CN1702471A - 控制燃料电池测试设备的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供数据处理器中的一种经由控制设备控制燃料电池的可控制条件的方法和系统。该系统和方法包括(a)提供包括控制命令类型的脚本语言，控制命令类型具有用于接收控制设备的选择操作水平的操作水平字段；(b)通过将控制设备的选择操作水平插入控制命令的操作水平字段从控制命令类型得到控制命令；(c)利用脚本语言编写测试脚本使得测试脚本包括控制命令；(d)编译测试脚本以提供测试程序；和(e)按照测试程序控制控制设备。

Description

控制燃料电池测试设备的系统和方法
本申请是2003年7月24日提出申请的、标题为“控制燃料电池测试设备的系统和方法”的专利申请No.03822141.1(国际申请号：PCT/CA2003/001117)的分案申请。
相关申请：本申请是2002年9月17日提出申请的美国专利申请No.10/244,609的继续以及2003年7月24日提出申请的PCT专利申请No.PCT/CA03/001117的继续。
发明领域
本发明涉及燃料电池测试系统。更具体而言，本发明涉及一种控制燃料电池测试系统的操作和使燃料电池测试自动化的系统。
发明背景
近些年，燃料电池的研发显著增强。预期这些努力最终会产生商业上可行的、几乎不造成污染的电源系统。
燃料电池将存储在燃料中的化学能转化成电能。燃料电池具有一个阳极和一个阴极。在一些类型的燃料电池中，氢原子被引入阳极。在燃料电池内，氢原子被分离成电子和质子(氢离子)。氢离子通过膜到达阴极，在阴极它们与氧化合生成水。电子不能流过膜，结果在阳极与阴极之间产生一个电压。电子流经外部负载到达阴极。这样，外部负载消耗由电池产生的电压。在阴极，氢离子被氧化生成水。理论上，燃料电池仅有的产物是负载所消耗的电能、热和水。实际上，氢燃料中的混杂物、环境条件和其它条件能显著影响燃料电池的效率，导致副产物以及除了热和水以外的废弃产物。
一个典型的燃料电池仅能在它的阳极与阴极之间产生一个小电压-一般约1伏。为了产生有用电压，各个电池被串联装配成为燃料电池组。一般来说，测试是在这样一个燃料电池组上进行的。
燃料电池组必须在不同的、变化的条件下进行测试，以反映它们用于诸如机动车辆之类的实际装置时的条件。这包括在其测试过程中条件会发生变化的长期测试。燃料电池的发展要求实质测试，数个测试系统或“测试站”已经被开发用于该目的。
这些测试站提供一个燃料电池组的许多条件：它的环境、燃料来源和其它待控制的条件。已知的测试站允许对这些条件进行手动控制-设定每个条件的目标值，并且测试站内的自动化设备设法达到该目标值。例如，在一个特定的测试中，与燃料电池的阳极燃料供应中的氢气供应有关的三个目标条件可以是：氢气应该在300kPa的压力、83℃的温度和300lpm(公升每分)的流速下供应。典型的燃料电池测试站包括泵和流量控制器以获得所要求的压力和流速，并包括加热和/或冷却装置以获得所要求的温度进而控制流速。阴极气体混合物的类似特性、施加到燃料电池的负载以及其它条件是类似地可控制的。
一般来说，燃料电池测试站具有软件控制系统。优选的是，软件具有简单、灵活的结构，该结构允许容易地对控制系统进行改变和配置。
另外，必要的是，控制系统使燃料电池组能基本自动化地进行测试。此外，控制系统优选地允许测试或控制系统本身被容易地更改-优选地甚至在测试过程中通过对自动化测试的修改和/或通过手动改变测试条件来进行更改。
发明内容
本发明提供了一种监视和控制燃料电池测试系统的操作的控制系统。该控制系统本身包括一个服务器，服务器包括一个系统管理器和一组驱动程序应用软件。每个驱动程序应用软件与对应的控制模块通信。控制模块又与燃料电池测试系统的元件通信。每个这样的元件可以通过它所连接的控制模块进行控制或进行监视或者进行控制和监视。例如，流量控制元件可以被监视以确定当前流经它们的液体量或气体量，还可以被控制以设定它将抽取的液体量或气体量。
驱动程序应用软件由系统管理器创建和启动，它们通过一个由系统管理器创建并且系统管理器使之可使用的映射文件与该系统管理器通信。映射文件包含对燃料电池测试系统中每个可控制或可监视元件的记录。既可控制又可监视元件被当作具有独立的可控制特性和可监视特性来对待，每个上述特性在映射文件中都有一个单独的记录。
在映射文件中对元件的每个可控制特性或可监视特性的记录用一个唯一的标签名称来识别。与可控制元件有关的标签被称作控制标签。与可监视元件有关的标签被称作数据标签。
根据被控制或被监视设备的性质标签可以与不同的信号类型有关。例如，一个可以简单地关闭或打开的阀或者开关接收数字控制值以将其打开或关闭。阀或开关还能被询问以确定一个数字数据值从而确定它是打开的还是关闭的。开关具有一个用来传输数字控制值的控制标签和一个用来询问它的当前状态的数据标签。
相反，一个可以被设定以允许不同的可控制液体量或气体量流过它的流量控制器一般会接收一个模拟控制值，该模拟控制值规定应该流过该流量控制器的气体量或液体量。相应地，流量控制器可以被询问以确定一个模拟数据值，该模拟数据值表明目前流过该流量控制器的液体量或气体量。在本发明的一个替代实施例中，一个诸如具有许多设定值的流量控制器之类的设备还可以接收由不止一个比特组成的、规定了该组设定值中的一个特定设定值的数字值。例如，一个8比特字可以被发送作为一个控制值来指示全控制器(fullcontroller)从而允许256个水平中的一个更适合水平的气体流过。
连接到系统管理器的是至少一个用户应用软件，该用户应用软件不是本发明的第一实施例的一部分，但是可以由用户配备以控制燃料电池测试的操作和程序。系统管理器经由一个映射文件与驱动程序应用软件和一个或者多个用户应用软件通信。系统管理器创建该映射文件并使其可以由每个驱动程序应用软件和每个用户应用软件访问。该映射文件包括标签记录和一些诸如允许系统管理器控制整个测试系统的活动的任务活动标记之类的系统活动信息。
驱动程序应用软件读取特定标签的控制值并记录当前控制值。典型地，一个控制模块将使用不同幅度的信号来控制物理设备，于是控制该设备的数字工作幅度。例如，一个控制系统可以被设置传输一个介于0到20伏之间的信号以控制一个能以0到500标准公升每分(slpm)的流速流动的流量控制器。0与20伏输入控制值幅度同0与500slpm操作水平幅度之间的关系可以是线性的，也可以不是线性的。在下面描述的一个实施例中，假设幅度之间的关系是线性的。在另一个实施例中，该关系可以是非线性的，并且映射文件中标签的记录可以包含一个查找表或公式或者两者都包括，它们可以被用来在一个幅度与另一个幅度之间进行转换。每个标签文件的记录包括8个字段以记录控制值或数字值(根据该标签是控制标签还是数据标签)和标签的当前操作水平(对控制标签而言可以是一个所要求的操作水平，或者对数据标签而言可以是一个实际操作水平)。用户应用软件使用操作值，这些值可以被将典型地使用用户应用软件与燃料电池测试系统和本发明的控制系统进行交互的人所理解。用户应用软件使用一批读/写方法(MappedFilesTool.dll)来将数据写入标签文件或从标签文件中读取数据。这些读/写方法保证根据每个标签中的信号描述进行数据转换。
根据本发明的第一方面，提供了一种测试燃料电池的系统。该系统包括(a)测试装置，其具有用于控制燃料电池的可控制条件的控制设备；(b)用于提供包括控制命令类型的脚本语言的用户接口，控制命令类型具有用于接收控制设备的选择操作水平的操作水平字段，其中测试脚本可利用脚本语言编写使得测试脚本包括控制命令类型的控制命令，控制命令通过将控制设备的选择操作水平插入控制命令的操作水平字段而从控制命令类型得到；(c)用于编译测试脚本以提供测试程序的编译器；和(d)按照测试程序控制控制设备的系统管理器。
根据本发明的第二方面，提供了数据处理器中的一种经由控制设备控制燃料电池的可控制条件的方法。该方法包括：(a)提供包括控制命令类型的脚本语言，控制命令类型具有用于接收控制设备的选择操作水平的操作水平字段；(b)通过将控制设备的选择操作水平插入控制命令的操作水平字段从控制命令类型得到控制命令；(c)利用脚本语言编写测试脚本使得测试脚本包括控制命令；(d)编译测试脚本以提供测试程序；和(e)按照测试程序控制控制设备。
附图简述
现在将参照附图详细描述本发明的优选实施例，其中：
图1为包括根据本发明的一个控制系统的示范性燃料电池组测试系统的示意性图解；
图2示出了图1的控制系统；
