden. Die Ersatz-Masseverbindung ist von dem redundanten Diagnoseverbinder vorgesehen und ist direkt mit der Leistungsversorgung 48 verbunden. Wie insgesamt in dieser Anmeldung verwendet ist, ist die Ersatz-Masseverbindung 53 auch eine redundante Masseverbindung.
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Eine andere Komponente der Zellenspannungsüberwachungsschaltung 28 ist der Impulsgenerator. Der Impulsgenerator umfasst einen Multiplexer 34, einen Instrumentenverstärker 38, einen Sägezahnwellengenerator 42, eine Zählerschaltung 36, einen Komparator 40 und eine Referenzschaltung 50. Die Komponenten des Impulsgenerators sind nachfolgend detaillierter beschrieben.
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In der Zellenspannungsüberwachungsschaltung 28 ist eine Mehrzahl von Leitungen 32 elektrisch mit jedem Diagnoseverbinder 18 in der Stapelkopplungseinrichtung 16 gekoppelt. Ein gegenüberliegendes Ende jeder Leitung 32 ist elektrisch mit dem Multiplexer 34 gekoppelt, der selektiv zwei Spannungspotentialsignale von den Diagnoseverbindern 18 zu dem Instrumentenverstärker 38 zu jedem gegebenen Zeitpunkt liefert. Die Zählerschaltung 36 liefert Sequenzsignale an den Multiplexer 34, um zu bewirken, dass der Multiplexer 34 selektiv und sequentiell von einer der Leitungen 32 zu einer nächsten der Leitungen 32 schaltet. Der Ausgang des Multiplexers 34 wird in dem Instrumentenverstärker 38 verstärkt, so dass das Signal eine Größe besitzt, die die Spannung der jeweiligen Brennstoffzelle 14, die gemessen wird, identifiziert. Das verstärkte Zellenspannungssignal wird an den Komparator 40 geliefert, der das Signal mit einer invertierten Sägezahnwelle vergleicht, die von dem Sägezahnwellengenerator 42 vorgesehen wird, wobei der Ausgang des Komparators 40 ein PWM-Signal ist. Das PWM-Signal ist in 2 gezeigt. Das PWM-Signal besitzt zwei Teile; eine Reihe von End-of-Frame-Synchronisierungsimpulsen und einen Datenstrom. Die Breite der Impulse in dem Datenstrom definiert eine Zellenspannung, wie nachfolgend detaillierter diskutiert ist. Das PWM-Signal wird an das Kommunikationsmodul 44 geliefert, das ein Kommunikationssignal 46 erzeugt, das eine Ein-/Aus-Zeit besitzt, die durch die Impulse bestimmt ist.
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Der Datenstrom ist eine Sequenz von Impulsen, wobei jeder Impuls einer Spannungsmessung jeder Brennstoffzelle 14 in der Zellengruppe 15 entspricht. Die End-of-Frame-Sequenz wird in das PWM-Signal nach einem letzten Spannungsmessimpuls der Brennstoffzelle 14P eingeführt, so dass sie eine Angabe bereitstellt, dass der nächste Impuls nach der End-of-Frame-Sequenz der Spannungsmessimpuls für eine erste Brennstoffzelle 14A in der Zellengruppe 15 ist. Die Zellenspannungsüberwachungsschaltung 28 des Typs, der diskutiert ist, misst sequentiell die Spannung der Mehrzahl von Brennstoffzellen 14 in einer Reihenfolge in einer Zellengruppe 15. Wenn die Spannung der letzten Brennstoffzelle 14P in der Zellengruppe 15 gemessen ist, kehrt die Sequenz zu der ersten Brennstoffzelle 14A in der Zellengruppe 15 zurück und beginnt die Messung der Spannung, wobei durch die Zellengruppe 15 auf diese Weise mit der Rate, die durch den Sägezahnwellengenerator 42 eingestellt ist, sequenziert wird.
