用于收集和传输燃料电池堆中的测量数据的方法

摘要

本发明涉及用于收集和传输燃料电池堆中的测量数据的方法，提供一种用于从燃料电池堆中的每个燃料电池或燃料电池组传输测量数据的系统，包括多个燃料电池和多个叠置板，其中在每个燃料电池之间和电池堆的每个端部上有一个叠置板。系统包括多个嵌入智能板，其中每个嵌入智能板与多个叠置板中的至少一个机电耦合，且其中每个嵌入智能板包括位于该智能板的顶侧和底侧上的光收发器。系统进一步包括至少一个聚合器装置，该聚合器装置具有至少一个光收发器以在嵌入智能板之间开始一系列通信，从而确定每个智能板所收集的位置和数据。

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池堆的监测系统，更具体地，涉及一种用于燃料电 池堆的监测系统，该监测系统使用聚集装置来收集表示电池堆中的每个燃料电 池或燃料电池组的测量参数的光信号。

背景技术

氢之所以是一种很受欢迎的燃料，是因为它清洁并且能够用于在燃料电池 中有效地产生电能。氢燃料电池是包括阳极和阴极并在其之间具有电解质的电 化学装置。阳极接收氢气，阴极接收氧气或空气。在阳极侧的催化剂中离解氢 气以产生自由质子和电子。质子穿过电解质到达阴极。质子在阴极侧的催化剂 中与氧气和电子进行反应从而产生水。来自阳极的电子不能穿过电解质，从而 在送至阴极前被引导通过负载来做功。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是广受欢迎的用于车辆的燃料电池。该 PEMFC通常包括固体聚合物电解质质子传导膜，如全氟磺酸膜。阳极和阴极电 极(催化剂层)通常包括支撑于碳颗粒上并与离子聚合物混合的细分催化颗粒， 通常为铂(Pt)。该催化混合物沉积在膜的相对侧上。阳极催化混合物、阴极催 化混合物和膜的组合限定了膜电极组件(MEA)。每个MEA通常夹在两片多孔 材料之间，气体扩散层(GDL)保护了膜的机械完整性并且有助于使反应物和 湿度均匀地分布。MEA中分开阳极和阴极流的部分被称为有源区，且水蒸气只 有在这个区域才能够在阳极和阴极之间进行自由地交换。MEA的制造相当昂贵 且为了使其有效工作要求一定的湿度条件。

通常地是将若干燃料电池组合成每个燃料电池堆以产生所需的能量。例 如，用于车辆的典型的燃料电池堆可具有两百或更多的堆叠的燃料电池。该燃 料电池堆接收阴极输入反应气体，通常为被压缩器迫使穿过电池堆的空气流。 并非所有的氧气都被电池堆消耗，一部分空气作为阴极废气排出，废气中可以 含有作为反应副产物的水。燃料电池堆还接收流入电池堆阳极侧的阳极氢气反 应气体。电池堆还包括冷却流体流过的流动通道。

燃料电池堆包括一系列双极板(隔板)，该双极板位于电池堆中的若干MEA 之间，其中双极板和MEA位于两个端板之间。双极板包括用于电池堆中相邻燃 料电池的阳极侧和阴极侧流动分配器(流场)。在双极板的阳极侧上设置阳极气 体流动通道，使阳极反应气体流至相应的MEA。在双极板的阴极侧设置阴极气 体流动通道，使阴极反应气体流至相应的MEA。一个端板包括阳极气体流动通 道，且另一个端板包括阴极气体流动通道。该双极板和端板用导电材料制成， 如不锈钢或导电合成材料。在堆叠完成后，这些部件通常置于压力下以最小化 电接触阻力并封闭密封件。端板从电池堆中导出燃料电池产生的电能。双极板 还包括冷却流体所流过的流动通道。