图3示出了图1的控制系统的系统管理器的启动方法；
图4示出了图1的控制系统的驱动程序应用软件的操作方法；
图5示出了图1的控制系统的驱动程序应用软件的另一操作方法；和
图6在方框图中图解了根据本发明的第二实施例创建供用户应用软件使用的脚本和程序的系统。
示范性实施例详述
燃料电池测试系统介绍
首先参照图1，其示意性图解了示范性燃料电池组测试系统100。系统100具有一系列气体入口102a、102b、102c、...、102g；一个去离子水输入104；一个易燃废气出口106；一个非易燃废气出口108；一个可控负载箱110；一个测试室112和一个控制系统140。控制系统140在图1中的几个位置被示意性示出以简化该图。
该示范性燃料电池测试系统100被设置测试基于氢气的燃料电池组。系统100在使用中时，燃料电池组114通常被放置在测试室112中。燃料电池组114具有一个阳极端114A和一个阴极端114C。电池组114的阳极端114A具有一个阳极气体入口118A、一个阳极气体排出口120A和一个阳极电终端122A。阴极端114C具有一个阴极气体入口118C、一个阴极气体排出口120C和一个阴极电终端122C。
基于氢气的燃料电池组典型地由一组独立的燃料电池组成。电池组114包括8个燃料电池116a-116h。燃料电池116中的每个燃料电池具有由膜隔开的一个阳极端和一个阴极端。(每个电池116的内部结构未示出，但是将能被该领域的普通技术人员充分理解。)每个燃料电池的阳极端连接到阳极气体入口118A以接收阳极气体混合物。阳极气体混合物包括氢气。每个燃料电池116的阴极端连接到阴极气体入口118C以接收阴极气体混合物。阴极气体混合物包括一种氧化剂。在该示范性实施例中，氧化剂是氧气。这样，氢气被提供给每个燃料电池116的阳极端，而氧气被提供给阴极端。氢分子(H2)在阳极端被分离成电子和氢离子(H+)。氢离子流过膜到达燃料电池116的阴极。膜是不能渗透电子的。自由电子在阳极集电器聚集。每个电池116还具有一个阴极集电器。在阳极集电器的电子聚集在燃料电池116两端产生一个电压。在电池组114内燃料电池116被串联地电装配使得燃料电池116的组合电压出现在阳极电终端122A和阴极电终端122C之间。在燃料电池116中被释放的电子通过负载箱110从阳极电终端122A流回到阴极电终端122C。自由电子从阴极电终端流到各个燃料电池116的阴极端，在阴极端氢离子、电子和氧化合形成水。电子的流动形成能在负载箱110中起作用的电流。
理想地，电池组114在它的阳极端只接收氢气，在它的阴极端只接收氧气。然而，在电池组的实际使用过程不大可能满足这些理想条件。因此，系统100被设置提供具有可控制成分的阳极和阴极气体混合物。选择的气体入口102通过一系列气体阀128和流量控制器132连接到阳极气体混合物支管124。类似地，选择的气体入口102通过一系列气体阀130和流量控制器134连接到阴极气体混合物支管126。在该示范性实施例中，氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氮气和空气供应(它们对应气体入口102a-102e)通过阀128a-f和流量控制器132a-f连接到阳极气体混合物支管124。氮气、空气、氧气和helox供应(它们对应气体入口102d-102h)通过阀130a-d和流量控制器134a-d连接到阴极气体混合物支管126。
气体供应阀128a-f通过控制线129a-f由控制系统140控制。气体供应阀130a-d通过控制线131a-d由控制系统140控制。流量控制器132a-f通过数据/控制线133a-f由控制系统140控制。流量控制器134a-d通过数据/控制线135a-d由控制系统140控制。控制系统140操作阀128和流量控制器132使得阳极气体混合物支管124中的气体的混合物(“阳极气体混合物”)具有一个选择的成分。类似地，控制系统140操作阀130和流量控制器134以保证阴极气体混合物支管126中的阴极气体混合物具有所要求的成分。
一般来说，在测试过程中，当阳极气体混合物和阴极气体混合物被提供给电池组114时有必要控制它们的温度和湿度水平。
阳极气体加热器136连接到阳极气体混合物支管124以监视阳极气体混合物的温度并将存储在阳极气体混合物支管124中的阳极气体混合物加热或冷却到所要求的温度。类似地，阴极气体加热器138连接到阴极气体混合物支管126以监视阴极气体混合物的温度并将阴极气体混合物加热或冷却到所要求的温度。阳极气体加热器136通过数据/控制线160连接到控制系统140，控制系统140能通过数据/控制线160监视阳极气体混合物的温度和控制阳极气体加热器136的操作。
阳极气体混合物从阳极气体混合物支管124通过一个阳极气体湿度控制单元144、一个阳极气体混合物阀146和一个流量控制器148。阳极气体混合物从流量控制器148通过一个阳极气体再热套150流入电池组114的阳极气体入口118A。阴极气体混合物从阴极气体混合物支管126通过一个阴极气体湿度控制单元152、一个阴极气体混合物阀154和一个流量控制器156。阴极气体混合物从流量控制器156流经阴极气体再热套158进入阴极气体入口118C。阳极气体混合物阀146的操作通过控制线172由控制系统140控制。阳极气体流量控制器148的操作通过数据/控制线174由控制系统140控制。
在系统100的操作过程中，阳极气体混合物支管124中产生的一些阳极气体混合物没被注入电池组114。过量的阳极气体混合物通过易燃废气出口106排出。
阳极气体加热器136将阳极气体混合物加热到这样一个温度，即阳极气体混合物应该以该温度被提供给电池组114。再热套150保证当阳极气体混合物流入电池组114时其温度不发生变化。阳极气体加热器136的操作(即它将阳极气体混合物所加热到的温度)通过数据/控制线160由控制系统140控制。类似地，阳极再热套150的操作通过控制线162由控制系统140控制。
系统100在去离子水入口104接收去离子水供应。锅炉176接收去离子水并将其煮沸以产生蒸汽，蒸汽被存储在蒸汽储蓄器178中。
阳极湿度控制单元144从蒸汽储蓄器178接收蒸汽。阳极湿度控制单元144包括饱和器164和露点控制器166。阳极气体混合物首先流过饱和器164，饱和器164通过数据/控制线168由控制系统140控制。典型地，饱和器164被操作将阳极气体混合物加热到足以使其变得完全饱和水蒸汽(即具有100％的湿度)。阳极气体混合物从饱和器164流入露点控制器166，露点控制器166经由数据/控制线170由控制系统140控制。露点控制器166被操作将阳极气体混合物的温度降低使得阳极气体混合物的湿度水平降到所要求的水平。操作饱和器164以使阳极气体混合物完全饱和不是必须的。将阳极气体混合物加热使得它的湿度水平处于或高于所要求的湿度水平就足够了。
阳极气体混合物流经再热套150进入电池组114的阳极气体混合物入口118A。提供给电池组114的一些阳极气体混合物将不会被燃料电池116的阳极端消耗，阳极气体混合物中未使用的部分通过阳极气体混合物排出口120A排出。未使用的阳极气体混合物从阳极气体混合物排出口120A流入易燃废气出口106。
阴极气体混合物支管126中产生的阴极气体混合物类似地通过阴极湿度控制单元152加湿，阴极湿度控制单元152具有一个阴极气体饱和器180和一个露点控制器182。阴极气体混合物的温度由阴极气体加热器138和阴极再热套158控制。阴极气体混合物的湿度和流量通过表1中列出的数据/控制线由控制系统140控制。
表1：用于与阴极气体有关的元件的数据/控制线
元件 控制系统140用来监视和/或控制元件的数据/控制线
阴极气体加热器138 数据/控制线184
阴极气体饱和器180 数据/控制线186
阴极露点控制器182 数据/控制线188
露点控制器154 数据/控制线190
阴极气体流量控制器156 数据/控制线192
阴极再热套158 数据/控制线194
未被注入阴极气体入口118C的或者未被使用而通过阴极气体排出口120C排出的过量阴极气体混合物从系统100中通过非易燃废气出口108排出。
在使用过程中，电池组114一般要被冷却。来自去离子水入口104的去离子水流入电池组冷却液储蓄器196，冷却液储蓄器196具有一个附加电池组冷却液冷却器198。冷却器198将存储在储蓄器196中的去离子水冷却到所要求的温度。冷却器198的操作通过数据/控制线200由控制系统140控制。经冷却的去离子水在冷却液阀206和冷却液流量控制器208的控制下从储蓄器196流入电池组冷却液入口202，并通过电池组、电池组冷却液出口204流回储蓄器196。冷却液阀206和冷却液流量控制器208通过数据/控制线210和212由控制系统140控制。