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2 ist ein Schaubild mit der Zeit an der horizontalen Achse und der Größe an der vertikalen Achse, das das PWM-Signal 60 des Typs zeigt, der von dem Komparator 40 ausgegeben wird. Die End-of-Frame-Synchronisierungsimpulse 64 sehen ein Referenzmuster vor, das, wenn es decodiert wird, eine Angabe bereitstellt, dass der Datenstrom 190 der nächste ist. Die erste Zelle in der Zellengruppe (Bezug nehmend auf 1) ist das erste Signal 194 in dem Datenstrom 190 nach den End-of-Frame-Synchronisierungsimpulsen 64 und das letzte Signal 196, das der letzten Zelle in der Zellengruppe mit dem Ende des Datenstroms 190 entspricht. Das Format oder Muster der Rahmensynchronisierungsimpulse 64 bei dieser Ausführungsform ist ein hoher Impuls 66, gefolgt durch einen niedrigen Impuls 68, gefolgt durch einen hohen Impuls 66 und dann gefolgt durch einen letzten Impuls 198 (H-L-H-L). Dieses Muster wird spezifisch gewählt, um eine festgelegte Sequenz der End-of-Frame-Synchronisierungsimpulse 64 bereitzustellen, von der es sehr unwahrscheinlich ist, dass sie bei den tatsächlichen Spannungsmessungen der Brennstoffzellen, die in 1 gezeigt sind, stattfindet, wodurch eine gute Angabe bereitgestellt wird, dass die Impulse End-of-Frame-Synchronisierungsimpulse 64 sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform kann die Impulsbreite der ersten drei End-of-Frame-Synchronisierungsimpulse 64 (H-L-H) für die hohen Impulse 66 und die niedrigen Impulse 68 stets gleich sein. Die Impulsbreite des letzten Impulses 198 der End-of-Frame-Synchronisierungsimpulse 64 kann dazu verwendet werden, die Gesamtspannung der Zellengruppe anzugeben. Der letzte Impuls 198 braucht nicht dieselbe Impulsbreite wie die ersten drei Impulse 66 und 68 zu haben. Die Impulsbreite der Impulse 62 des Datenstroms 190 wird durch die tatsächliche Spannung der Brennstoffzellen in der Zellengruppe erzeugt, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
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Die Breite der End-of-Frame-Synchronisierungsimpulse 64 kann so gewählt sein, dass die Größe der Impulsbreite bekannt ist, konsistent ist und außerhalb jeglicher möglichen Impulsbreite des Datenstroms 190 liegt. Bei einem nicht beschränkenden Beispiel repräsentiert die Breite der hohen Impulse 66 1,235 V, und die Breite des niedrigen Impulses 68 repräsentiert –1,235 V. Die Modulation, die durch die Sägezahnwelle (3) bereitgestellt wird, erzeugt das PWM-Signal 60, so dass die hohe Spannung eine schmale Impulsbreite besitzt und die geringe Spannung eine breite Impulsbreite besitzt.
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Bei der vorliegenden Offenbarung ist die Impulsbreite des letzten Impulses 198 der End-of-Frame-Synchronisierungsimpulse 64 so modifiziert, dass eine Gesamtspannungsmessung aller Brennstoffzellen in der Zellengruppe in 1 angegeben ist. Die Gesamtspannungsmessung besitzt eine größere Größe, als jegliche einzelne Spannungsmessung der Zellengruppe in dem Datenstrom 190. Die Größe einer Gesamtspannungsmessung dient zwei Funktionen. Die erste ist die herkömmliche Funktion der Angabe des Endes des Datenstroms 190. Die zweite ist eine tatsächliche verwendbare Gesamtspannungsmessung, die von der elektronischen Steuereinheit (ECU) interpretiert und verwendet werden kann.
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Die End-of-Frame-Synchronisierungsimpulse 64 können auf eine beliebige geeignete Weise in das PWM-Signal 60 eingeführt werden. Bei dem Brennstoffzellensystem 10 erzeugt die Referenzschaltung 50 die sequenzierten Werte, die die End-of-Frame-Synchronisierungsimpulse 64 werden. Die Zählerschaltung 36 sequenziert die Signale von der Referenzschaltung 50 in das PWM-Signal 60, nachdem die letzte Brennstoffzelle 14P in der Zellengruppe 15 gemessen ist. Die Gesamtspannungsmessung wird an eine Reihe von Stiften an Leitung 52 zu dem Multiplexer 34 geliefert, der die Spannungswerte in Sequenz dem Instrumentenverstärker 38 und dann dem Komparator 40 präsentiert. Die Differenzierung zwischen End-of-Frame-Synchronisierungsimpulsen der hohen Impulse 66, des geringen Impulses 68 und des letzten Impulses 198 ist durch die Modulation unter Verwendung der Sägezahnwelle 70, die in 3 gezeigt und nachfolgend detaillierter beschrieben ist, bereitgestellt wird.
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Die End-of-Frame-Synchronisierungsimpulse 64 erlauben eine Kalibrierung der Spannungsmessungen, bei diesem nicht beschränkenden Beispiel 250 Mal pro Sekunde. Mit anderen Worten wird der Zeitbetrag, den der Impuls hoch ist, mit dem hohen Impuls 66 verglichen, um die Spannungsmessung zu ergeben, die kleiner als dieser Wert ist. Da die Sequenz der End-of-Frame-Synchronisierungsimpulse 64 einen Start für den Datenstrom 190 repräsentiert und diese Messungen in der Reihenfolge der Brennstoffzellen 14 in dem Brennstoffzellenstapel 12 abgenommen werden, identifiziert jeder Impuls 62 genau, welche Brennstoffzelle 14 in der Zellengruppe 15, die überwacht wird, diesem Impuls 62 zugeordnet ist.