高频电阻(HFR)是燃料电池公知的属性，且和燃料电池膜的欧姆电阻或 膜质子电阻紧密相关。欧姆电阻本身是燃料电池膜湿度的函数。因此，通过在 激励电流频率的特定频带内测量燃料电池堆的燃料电池膜的HFR，可确定燃料 电池膜的湿度。这种HFR的测量允许单独测量燃料电池膜的湿度，从而消除对 RH传感器的需求。

通常地，对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)进行监测，使得系统知道燃料电池电压或燃料电池HFR是否超出所希 望的范围，从而指示可能出现故障。如在本领域中应理解的，由于所有的燃料 电池是串联地电耦合的，如果电池堆中的一个燃料电池出现故障，则整个电池 堆都会出现故障。作为临时解决方案，对出现故障的燃料电池采取一定的补救 措施，直到该燃料电池车辆得以维修。这种补救措施包括增加氢气流和/或增加 阴极化学计量。

通常通过监测子系统来测量燃料电池电压和燃料电池的HFR，该子系统包 括与电池堆中的每个双极板和电池堆中的端板连接的导线。因此，400电池堆包 括与电池堆连接的401个导线。由于零件的尺寸、零件的公差、零件的数量等 原因，为使用如此多的燃料电池将电池堆中的每个双极板提供物理连接是不现 实的。因此，本领域中需要一种无需用导线连接每个双极板，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，公开了一种从燃料电池堆中的每个燃料电池或燃料电 池组传输测量数据的系统。该电池堆包括多个叠置板，其中在每个燃料电池之 间以及在电池堆的每个端部上有一个叠置板。该系统包括多个嵌入智能板，其 中每个嵌入智能板与多个叠置板中的至少一个机电耦合，并且其中每个嵌入智 能板包括位于智能板的顶侧和底侧上的光收发器。该系统进一步包括至少一个 聚合器装置，该聚合器装置具有至少一个光收发器以在嵌入智能板之间开始一 系列通信，从而确定通过每个智能板收集的位置和数据。

本发明提供以下技术方案：

技术方案1：一种系统，用于传输来自燃料电池堆中的燃料电池的测量数 据，所述系统包括：多个燃料电池，每个燃料电池产生电势；

多个叠置板，其包括在每个燃料电池之间和在所述燃料电池堆的每个端部 上的一个叠置板，以收集所述燃料电池产生的电势；

多个嵌入智能板，每个嵌入智能板与所述燃料电池堆中的所述多个叠置板 的至少一个机电耦合，每个嵌入智能板包括位于所述智能板的顶侧和底侧上的 光收发器，每个嵌入智能板通过来自所述燃料电池的所述电势从所述燃料电池 堆接收操作功率，所述燃料电池与和所述嵌入智能板耦合的所述叠置板相邻； 以及

至少一个聚合器装置，所述至少一个聚合器装置包括至少一个光收发器， 用来与和所述至少一个聚合器装置相邻的所述嵌入智能板开始通信，其中所述 聚合器装置与所述嵌入智能板开始通信，以在所述电池堆中的所述该嵌入智能 板之间开始一系列通信，从而确定通过所述电池堆中的每个嵌入智能板所收集 的位置和测量数据。

技术方案2：如技术方案1所述的系统，其中位于每个嵌入智能板和位于 所述至少一个聚合器装置上的所述光收发器中的每一个包括光发射器和光接收 器。

技术方案3：如技术方案2所述的系统，其中位于每个嵌入智能板和位于 所述至少一个聚合器装置上的所述光收发器与位于相邻的嵌入智能板和/或所述 聚合器装置上的所述光接收器对准。

技术方案4：如技术方案1所述的系统，其中每个嵌入智能板进一步包括 附加的光收发器以旁路运行不正常的嵌入智能板。

技术方案5：如技术方案1所述的系统，其中每个嵌入智能板的所述光收 发器具有不同的谱发射和响应。

技术方案6：如技术方案1所述的系统，其中所述电池堆中的每个燃料电 池的位置、测量的电池电压和/或高频电阻通过所述嵌入智能板被传输给所述聚 合器装置。

技术方案7：如技术方案1所述的系统，其中每个嵌入智能板包括嵌入智 能板印刷电路板，所述嵌入智能板印刷电路板具有低输入电压DC-DC转换器、 模拟-数字转换器、微处理器和电压基准。