在燃料电池组114的测试过程中，一般来说有必要测量系统100和电池组114中不同点的温度。控制系统140包括表2中列出的、连接到系统100和电池组114中的点的温度计，温度计用于测量示出点的温度。这些温度计在图1中由圆圈中的大写字母“T”表示，圆圈带有指向温度计要进行测量的位置的箭头。这些温度计中的每一个通过表2中指出的数据线连接到控制系统140。
                    表2.连接到系统100的温度计
温度计元件编号 在图1中的位置 被测温度特性 将温度计连接到控制系统140的数据线
214 电池组冷却液入口202 进入电池组114的电池组冷却液温度 216
218 电池组冷却液出口204 流出电池组114的电池组冷却液温度 220
224 阳极气体入口118A 进入电池组114的阳极气体混合物温度 226
228 阳极气体出口120A 排出电池组114的未使用阳极气体混合物的温度 230
232 阴极气体入口118C 进入电池组114的阴极气体混合物温度 234
236 阴极气体出口120C 排出电池组114的未使用阴极气体混合物的温度 238
240 电池组冷却液储蓄器196 储蓄器中的电池组冷却液温度 242
244 电池组114中的选择点(可以移动到电池组中的各个点) 电池组114在选择点的温度 246
一般来说，在燃料电池的测试过程中同样要求测量系统100中各种气体和流体的压力。控制系统100包括连接到系统100的不同部分的各个压力传感器。表3标识了这些压力传感器和它们在系统100中的位置。这些压力传感器在图1中用圆圈中的大写字母“P”表示，圆圈带有一个指向压力传感器所在的和其要测试压力的位置的箭头。这些传感器中的每一个通过表3中指出的数据线连接到控制系统140。
               表3：连接到系统100的压力传感器
压力传感器元件编号 在图1中的位置 被测压力特性 将压力传感器连接到控制系统140的数据线
250 阳极气体混合物入口118A 进入电池组114的阳极气体混合物在入口处的压力 252
254 阴极气体混合物入口118C 进入电池组114的阴极气体混合物在入口处的压力 256
258 阳极气体混合物出口120A 来自电池组114的阳极气体混合物在出口处的压力 260
262 阴极气体混合物出口120C 来自电池组114的阴极气体混合物在出口处的压力 264
266 电池组冷却液入口202 进入电池组114的电池组冷却液在入口处的压力 268
270 电池组冷却液出口204 来自电池组114的电池组冷却液 272
在出口处的压力
在燃料电池的测试过程中通常测量的电池组性能的一个重要特性是电池组中各个电池的阳极与阴极之间产生的电压。一组数据线280连接在电池116和控制系统140之间以测量各个电池116两端的电压并将测量电压提供给控制系统140。普通技术人员将会认识到测量电池116两端的电压将需要测量电池116两端的电势。因此，每根数据线280可以与并接在电池116两端的一对电极连接，计算电极之间的电压差的电路(诸如差动放大器之类)可以用来计算电压值，该电压值被报告给控制系统140。
负载箱110能从电池组114提取一个受控载荷(load)。由负载箱110提取的载荷的下列成分是可以配置的：DC电源(有效地为在电池组电终端122两端的能量中提取的电流)、AC频率、AC电压和AC电流。典型地，负载箱110能把任何类型的AC成分增加到电池组114上的载荷。一组控制线282-288连接在负载箱110和控制系统140之间以允许控制系统140控制从电池组114提取的载荷的待控制的不同特性。控制线282-288在表4中描述。
表4.用于负载箱110的控制线
控制线  受控载荷特性
282  DC电源
284  AC频率
286  AC电压
288  AC电流
接下来参照附图2，其图解了根据本发明的第一实施例的控制系统140。控制系统140包括服务器300、映射文件302和一组控制模块304a、304b、304c和304d。服务器300包括系统管理器306和一组驱动程序应用软件308a、308b、308c和308d。
控制模块304通过上述的各根数据/控制线连接到系统100(图1)的元件。各个控制模块304与系统100的不同部分接口。在这个实施例中，控制模块304a是一个流量控制模块，总体来说它连接到系统100中的阀和流量控制器。控制模块304b是一个热控制模块，总的来说其连接到系统100中的温度计、加热器和冷却器。控制模块304c是一个负载箱控制模块，总的来说其连接到控制线282-288以控制负载箱110的操作。控制模块304d是一个连接到控制线280的燃料电池电压监视(FCVM)控制模块，其监视电池组114中燃料电池116两端的电压。各个控制模块304通过一个对应的驱动程序应用软件308连接到系统管理器306。
各个控制模块304与它所对应的驱动程序应用软件之间的通信将利用一个选择的通信协议来实现。例如，可以使用诸如RS232、RS485、IEEE488或者任何其它串行或并行数据通信协议之类的协议。协议的选择一般取决于包含在控制模块中的设备的性质。
在这个实施例中，各个驱动程序应用软件308与系统管理器306之间的通信利用一对信息队列来实现。为了与系统管理器306通信，驱动程序应用软件308a在共用存储器中存储信息。系统管理器306随后从共用存储器中检索信息并对它们响应。为了与驱动程序应用软件308a通信，系统管理器306在共用存储器中存储信息。驱动程序应用软件308a随后检索信息并对它们响应。驱动程序应用软件308b-d类似地使用共用存储器与系统管理器306通信。在其它实施例中，驱动程序应用软件308与系统管理器306之间的通信可以利用任何已知机制来执行，诸如信息队列或另外的通信技术。
表5描述了连接到系统100的各根数据/控制线的下列特性：
               表5.数据/控制线和关联标签信息
表5中的字段 描述
数据/控制线 用来识别本专利中的数据/控制线的参考数字。
元件 用来识别系统100中的利用识别的数据/控制线来进行监视或进行控制或进行监视和控制的元件的参考数字。
标签名称 用于特定的受控特性的唯一参考名称。
信号类型 通过数据/控制线传输的通信信号类型。数字信号一般
用来接通或切断设备。模拟信号用于可以被设置在多个水平或者可以被设置在高、低水平极限之间的任一水平的设备。数字值信号用来传输将控制或数据水平编码的数字字码。例如，一个8位数字字码可以用来将一个具有最高达256个水平的数字值信号编码。输出信号用来控制设备-通过经由关联控制线发送一个信号将该设备设置在规定的受控水平下工作。与输出信号有关的标签称为“控制标签”。输入信号用来监视设备-通过数据线来报告该设备的当前操作水平。与输入信号有关的标签称为“数据标签”。一些数据/控制线仅是数据线。这样的数据线用来监视系统100的元件。另一些数据/控制线仅是控制线。这些控制线仅用来控制系统100的元件。其余的数据/控制线双向工作，允许数据信号和控制信号被传输。这些双向数据/控制线可以由单根物理线组成，或者可以由多根分别传送数据通信和控制通信的物理线组成。
模块 数据/控制线连接的控制模块的名称。
标签# 使标签能被识别的唯一标签编号。
控制/数据范围低 用于模拟输入和输出。定义由关联控制模块用来与(关于特定的标签的)设备通信的最低控制或数据信号水平。例如，流量控制模块304a传输一个模拟信号给流量控制器134a，流量控制器134a利用数据/控制线135a控制进入阴极气体混合物支管126的helox气体的流速。该模拟信号具有0到20的范围。该范围的单位将取决于关联流速控制设备304所使用的接口。例如，可以使用在0到20伏之间的信号。或者，可以使
用0到20毫安的信号。本发明并不限于设备与关联控制模块之间的任何特定控制接口。
控制/数据范围高 用于模拟输入和输出。定义由关联控制模块用来与设备通信的最高控制或数据信号水平。