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3 ist ein Schaubild mit der Zeit an der horizontalen Achse und der Größe an der vertikalen Achse, das eine Beziehung zwischen den Eingängen zu dem Komparator 40, um die Modulation der Zellenspannungsmesssignale bereitzustellen, und des Kommunikationssignals 46 zeigt, das von dem Kommunikationsmodul 44 ausgegeben wird. An der Oberseite von 3 ist die Sägezahnwelle 70 von dem Sägezahnwellengenerator 72 einem Spannungssignal 72 von dem Instrumentenverstärker 38 überlagert gezeigt. Der Abschnitt 74 des Spannungssignals 72 umfasst vier Rechteckwellenimpulse, die die End-of-Frame-Synchronisierungsimpulse sind, die von der Referenzschaltung 50 bereitgestellt werden. Wenn diese vier Rechteckwellenimpulse durch die Sägezahnwelle 70 moduliert werden, werden die End-of-Frame-Synchronisierungsimpulse erzeugt, wie in 2 gezeigt ist. Der positive Anteil 76 des Spannungssignals 72 wird die Impulse 80 mit schmaler Breite des Kommunikationssignals 46, und der negative Anteil 78 des Spannungssignals 72 wird die Impulse 82 mit breiter Breite des Kommunikationssignals 46.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform gibt, wenn die Sägezahnwelle 70 eine größere Größe als das Spannungssignal 72 aufweist, dann der Komparator einen Impuls 62 aus, der bewirkt, dass eine LED in dem Kommunikationsmodul leitet und das optische Signal erzeugt. Dies ist durch den unteren Bereich des Schaubildes von 3 gezeigt, wobei ”1” eine eingeschaltete LED repräsentiert und ”0” eine ausgeschaltete LED repräsentiert. Insbesondere erzeugt der durch die Sägezahnwelle 70 bereitgestellte Winkel die Modulation dafür, dass die Breite des Impulses in Bezug zu der Größe des Spannungsmesssignals steht. Daher sind die Impulse des optischen Signals für die hohe Spannung schmäler als für die geringe Spannung. Wenn die Größe des Spannungsimpulses 84 ansteigt, wird er durch einen schmaleren Teil der Sägezahnwelle 70 bedeckt, was einen schmaleren Impuls in dem optischen Signal erzeugt. Somit ist, je größer die Größe des Spannungsimpulses 84, die durch eine höhere Spannung der jeweiligen Brennstoffzelle, die gemessen wird, repräsentiert ist, ist, um so schmaler der Impuls für diese Spannungsmessung, die eine höhere Spannung repräsentiert.
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Zurück Bezug nehmend auf 1 weist bei der bevorzugten Ausführungsform unter Verwendung der optischen Kommunikation die Empfängerschaltung 30 eine Reihe von Empfängerkanälen auf, wobei ein einzelner Kanal 90 für jede der EMMs 26 vorgesehen ist. Jeder Kanal 90 umfasst eine Photodiode 92, die das Kommunikationssignal 46 aufnimmt, sowie einen Transimpedanzverstärker 94, der den Diodenstrom in eine repräsentative Spannung umwandelt. Das Spannungssignal von dem Transimpedanzverstärker 94 wird dann an einen Komparator 96 gesendet, um sicherzustellen, dass dieses innerhalb eines gewünschten Bereiches liegt, und wenn dies der Fall ist, wird es dann an eine Hauptzentralverarbeitungseinheit (CPU) 98 gesendet, die die Signale von allen Kanälen 90 empfängt. Die CPU 98 decodiert die Ein/Aus-Sequenz des Spannungssignals, um die End-of-Frame-Synchronisierungsimpulse 64 zu identifizieren, so dass jede neue Gruppe tatsächlicher Spannungsmesssignale für die Startkalibrierungssequenz bei jeder Messung neu kalibriert wird. Die CPU 98 verwendet die Breite der Spannungsimpulse, die decodiert worden sind, um eine minimale Zellenspannung, eine maximale Zellenspannung, eine durchschnittliche Zellenspannung und eine tatsächliche Spannung jeder Zelle zu identifizieren. Diese Information wird an ein duales Controller Area Network (CAN) 100 geliefert, das die Information einem Fahrzeugbus durch eine serielle Schnittstellenschaltung (SIU) 102 und dann einer Fahrzeug-ECU (nicht gezeigt) bereitstellt, die das Brennstoffzellensystem 10 steuert, wie ein Steuern von Reaktandendurchflüssen, relativer Feuchte des Stapels, etc. Die Zeit von Flanke zu Flanke des PWM-Signals 60 überschreitet nicht die Fähigkeit der Zeitgeberabfangeinheit in der CPU 98.
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Während bestimmte repräsentative Ausführungsformen und Einzelheiten zu Zwecken der Veranschaulichung der Erfindung gezeigt worden sind, sei es dem Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Änderungen ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Erfindung durchgeführt werden können, der in den angefügten Ansprüchen definiert ist. Beispielsweise kann die Kommunikation zwischen dem EMM 26 und der Empfängerschaltung 30 elektrisch über Drähte, Hochfrequenzwellen oder optisch ausgeführt werden, wie gezeigt ist. Ferner kann das Substrat eine gedruckte Leiterplatte sein.