技术方案8：一种系统，用于传输来自燃料电池堆中的燃料电池的测量数 据，所述系统包括：

多个燃料电池；

多个叠置板，包括在每个燃料电池之间和所述电池堆的每个端部上的一个 叠置板；

多个嵌入智能板，每个嵌入智能板与所述燃料电池堆中的所述多个叠置板 中的至少一个机电耦合，且每个嵌入智能板包括嵌入智能板印刷电路板和位于 所述智能板的顶侧和底侧上的光收发器；

至少一个聚合器装置，所述至少一个聚合器装置包括至少一个光收发器， 用来与和所述至少一个聚合器装置相邻的嵌所述入智能板开始通信；以及

控制器，其构造成控制所述聚合器装置，其中所述控制器请求所述聚合器 装置与和所述至少一个聚合器装置相邻的所述嵌入智能板进行通信，以在所述 电池堆中的所述嵌入智能板之间开始一系列通信，从而确定所述电池堆中的每 个智能板所收集的位置和测量数据。

技术方案9：如权利要求8所述的系统，其中位于每个嵌入智能板和所述 至少一个聚合器装置上的所述光收发器中的每个包括光发射器和光接收器。

技术方案10：如技术方案9所述的系统，其中位于每个嵌入智能板上的所 述光收发器与位于相邻的嵌入智能板和/或所述聚合器装置上的光接收器对准。

技术方案11：如技术方案8所述的系统，其中所述嵌入智能板以柱状排列 方式嵌入在所述燃料电池堆中。

技术方案12：如技术方案8所述的系统，其中位于每个嵌入智能板上的所 述光收发器具有不同的谱发射和响应。

技术方案13：如技术方案8所述的系统，其中所述位置和测量值，如所述 电池堆中的每个燃料电池的电池电压、高频电阻和/或温度，通过所述嵌入智能 板经由所述光收发器被传输给所述聚合器装置。

技术方案14：如技术方案8所述的系统，其中每个嵌入智能板印刷电路板 包括低输入电压DC-DC转换器、模拟-数字转换器、微处理器和电压基准。

技术方案15：如技术方案8到达的系统，其中所述聚合器装置从蓄电池接 收其操作功率。

技术方案16：一种系统，用于传输来自燃料电池堆中的燃料电池的测量数 据，所述系统包括：

多个燃料电池；

多个叠置板，其包括在每个燃料电池之间和所述燃料电池堆的每个端部上 的一个叠置板；

多个嵌入智能板，每个嵌入智能板通过至少一个连接器与所述燃料电池堆 中的多个叠置板机电耦合，每个嵌入智能板包括位于每个嵌入智能板的顶侧和 底侧上的光收发器；以及

至少一个聚合器装置，所述至少一个聚合器装置包括至少一个光收发器， 以与所述嵌入智能板开始通信，从而在嵌入智能板和至少一个聚合器装置之间 开始一系列通信，以确定所述电池堆中的每个智能板所收集的位置和测量数据。

技术方案17：如技术方案16所述的系统，其中位于每个嵌入智能板和所 述至少一个聚合器装置上的每个光收发器包括光发射器和光接收器。

技术方案18：如技术方案16所述的系统，其中位于每个嵌入智能板上的 光收发器与位于相邻嵌入智能板和/或所述相邻的聚合器装置上的光接收器对 准。

技术方案19：如技术方案16所述的系统，其中所述位置和测量值，例如 所述电池堆中的每个燃料电池的电池电压、高频电阻和/或温度，通过所述嵌入 智能板经由所述光收发器被传输给所述聚合器装置。