设备工作范围低 用于模拟输入和输出。定义系统100的元件的最低操作水平。设备一般接收在其控制/数据范围以内的控制信号或传输在其控制/数据范围以内的数据信号，该控制/数据范围与它的工作范围相关。典型地，这两个范围是不同的。例如，流量控制器134a接收在0到20之间变化的控制信号。但是，它能将0到500标准公升每分(见单位字段)的helox注入阴极气体混合物支管。在这个实施例中，假定控制范围与工作范围之间的关系是线性的。在其它实施例中，该关系可以是非线性的，并且对于不同的设备该关系可以是不同的。标签文件可以被修改以包括定义控制/数据范围与工作范围之间的非线性关系的系数。该系数可以定义代数转换、查找表或它们的组合以及用于在控制/数据范围与工作范围之间进行转换的其它可能机制。
设备工作范围高 用于模拟输入和输出。定义系统100的元件的最高操作水平。
单位 用来定义设备的工作范围的单位名称。
数据/控制线 元件 标签名称 信号类型 模块 标签# 控制范围低 控制范围高 设备范围低 设备范围高 单位
129a 128a valve_anode_mix_H2 数字输出 流速控制 661 - - - - -
129b 128b valve_anode_mix_ch4 数字输出 流速控制 666 - - - - -
129c 128c valve_anode_ 数字输 流速控 663 - - - - -
mix_co2 出 制
129d 128d valve_anode_mix_co 数字输出 流速控制 664 - - - - -
129e 128e valve_anode_mix_N2 数字输出 流速控制 662 - - - - -
129f 128f valve_anode_mix_air 数字输出 流速控制 665 - - - - -
131a 130a valve_cathode_mix_helox 数字输出 流速控制 680 - - - - -
131b 130b valve_cathode_mix_o2 数字输出 流速控制 677 - - - - -
131c 130c valve_cathode_mix_air 数字输出 流速控制 676 - - - - -
131d 130d valve_cathode_mix_N2 数字输出 流速控制 678 - - - - -
133a 132a flow_anode_mix_H2 模拟输入 流速控制 576 0 20 0 300 Slpm
flow_anode_mix_h2_set 模拟输出 流速控制 577 0 20 0 300 Slpm
133b 132b flow_anode_mix_ch4 模拟输入 流速控制 586 0 20 0 50 Slpm
flow_anode_mix_ch4_set 模拟输出 流速控制 587 0 20 0 50 Slpm
133c 132c flow_anode_mix_co2 模拟输入 流速控制 580 0 20 0 300 Slpm
flow_anode_mix_co2_set 模拟输出 流速控制 581 0 20 0 300 Slpm
133d 132d flow_anode_mix_co 模拟输入 流速控制 582 0 20 0 1000 Slpm
flow_anode_mix_co_set 模拟输出 流速控制 583 0 20 0 1000 Slpm
133e 132e flow_anode_mix_N2 模拟输入 流速控制 578 0 20 0 500 Slpm
flow_anode_mix_n2_set 模拟输出 流速控制 579 0 20 0 500 Slpm
133f 132f flow_anode_mix_air 模拟输入 流速控制 584 0 20 0 50 Slpm
flow_anode_mix_air_set 模拟输出 流速控制 585 0 20 0 50 Slpm
135a 134a flow_cathode_mix_helox 模拟输入 流速控制 614 0 20 0 500 Slpm
flow_cathode_mix_helox_set 模拟输出 流速控制 615 0 20 0 500 Slpm
135b 134b flow_cathode_mix_o2 模拟输入 流速控制 608 0 20 0 50 Slpm
flow_cathode_mix_o2_set 模拟输出 流速控制 609 0 20 0 50 Slpm
135c 134c flow_cathode_mix_air 模拟输入 流速控制 606 0 20 0 50 Slpm
flow_cathode_mix_air_set 模拟输出 流速控制 607 0 20 0 50 Slpm
135d 134d flow_cathode_mix_N2 模拟输入 流速控制 610 0 20 0 500 Slpm
flow_cathode_mix_n2_set 模拟输出 流速控制 611 0 20 0 500 Slpm
170 166 signal_out_anode_dewpt_loop 数字输出 流速控制 747 - - - - -
168 164 temp_anode_sat 模拟输入 热控制 512 0 1000 0 100 ℃
temp_anode_sat_set 模拟输出 热控制 513 0 1000 0 100 ℃
170 166 temp_anode_dewpt 模拟输入 热控制 516 0 1000 0 100 ℃
temp_anode_dewpt_set 模拟输出 热控制 517 0 1000 0 100 ℃
131 130 valve_anode_stack 数字输出 流速控制 692 - - - - -
174 148 flow_anode_stack 模拟输入 流速控制 638 0 20 0 11 Slpm
flow_anode_stack_set 模拟输出 流速控制 639 0 20 0 11 Slpm
162 150 signal_out_anode_reheat_loop 数字输出 流速控制 748 - - - - -
162 150 temp_anode_reheat 模拟输入 热控制 520 0 1000 0 100 ℃
temp_anode_reheat_set 模拟输出 热控制 521 0 1000 0 100 ℃
216 214 temp_anode_inlet 模拟输入 热控制 524 0 1000 0 100 ℃
temp_anode_inlet_set 模拟输出 热控制 525 0 1000 0 100 ℃
188 182 signal_out_cathode_dewpt_loop 数字输出 流速控制 749 - - - - -
226 224 temp_anode_out 模拟输出 流速控制 542 0 0 0 0 ℃
192 156 signal_out_cathode_reheat_loop 数字输出 流速控制 750 - - - - -
188 182 temp_cathode_dewpt 模拟输入 热控制 518 0 1000 0 100 ℃
temp_cathode_dewpt_set 模拟输出 热控制 519 0 1000 0 100 ℃
186 180 temp_cathode_sat 模拟输入 热控制 514 0 1000 0 100 ℃
temp_cathode_sat_set 模拟输出 热控制 515 0 1000 0 100 ℃
194 158 temp_cathode_reheat 模拟输入 热控制 522 0 1000 0 100 ℃
temp_cathode_reheat_set 模拟输出 热控制 523 0 1000 0 100 ℃
242 240 temp_coolant_tank_out 模拟输入 热控制 528 0 1000 0 100 ℃
temp_coolant_tank_out_set 模拟输出 热控制 529 0 1000 0 100 ℃
190 154 valve_cathode_stack_1 数字输出 流速控制 697 - - - - -
252 250 pressure_anode_in 模拟输入 流速控制 806 1 5 0 350 KPa
pressure_anode_in_set 模拟输出 流速控制 807 4 20 0 350 KPa
256 254 pressure_cathode_in 模拟输入 流速控制 808 1 5 0 350 KPa
pressure_cathode_in_set 模拟输出 流速控制 809 4 20 0 350 KPa
260 258 pressure_anode_diff 模拟输入 流速控制 810 0 5 0 35 KPa