技术方案20：如技术方案16所述的系统，其中每个嵌入智能板包括嵌入 智能板印刷电路板，所述嵌入智能板印刷电路板具有低输入电压DC-DC转换 器、模拟-数字转换器、微处理器和电压基准。

结合附图从以下描述和所附的权利要求能清楚滴理解本发明的附加特征。

附图说明

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方框图；

图3是聚合器装置如何开始通信以及如何确定图1所示的每个智能板所收 集的位置和数据的流程图；以及

图4是燃料电池系统的平面图，所述燃料电池系统具有多个燃料电池、嵌 入智能板和两个聚合器装置，用于为电池堆中的智能板收集位置和测量数据。

具体实施方式

关于本发明实施例的以下讨论实质上仅仅是示范性的，并不旨在对本发明 或其应用或使用进行限制，其中本发明涉及一种利用聚合器装置来监测燃料电 池堆中的每个燃料电池或燃料电池组的测量参数的系统和方法。

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。尽管为了清楚起见没有示出，但本领域技术人员能容易地理解，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。叠置板20 也是该系统10的一部分，如在每个燃料电池14之间的双极板和在电池堆12的 每个端部上的单极板，其中，叠置板20的面对阳极侧扩散介质层的侧面包括阳 极侧反应气体流动通道(未图示)，叠置板20的面对相邻燃料电池14的侧面包 括阴极反应气体流动通道(未图示)。此外，该叠置板20包括冷却流体流动通 道(未图示)。

在借助电池堆中的燃料电池的拓扑和几何结构而进行连续测量的燃料电池 堆中，为了对电池堆的操作进行控制而需要测量某些参数。这些参数可包括单 个电池或电池组上的电势、电池堆中某些点处的温度、或者可以通过电信号或 数值(如高频电阻(HFR))来表示的其他任意可量化参数。

根据本发明，测量值，如每个燃料电池14或燃料电池14的组的电压或HFR， 通过嵌入智能板(ESP)30来进行测量。每个ESP30包括下面详细描述的ESP 印刷电路板32和用于将ESP印刷电路板32与其中一个叠置板20相连的至少一 个连接器28。这样，ESP30在电池堆中布置成与柱状排列的电池堆12类似并可 能嵌入电池堆12中，使得电池堆12中的每个ESP印刷电路板32直接位于与其 相邻的的每个印刷电路板32的上面或下面。

当嵌入ESP30时，和/或ESP30由电池堆12中的电池14供电时，与这些 ESP30进行通信同时需要在ESP30和控制装置(例如聚合器装置40(以下讨论)) 之间保持电绝缘，因为燃料电池堆12的操作会在电池堆12和聚合器装置40之 间产生大的共模电势。为了保持必要的电绝缘，本发明使用了聚合器装置40。 与聚合器装置40相邻的ESP30是通信的起始点。聚合器装置40置于燃料电池 堆12中的某个位置，通常在一端，以请求并协调电池堆12中的每个燃料电池 14或燃料电池14组的位置和测量值。

每个ESP30都机电连接至叠置板20中的至少一个，从而允许ESP印刷电 路板32对应于与印刷电路板32连接的叠置板20，从燃料电池14或燃料电池 14组接收寄生操作功率并测量各种测量值，诸如燃料电池14或燃料电池14组 的电压。系统10示出了ESP30与燃料电池堆12中的每隔一个叠置板20连接， 从而要求每个ESP30测量例如电池堆12中的两个燃料电池14的电压。在替代 实施例中，使用各种互连装置，每个ESP30可与五个连续的叠置板20电耦合， 从而可以由单个ESP30确定四个燃料电池14的测量值。每个ESP印刷电路板 32还包括安装在该电路板32的几何顶面和底面上的光收发器34。通过可在 ESP30之间传输的调制信号使用光收发器34来发送和接收信息，详细描述如下。