264 262 pressure_cathode_diff 模拟输入 流速控制 811 0 5 0 35 KPa
268 266 pressure_coolant 模拟输入 流速控制 812 4 20 0 550 KPa
pressure_coolant_set 模拟输出 流速控制 813 0 0 0 0 KPa
272 270 pressure_coolant_diff 模拟输入 流速控制 814 0 5 0 100 KPa
220 218 temp_cathode_inlet 模拟输入 热控制 526 0 1000 0 100 ℃
temp_cathode_inlet_set 模拟输出 热控制 527 0 1000 0 100 ℃
192 156 flow_cathode_stack_1 模拟输入 流速控制 648 0 20 0 10 Slpm
flow_cathode_stack_1_set 模拟输出 流速控制 649 0 20 0 10 Slpm
234 232 temp_cathode 模拟输 流速控 544 0 0 0 0 ℃
_out 出 制
246 244 temp_stack_control 模拟输入 热控制 530 0 1000 0 100 ℃
temp_stack_control_set 模拟输出 热控制 531 0 1000 0 100 ℃
200 198 signal_out_coolant_heater 数字输出 流速控制 752
210 196 signal_out_coolant_pump 数字输出 流速控制 751
212 208 flow_stack_coolant 模拟输入 热控制 658 0 500 0 50 Lpm
flow_stack_coolant_set 模拟输出 热控制 659 0 500 0 50 Lpm
280a 116a data_cell_001 模拟输入 FCVM(燃料电池电压监视器) 0 0 5 0 5 V
280b 116b data_cell_002 模拟输入 FCVM 1 0 5 0 5 V
280c 116c data_cell_003 模拟输入 FCVM 2 0 5 0 5 V
280d 116d data_cell_004 模拟输入 FCVM 3 0 5 0 5 V
280e 116e data_cell_005 模拟输入 FCVM 4 0 5 0 5 V
280f 116f data_cell_006 模拟输入 FCVM 5 0 5 0 5 V
280g 116g data_cell_007 模拟输入 FCVM 6 0 5 0 5 V
280h 116h data_cell_008 模拟输入 FCVM 7 0 5 0 5 V
282 110 Lb_DC_volts 数字值输出 负载箱 843 0 1 0 1 V
284 110 Lb_AC_Freq 数字值输出 负载箱 848 0 10000 0 10000 Hz
286 110 Lb_AC_Volts 数字值输出 负载箱 849 0 1000 0 1000 A
288 110 Lb_AC_Amps 数字值输出 负载箱 850 0 1000 0 1000 V
标签文件310被存储在可以由服务器300访问的存储设备312中。标签文件310包含表5中所示的除了关联数据/控制线编号和元件编号以外的信息。下面说明标签文件310的使用。
系统管理器306和驱动程序应用软件308是独立的执行线程(并可以在同一个计算机上运行)。系统管理器306操作映射文件302，映射文件302包含与系统100中的各个可监视或可控制元件有关的信息。
参照图3，其图解了系统管理器306用来启动系统100的操作的方法1100。
方法1100开始于步骤1102，在步骤1102系统管理器306读取标签文件310。然后在步骤1104系统管理器306在本机存储器空间创建映射文件302。映射文件302包含关于标签文件310中的每个标签的记录，该记录包括标签字段中的所有字段以及两个附加字段。
1.控制/数据值字段-其包含控制标签的当前控制值或数据标签的当前数据值。这个字段中的值与每个设备的控制/数据范围的单位相同。
2.操作水平字段-其包含一个与控制/数据值相对应的值，但是具有与设备的操作范围相同的单位。
通过例子，针对标签576和577考虑方法1100的操作。在步骤1102，系统管理器306读取标签文件310。然后系统管理器306在本机存储器空间创建映射文件302，该映射文件302包含关于标签576和577的记录。该记录包括标签文件310中的标签576和577的所有字段，对标签576还包括含有标签576的当前数据值的数据值字段，对标签577还包括含有标签577的当前控制值的控制值字段。此外，映射文件302包含标签576和577中各个标签的操作水平字段，操作水平字段包含分别被存储在数据值字段和控制值字段中而被转换成与设备的操作范围相同单位的信息。
然后方法1100去到步骤1106。在步骤1106，系统管理器306为每个控制模块启动一个驱动程序应用软件。在这个实施例中，系统管理器306根据标签文件310的模块字段中的输入项确定哪些控制模块304存在于控制系统140中。用另一种方法，可以在一个数据文件中将控制模块304的列表提供给系统管理器306，或者系统管理器306可以分析连接到控制系统140和系统100的硬件以确定哪些控制模块是存在的。
在这个实施例中，安装了四个控制模块：流量控制模块304a、热控制模块304b、负载箱控制模块304c和FCVM控制模块304d。作为响应，系统管理器306启动四个驱动程序应用软件308a-308d。每个驱动程序应用软件是一个独立的执行线程并独立于其余驱动程序应用软件运行。当启动各个驱动程序应用软件308时，系统管理器创建关联信息队列(即驱动程序应用软件308a的信息队列316和318)。
然后系统管理器306去到步骤1108，在步骤1108如果有用户应用软件被安装到系统100中，系统管理器306就启动一个或多个用户应用软件314。用户应用软件的目的和操作将在下面讨论。尽管这样的用户应用软件被包含在下述的其它实施例中，但它们不是本发明的第一示范性实施例的一部分。然后系统管理器306去到步骤1110。
步骤1110是一个可选步骤，在本发明的不同实施例中可以被包含或者不被包含。在这个步骤，系统管理器306从存储设备读取一个初始条件数据文件(未示出)。该初始条件数据文件识别一个或多个控制标签并陈述各个控制标签的初始值。对每个识别控制标签，系统管理器306在映射文件中的标签记录的控制/数据值字段中输入规定的初始值。然后系统管理器306将控制/数据值转换成对应的操作水平并将结果存储在映射文件中的标签记录的操作水平字段中。(或者反过来，初始值数据文件可以规定标签的初始操作水平，并且系统管理器306可以计算对应的数据/控制值。)
在步骤1110的末尾，系统管理器306的启动操作完成。然后系统管理器306输入一个循环并且在燃料电池测试过程中无限期地处于这个循环中。该循环在步骤1110开始。
描述这个循环之前，有必要说明驱动程序应用软件308和用户应用软件314的目的和操作。每个驱动程序应用软件308与一个或多个控制模块接口，控制模块提供了驱动程序应用软件308与系统100中的控制和数据收集设备的接口。每个驱动程序应用软件必须访问映射文件302中的相关标签记录，系统100所要求的操作条件和实际操作条件被记录在该标签记录中。
例如，驱动程序应用软件308a使用流量控制模块304a来控制流量控制器132a的操作，流量控制器132a控制进入阳极气体混合物支管124的氢气的流速。驱动程序应用软件308a能询问流量控制器132a以确定阳极气体混合物支管124中的当前氢气流速。根据该询问报告的流速将被记录在映射文件302中的标签flow_anode_mix_H2(表5中的576号标签)的控制/数据值字段中。驱动程序应用软件308a还可以指示流量控制器132a将进入阳极气体混合物支管124的氢气流速改变到一个规定的水平。这个规定的水平被记录在映射文件302中的标签flow_anode_mix_H2_set(表5中的577号标签)的控制/数据值字段中。类似地，驱动程序应用软件308a能询问系统100中的该系统100能从其中接收输入信号(即数字或模拟输入信号)的所有元件的工作条件，并能控制该系统100能发送输出信号给它的任何元件的工作设置值。