作为该ESP印刷电路板32的变形，聚合器装置40从蓄电池42而不是从 燃料电池14接收其操作功率，从而在ESP30和聚合器装置40之间保持电流隔 离而不必使用昂贵的电绝缘部件。聚合器装置40采用位于聚合器装置40上的 光收发器34与燃料电池堆12中的第一ESP30开始通信，以确立电池堆12中的 第一ESP30的位置，并收集例如与连接到第一ESP30的叠置板20相关联的燃 料电池14或燃料电池14组的最小测量电压。电池堆12中的每个ESP30都参与 通信，使用例如9/N/1协议，来确定电池堆中以菊链方式布置(即串联)的电池 堆12中的每个燃料电池14的位置和最小电池电压，直到获知在电池堆12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， 例如，每个燃料电池14的测量的HFR。采用这种方法，ESP30与聚合器装置 40一起，将电池堆12中的每个燃料电池14的位置和测量信息传输到聚合器装 置40，然后聚合器装置40将该位置和测量信息传输到控制系统44。

图2是ESP30的简化方框图，ESP30包括多个电子部件，这些多个电子部 件结合起来形成ESP印刷电路板32。每个电路板32包括低输入电压DC-DC转 换器52，该DC-DC转换器52将来自燃料电池14或燃料电池14组的少量功率 转换成用于ESP印刷电路板32的稳定且可使用的操作电压。电路板32还包括 模拟-数字转换器54，该模拟-数字转换器54将燃料电池14或燃料电池14组 的差分电压值(以下称为“测量值”)转换成可被与光收发器34电耦合的微处 理器56处理和传输的数值，从而能够传送至相邻的ESP30和/或聚合器装置40。 微处理器56也可确定哪一个电池具有最小的电池电压或最大的电池电压，以及 也可以通过光收发器34传送的其他辅助数据(如其自身工作状态)。此外，ESP 印刷电路板32包括电压基准58，电压基准58产生稳定电压，使得该产生的稳 定电压可以通过模拟-数字转换器54与测量值相比较。在本发明的非限制性的 实施例中，该电压基准58和模拟-数字转换器54可以集成在微处理器56中。

如图2所示，每个ESP印刷电路板32具有两个连接器28，用来将该电路 板32连接到叠置板20。然而，本领域技术人员能够认识到，可以使用各种设计 将电路板32连接到叠置板20，但未脱离本发明的范围。

如上所述，每个ESP印刷电路板32还包括位于电路板32的顶部和底部上 的光收发器34，以使数据能传输到相邻的ESP30和所述聚合器装置40，以及从 相邻的ESP30和所述聚合器装置40进行传输。聚合器装置40也包括用来与 ESP30进行通信的光收发器34。每个光收发器34包括光发射器36，如发光二 极管(LED)，和光接收器38，如半导体光探测器、光电晶体管或光电二极管， 用来发送和接收信息。将每个ESP印刷电路板32和每个聚合器装置40的光收 发器34对准以传输光信号。更具体地，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能够来回发送光信息，如图1所示。

选择光发射器36和光接收器38，使得它们各自的谱发射率和灵敏度相匹 配，并将光发射器36和光接收器38定位成使得位于中心ESP30的顶部上的光 发射器36直接照射到电池堆中位于中心ESP正上方的下一个更高的ESP30的 光接收器38的光敏区域。相反，位于中心ESP30上的底部光发射器36定向成 直接照射在电池堆中位于中心ESP30正下方的下一个更低的ESP30的顶侧上的 光接收器38。如上面所描述，通过发送和接收ESP30的各自的微处理器在光收 发器34的LED/探测器上交换的数据编组成数据位的包，其中每个数据位由光 脉冲表示，并且脉冲的间隔确定数据位的值。这种通信方式可以是脉冲位置调 制(PPM)，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。将该ESP印刷电路板 32的所有光收发器34对准以允许进行通信，如同上面所讨论的电池堆12中 ESP30以柱状排列形式对准。