每个驱动程序应用软件308通过利用一对信息队列发送信息给系统管理器306或从系统管理器306接收信息经由系统管理器306访问映射文件302。为便于这一点，每个驱动程序应用软件使用包括表6中陈述的方法的方法集。每个方法传输一个信息给系统管理器306，如果正确，系统管理器306传输一个返回信息。方法读取该返回信息并将所有返回值返回给驱动程序应用软件。
                表6：访问映射文件302的方法集中的方法
方法名称 输入值 返回值 由系统管理器306或用户应用软件314执行的操作 说明
InitializeAndOpenMappedFile 映射文件302的句柄(handl 提供句柄，该句柄又提供对映射文件302的访问。仅由系统管理器 使映射文件302被创建并利用所提供的句柄被
e) 使用 打开
OpenMappedFile 映射文件名称 映射文件302的句柄 提供对映射文件的读/写访问 使映射文件302被打开
CloseMappedFile 映射文件句柄 终止对映射文件的读/写访问 使映射文件302被关闭
ReadTaggedValue 标签编号 标签的当前控制/数据值(5个值中的第一个)，如无映射文件可使用，则为-1 提供映射文件302中的识别标签的当前控制/数据值(5个值中的第一个)。由用户应用软件使用。应用数据转换。 返回标签的当前规定控制值(对控制标签)或当前记录工作值(对数据标签)。
WriteTaggedValue 标签编号、标签的新控制/数据值(5个值中的第一个) 写确认(如无映射文件可使用或者标签编号错误则为FALSE) 在映射文件302的标签记录中记录标签的新控制/数据值(5个值中的第一个)。由用户应用软件使用。应用数据转换。 提供控制标签的新的所要求的控制值。
ReadTaggedValues 标签编号 指向每个识别标签的当前控制/数据值(5个可能值)的指示字 提供映射文件302中的识别标签的当前控制/数据值(5个值) 允许读取标签的所有5个可能的当前值。
(pointer)。如无映射文件可使用，则返回-1。
WriteTaggedValues 标签编号、新控制/数据值(指向一个5元素阵列的指示字) 写确认(如无映射文件可使用或者标签编号错误则为FALSE) 在映射文件302中记录识别标签的新控制/数据值(5个可能值) 允许写入标签的所有5个可能值。
GetDataArray 开始标签、标签的数量 指向一个包含每个识别标签的当前控制/数据值(第一个值)的阵列的指示字 从被记载为第一标签的标签开始，提供来自映射文件302的许多标签的当前控制/数据值(第一个值) 允许一次读取不止一个标签的当前值。
SetDataArray 开始标签、标签的数量、指向一个包含所有被记载标签的当前值(第 写确认(如无映射文件可使用或者标签说明错误则为FALSE) 从被记载为第一标签的标签开始，记录映射文件302的许多标签的当前控制/数据值(第一个值) 允许一次写入不止一个标签的第一当前值。
一个值)的阵列的指示字
GetTagInfo 标签编号     指向含有标签描述信息的阵列的指示字     提供描述标签的信息(标签名称、标签类型、模块、模块地址、通道编号...)     允许用户应用软件或驱动程序应用软件访问该标签描述。
SetTagInfo 标签编号、指向一个包含标签描述信息的阵列的指示字     写确认(如无映射文件可使用或者标签编号错误则为FALSE)     记录标签描述的变化     允许改变标签描述—不推荐经常使用。
GetTaggedFullValue 标签编号     标签的控制/数据范围高字段值     提供来自映射文件302中的标签记录的、标签的控制/数据范围高值     允许读取标签特殊信息。
GetTaggedZeroValue 标签编号     标签的控制/数据范围低字段值     提供来自映射文件302中的标签记录的、标签的控制/数据范围低值     允许读取标签特殊信息。
GetTaggedRangeHigh 标签编号     标签的设备工作范围高     提供来自映射文件302中的标签记录的、标签的工作范围高值     允许读取标签特殊信息。
GetTaggedRangeLow 标签编号     标签的设备工     提供来自映射文件302中的标签     允许读取标签特殊信息。
作范围低 记录的、标签的工作范围低值
GetTaggedCoefficients 标签编号、指向一个具有6个可能的整数值的阵列的指示字 读确认(如无映射文件可使用或者标签说明错误则为FALSE) 提供6个校准系数值 允许读取标签特殊信息。
GetTagIndex 标签名称 标签索引或-1(如无映射文件可使用或者标签名称说明错误则为FALSE) 提供所命名标签的标签编号 允许确定所命名标签的标签编号。
TaskCheckIn 任务(task)名称 ID号 由用户应用软件和驱动程序应用软件在启动时用来通知它们的启动并获得一个ID 登录程序以使系统管理器能控制任务活动。
TaskCheckOut 任务ID 由用户应用软件和驱动程序应用软件在结束之前用来通知它们的正常终止 退出程序以使任务能通知系统管理器它们的正常终止。
TaskUpdateTaskActivity 任务ID 由用户应用软件和驱动程序应用软件用来周期性 使系统管理器能周期性地通知
地更新指定的活动标记   (notice)具有特定ID的任务仍然在运行中。指定的活动标记在每次检查时由系统管理器清除。
  TaskCheckServerActivity   如果系统管理器活动标记被设置则为TRUE，否则为FALSE 由用户应用软件和驱动程序应用软件用来周期性地检查系统管理器是否仍然在运行中   允许用户应用软件和驱动程序应用软件周期性地检查系统管理器是否仍然在运行。
利用表6中陈述的方法集中的方法，驱动程序应用软件308能从映射文件302读取控制/数据值和将控制/数据值写入映射文件302。典型地，驱动程序应用软件308从控制标签的记录中读取控制值并将数据值写入数据标签的记录中。控制值用来控制系统100的元件，数据值报告系统100的元件的工作状态。
用户应用软件314用来在燃料电池测试过程中或者在系统100的运行过程中随时规定系统100所要求的工作状态并将系统100的工作状态向用户报告。用户应用软件可以是：允许用户“手动”设置系统100所要求的工作特性和显示当前工作状态的用户接口、定义燃料电池测试并具有在测试过程中记录系统100的性能的数据记录能力的全自动化软件程序、这种手动软件和自动化软件的组合或者其它类型的程序。
用户应用软件314提供操作水平值供记录在控制标签中，并从数据标签中读取操作水平值用于通过用户接口、数据文件或数据文件与用户接口两者或者通过另外的报告设备(即打印机)、传输一个电子邮件信息、无线传呼机或其它通信设备等等向用户报告。对控制标签，用户应用软件314提供操作水平值，写方法将该操作水平值转换成控制值并将它们记录在映射文件中。对数据标签，读方法返回特定标签的操作水平值。
下面结合本发明的其它实施例描述几个用户应用软件314。对这个实施例来说，满足这一点：任何性质的用户应用软件314提供控制值并可选地，从映射文件302的控制标签记录和数据标签记录中读取数据值。
用户应用软件314可以用与驱动程序应用软件308相同的方式：通过利用表6中陈述的方法集中的方法来访问映射文件302。
用户应用软件和驱动程序应用软件在启动时都要访问映射文件以申请一个“登录”程序。这个程序包括规定它自己的名称并取回一个分配ID，该ID接着用来周期性地更新一个指定的活动标记-活动更新程序。这个活动更新程序用来使系统管理器能检查包含在测试系统中的应用软件是否“仍然在运行中”。用户应用软件还能通过检查系统管理器的活动标记来确定系统管理器是否“仍然在运行中”。每个应用软件在停止之前必须申请一个“退出”程序以使系统管理器知道它不再是活动的。使用了表6中陈述的方法集中的特定方法。
系统管理器通过利用表6中陈述的方法集中的特定方法周期性地访问映射文件以更新它自己的活动标记并检查正在运行的用户应用软件和驱动程序应用软件活动标记。
典型地，用户应用软件将控制值写入控制标签的记录并从数据标签的记录中读取数据值。然后该控制值由驱动程序应用软件308读出进而通过控制模块304来控制系统100的元件。用户应用软件314从映射文件302的记录中读取的数据值一般已经由驱动程序应用软件308a写入映射文件。
系统管理器306要求每个驱动程序应用软件308周期性地更新映射文件中的指定活动标记。这确保已经停止正确地执行的驱动程序应用软件被检测到并允许系统管理器306采取纠正措施，该纠正措施包括停止和重启驱动程序应用软件、终止任何那时在进行中的燃料电池测试或采取其它行动。系统管理器306还要求所有已经申请了登录程序的用户应用软件314类似地表明它们正在正确地执行。
在其它实施例中，方法1100具有附加步骤。例如，在一些其它的实施例中，系统管理器306可以要求每个驱动程序应用软件308在一个选择时间内传输至少一个信息给系统管理器306，而该选择时间是相对该至少一个信息的前一个信息来说的。发送这样一个“我在运行中”的信息的附加方法可以增加到表6的方法集中以用于此目的。这确保已经停止正确地执行的驱动程序应用软件被检测到并允许系统管理器306采取纠正措施，该纠正措施包括停止和重启驱动程序应用软件、终止任何那时在进行中的燃料电池测试或采取其它行动。系统管理器306还要求用户应用软件314类似地表明它们正在正确地执行。
驱动程序应用软件308使用并更新记录在映射文件302中的数据。每个驱动程序应用软件通过使用InitializeAndOpenMappedFile方法获得系统管理器306正在使用的映射文件302的句柄。
接下来参照图4，其图解了由各个驱动程序应用软件308用来控制系统中与表5中的该驱动程序应用软件与其相关联的每个标签相对应的元件的方法1200。每个驱动程序应用软件308连接到一个控制模块以监视和/或控制系统100的至少一个元件的操作。每个被监视的特性对应标签文件和映射文件302中的一个数据标签。每个被控制的特性对应标签文件和映射文件302中的一个控制标签。可以说驱动程序应用软件与各个这样的数据和控制标签关联。
方法1200由驱动程序应用软件308针对该驱动程序应用软件与其相关联的每个控制标签执行。方法1200在步骤1202开始，在步骤1202驱动程序应用软件308利用ReadTaggedValue方法(从映射文件的控制/数据值字段)获得控制标签的当前控制值。例如，驱动程序应用软件308a可以利用ReadTaggedValue方法获得flow_cathode_stack_1_set标签(表5中的531号标签)的当前控制值以确定(用户应用软件)为进入电池组的阴极气体混合物流规定了哪个流速。
方法1200接着去到步骤1204，在步骤1204驱动程序应用软件将控制标签的控制值传输给它的关联控制模块。利用上面的步骤1202中的例子，驱动程序应用软件308a将控制值传输给流量控制模块304a。然后流量控制模块304a通过在数据线192(见图1和表5)上发送一个控制信号来利用该控制值控制流量控制器156的操作。控制模块发送给系统100的附属元件的控制信号的性质将由特定的元件决定。例如，流量控制器可以由一个高质量PID类型的反馈控制设备来控制，该反馈控制设备一直监视和控制流量控制器的操作以确保流速精确地跟踪规定的流速。
方法1200接着去到步骤1206，在步骤1206驱动程序应用软件等待一个选择的时间周期。选择的时间周期由为其执行方法1200的特定标签决定。例如，当控制流量控制器132以控制阳极气体混合物中气体的不同浓度时，驱动程序应用软件可以具有一个短延迟以确保在用户应用软件进行浓度变化之后迅速处理该浓度变化。另一方面，方法1200针对流量控制器208的重复之间的延迟可以更长。这些比较只是示范性的，在本发明的实际实施例中，这些延迟可以根据正被控制的元件类型和所要求的精确度以及关联控制模块的限制来选择。
进行步骤1206之后，方法1200返回步骤1202。
接下来参照图5，其图解了每个驱动程序应用软件308用来监视与表5中的该驱动程序应用软件与其相关联的每个标签相对应的各个系统元件的操作的方法1300。方法1300由驱动程序应用软件308关于该驱动程序应用软件与其关联的各个数据标签执行。
方法1300在步骤1302开始，在步骤1302驱动程序应用软件308询问它的关联控制模块关于系统100中与正在为其执行方法1300的标签相对应的元件的当前操作水平。例如，驱动程序应用软件308a可以询问流量控制模块304以获得进入电池组116的阴极气体混合物的当前流速。这个操作水平是数据标签的数据值。
方法1300接下来去到步骤1304，在步骤1304驱动程序应用软件利用WriteTaggedValue方法将数据值写入标签的映射文件记录。
方法1300接下来去到步骤1306，在步骤1306驱动程序应用软件等待一个选择时间。
然后方法1300返回步骤1302。
每个驱动程序应用软件308利用方法1200周期性地读取该驱动程序应用软件同之相关联的各个控制标签的控制值并将控制值传输给系统100的对应元件。类似地，每个驱动程序应用软件308利用方法1300周期性地获得该驱动程序应用软件同其相关联的各个数据标签的数据值并将数据值存储在映射文件中。方法1200和1300由每个驱动程序应用软件308针对该驱动程序应用软件308同其相关联的所有控制标签和数据标签同时执行。
控制系统140利用这些方法控制和监视系统100中的关于其的标签已经被添加到映射文件中的各个元件的各个特性。控制系统140通过一个用户应用软件设法按照记录在映射文件302中的控制/数据值控制系统100。控制系统140通过更新映射文件302中的数据标签使系统100的当前操作状态符合用户应用软件。
启动驱动程序应用软件之前，系统管理器根据当前被测系统的控制模块和元件的标签文件描述对它们进行配置。
在简化燃料电池测试系统100的环境下对控制系统140进行了描述。根据有关燃料电池测试系统的结构，控制系统140的其它实施例可以包括数据/控制线、标签、控制模块和其它元件。几个这样的变型将在下面进行描述。普通技术人员能够将控制/数据线、标签、控制模块和元件增加到系统100以适应所述变型。
例如，本发明的其它实施例可以包括其它气体源，或者可以包括从可以用来产生阳极气体混合物和/或阴极气体混合物的气体中选择的更少种类的气体。这样的实施例将包括相应的控制/数据线以控制所述气体的流量、标签线和映射文件中的输入项。
根据本发明的不同实施例，电池组可以包括任何数量的电池。相应的控制系统将包括相应的控制/数据线以监视电池组中每个电池两端的电压。
本发明的其它实施例可以包括在燃料电池测试过程中控制和监视燃料电池所在的环境室。例如，环境室的湿度和温度可以被控制。这样的实施例将在映射文件中包括关于与温度和湿度有关的控制值的控制标签以及相应的监视温度和湿度的数据标签。普通技术人员将能够为这样的实施例提供合适的数据和控制线。
本发明的其它实施例可以包括监视冷却剂流体以及阳极和阴极混合物的数据标签。这样的数据标签将与连接到燃料电池测试系统中的两个传感器的适当数据线有关联。
其它实施例可以包括阀和满表(full meter)以及控制和监视主要气体供应和气体排出口的压力传感器。这样的系统将包括适当的控制和数据槽路(tank)以及与燃料电池测试系统内的硬件有关的适当的控制和数据线。
前述特性只是在特殊用途的特定燃料电池的测试过程中需要进行控制的测试条件的例子。根据同本发明一起使用的燃料电池测试系统的特点，本发明提供了控制系统100的软件系统来调节这些条件和其它条件。
参照图6。现在将描述本发明的第二示范性实施例。第二实施例在结构上与上面描述的第一示范性实施例相同，外加了创建用户应用软件的系统400。系统400包括脚本(script)语言402、脚本编译程序404和程序处理器406。程序处理器406是一个用户应用软件314(见图2)。
脚本语言402用来创建脚本408，脚本408利用系统100(图1)进行燃料电池测试。脚本语言402有许多命令，这些命令在表7-11中陈述。利用脚本编译程序404将脚本408转换为程序410。进行转换时，脚本编译程序404检查语法和脚本408的流程以确保可执行程序410能汇编。可执行程序410由程序处理器406用来与系统管理器306通信以控制燃料电池测试。
表7描述了一组设置点命令，这些命令用在脚本中以便为与控制标签有关的设备设置所要求的操作水平。各个设置点命令的参数在表7中描述。
                         表7.设置点命令
命令 参数 描述
Set_flow 标签号(Tag#)，流速(Flow)，斜坡(Ramp) 仅对流量控制器的控制标签有效。(根据tag#的)特定流量控制器的流速被改变到规定的流速。流速按斜坡率进行变化。例如，如果tagNo.＝583，Flow＝200，Ramp＝25，那么流量控制器132d的流速从它的当前流速以25slpm/秒(或者其它被选择的时间周期)的变化率改变到200slpm。