在本领域中存在很多技术，其中来自光收发器34的光信号能指示诸如电 势、HFR或其他辅助数据(如，该电路板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的光的强度能作为电势的指示，其中该光信号与 电压成比例。如上面讨论的，电路板32可包括调压器，如DC/DC转换器52， 以通过光收发器34将电压转换至可用的水平。同样，ESP印刷电路板32可包 括模拟-数字转换器54，如上所述，以产生调频的数字光信号，以对测量值进行 编码。

大多数光收发器(如LED)具有的最小的正向电压大约为1.2伏，用它们 测量单个电池电压是不现实的。因此，ESP印刷电路板32还可以包括小型的升 压变换器以放大该测量电压。该升压变换器的反馈环路可以设计成使得其输出 电流跟随输入电压，使该光收发器34的强度随测量值变化。

图3是流程图60，其示出了系统10是如何测量和传输电池堆12中的每 个燃料电池14或燃料电池14组的电池电压。启动后，在方框62中，聚合器装 置40启动关于电池堆12中的第一ESP30的协议。聚合器装置40通过经由聚合 器装置40和第一ESP30的ESP印刷电路板32上的光收发器34的通信来确定 第一ESP30的z轴连续位置，所述光收发器34对准使得来自聚合器装置40的 光发射器36的信号被直接传输到第一ESP30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印刷电路板的顶部 和底部上的光学收发器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z轴连续位 置。随后，在方框66中，使用电池堆12中的每个ESP30的z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，在正常工作中，每个ESP30可连续测量燃料电池14产生的电压， 更具体地，由燃料电池膜产生的在叠置板20上的电压。在方框68，当聚合器装 置40通过光收发器34向ESP30发出对测量电压的请求时，在方框70，ESP30 使用数字信令通过光收发器34传输该测量电压。这样，ESP30和它们的光收发 器34形成汇流数据传输系统(bussed data transmission system)。

在本发明的替代实施例中，ESP30可使用真实多点光总线(true multipoint  optical bus)来提高可靠性，如采用利用光管技术的结构。从而，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z轴连续位置。

图4是与系统10类似的系统80的方框图，其中用同样的附图标记来表示 相似的元件。系统80包括两个聚合器装置40，这两个聚合器装置装备有互补的 光收发器34以与暴露在ESP30电池堆端部处的最顶部和最底部的ESP30的光 收发器34相匹配。此外，聚合器装置40装备有微处理器56，该微处理器56 与光收发器34电耦合并可以与外部控制系统(例如控制系统44)电耦合。位于 堆叠的ESP30的每个端部处的聚合器装置40的微处理器56电耦合到线路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，聚合器装置40安置在电池堆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在电池堆12的顶部和底 部可装配有聚合器装置40。聚合器装置40中的一个作为“主”聚合器82，而 另一个聚合器装置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，与主聚合器装置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，直到通过电池堆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使用位于每隔一个叠置板20上的ESP30，从而系统80中的每个 ESP30测量电池堆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，以及与第二ESP30关联的电池14 组的测量电压值，所述测量电压值是迄今为止所记载的电池堆中的最小电压值。 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上的电耦合向主聚合器82发出成功的消息。

当上述非限制性实施例使用位于电池堆12顶部上的主聚合器82以及位于 电池堆12底部的从属聚合器84时，主聚合器82和从属聚合器84的位置在电 池堆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流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，且命令发出者是电池堆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 器装置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向位于电池堆12的相对端且与从 属聚合器84相邻的ESP30发出命令，从而允许从两端访问电池堆12。这样， 系统80可防止由于个别出现故障的或不工作的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，可以在电池堆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在电池堆12中不是直接彼此相邻的，则可防止由于 在电池堆12中出现两个故障的或不工作的ESP30而丢失一部分电池堆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 最小化或者消除电池堆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。