Set_stoich 标签号(Tag#)和化学计量比 助于控制气体流量。也就是说，气体流量是利用化学计量比(stoich)
  (stoichiometric ratio)   和负载电流来计算的
  Set_load   标签号(Tag#)，特性(characteristic)，斜坡(Ramp)   仅对负载箱标签有效。特性可以用伏特(DC或AC伏特)、赫兹(AC频率)或安培(AC电流)来测定。斜坡根据当前控制值定义特性的变化率。
  Set_temperature   标签号(Tag#)，温度(Temp)，斜坡(Ramp)   仅对温度控制器(即加热器、冷却器等)的控制标签有效。温度参数定义新的目标温度，斜坡字段定义从旧的目标温度到新的目标温度所要求的变化率。
  Set_pressure   标签号(Tag#)，压力(Pressure)，斜坡(Ramp)   仅对压力控制器的控制标签有效。压力控制器(未示出)经由燃料电池测试系统中分布的各个压力控制设备(未示出)提供分布压力控制。
  Set_equivalent_flow   标签号(Tag#)，流量(Flow)和斜坡(Ramp)   用于流量计算。它根据负载电流和化学计量比stoich来计算正确的气体流量设置点。
  Get_tag_value   标签号(Tag#)，值(Value)   这个命令用来读标签。
表8描述了一组适用于包括控制系统140的系统100的命令。
                    表8.测试系统操作命令
  命令   描述
  Start_averaging   在本发明的一些实施例中，控制系统140被设置将映射文件中定义的所有数据标签的操作水平字段取平均。这个命令启动取平均操作。
  Stop_averaging   这个命令终止取平均操作。取平均操作
的结果被记录在一个日志文件中。另一方面，映射文件中的各个数据标签的记录可以包括一个“平均值”字段，平均操作水平在最后一个取平均操作过程中被存储在该“平均值”字段中。
Enable_safeties 命令系统进行安全检查。
Override_safeties 跳过指令进行安全检查。
E_stop 紧急停止测试。
Clear_alarms 清除警报信息。
Log_data_now 映射文件中的所有标签的记录被记录在一个日志文件中。
Log_data_subset 以前与subset_no相关的一组标签的记录被添加到一个日志文件中。
Start_new_datafile 用于Log_data_now和Log_data_subset命令的日志文件被关闭，一个新的数据文件(datafile)被打开。
Autologging_ON 映射文件中的标签记录的变化到日志文件的自动登录被开启。
Autologging_OFF 标签记录的变化到日志文件的自动登录被关闭。
Voltage_control_mode 负载箱具有三种操作模式：恒流模式、恒压模式和恒定功耗模式。这两个命令用来在这些操作模式之间转换负载箱。
Current_control_mode 负载箱具有三种操作模式：恒流模式、恒压模式和恒定功耗模式。这两个命令用来在这些操作模式之间转换负载箱。
表9描述了一组可以用来控制脚本的执行流程的程序流程命令。
                    表9.程序流程命令
命令 参数 描述
If 标签(Tag)，条件(Condition) 只要标签(可以是一个控制或数据标签)的操作水平满足条件就允许命令或块被执行
AndIf 标签(Tag)，条件(Condition) 允许第二强制性If条件被添加到If命令
OrIf 标签(Tag)，条件(Condition) 允许一个可选If条件被添加到If命令。
Wait_Until 标签(Tag)，条件(Condition) 延迟脚本的执行直至标签的操作水平满足条件。
Delay 时间(Time) 将脚本的执行延迟规定的时间。
Verify_Safeties 确保测试处于良好状态，并准备进行下一个测试停止。
Else 如果If命令的条件不成立则允许待定义的命令或块被执行。
EndIf 结束根据If命令所执行的命令块。
表10定义了一组可以用来定义命令块的块命令。命令块根据If、Elself、Wait_Until或其它程序流程命令被作为一个整体执行。
                         表10.块命令
命令 参数 描述
BeginBlock 定义一个命令块的开始
EndBlock 定义一个命令块的结束
ExitBlock 在一个命令块内使用。转去执行该块的末尾后面的第一条指令
Include Filename 使识别文件从存储设备中被读出，并被当作就象它是被逐字插入来代替命令的一样来对待。
表11定义了一组允许将说明插入脚本而不影响脚本执行的文件命令。
                     表11.文件命令
命令 参数 描述
Rem 放在脚本中一行的开头。这使这一整行被脚本编译程序404忽略。
    ；     放在脚本的一行中的另一命令后面。这使脚本编译程序404忽略这一行中其余的，包括该；命令本身。
    Print     字符串(String)     使字符串显示在输出设备(诸如打印机或显示屏之类)上。
    Write_comment     字符串(String)     使整个映射文件被记录在一个日志文件中并利用该字符串来被识别。
    Display     标签号(Tag#)     使标签的操作水平被显示。
众所周知，脚本可以利用一个制造脚本的自动化程序来构造。用户可以选择一个命令，然后自动化程序会给出一个可能参数的列表和供选择的其它信息。这有助于确保命令语法是正确的。另外，循环可以被放在脚本中并可以是重复循环。对脚本的修改可以在脚本正在运行时进行，而不必关闭或重新装入一个脚本。当子脚本被调用时，会出现一个新窗口。当测试遭受警报条件时，警报恢复脚本将被自动激活。
本发明的其它变型和修改是可能的。相信所有这些修改或变型都在附加到这里的权利要求的范围内。

Claims (27)

1.一种测试燃料电池的系统，该系统包括：
(a)测试装置，所述测试装置具有用于控制燃料电池的可控制条件的控制设备；
(b)用于提供包括控制命令类型的脚本语言的用户接口，所述控制命令类型具有用于接收所述控制设备的选择操作水平的操作水平字段，其中测试脚本可利用所述脚本语言编写使得所述测试脚本包括所述控制命令类型的控制命令，通过将所述控制设备的选择操作水平插入所述控制命令的操作水平字段从所述控制命令类型得到所述控制命令；
(c)用于编译所述测试脚本以提供测试程序的编译器；和
(d)按照所述测试程序控制所述控制设备的系统管理器。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述编译器可用来通过将所述控制命令的操作水平字段中规定的选择操作水平转换成设备操作水平编译所述测试脚本以提供测试程序，所述设备操作水平用于控制所述控制设备运行在所述选择操作水平。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述测试装置包括用于控制燃料电池的多个可控制条件的多个控制设备；
所述脚本语言包括用于识别所述多个控制设备的多个设备标识符，所述多个控制设备中的每个控制设备可借助所述多个设备标识符中的一个关联设备标识符识别；
所述控制命令类型包括用于接收选择控制设备的关联设备标识符的设备识别字段；以及
所述测试脚本可利用所述脚本语言编写使得所述测试脚本包括控制命令类型的多个控制命令；并且所述测试脚本中的每个控制命令(i)在控制命令的操作水平字段中包括选择控制设备的选择操作水平和(ii)在设备识别字段中包括选择控制设备的关联设备标识符。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述测试装置包括用于控制燃料电池的多个可控制条件的多个控制设备；
所述脚本语言包括用于识别所述多个控制设备的多个设备标识符，所述多个控制设备中的每个控制设备可借助所述多个设备标识符中的一个关联设备标识符识别；
所述脚本语言包括多个控制命令类型，所述多个控制命令类型中的每个控制命令类型具有(i)用于接收通过该控制命令控制的选择控制设备的选择操作水平的关联操作水平字段和(ii)用于接收所述选择控制设备的关联标识符的设备识别字段；以及
所述测试脚本可利用所述脚本语言编写以包括所述多个控制命令类型的多个控制命令使得所述多个控制命令中的每个控制命令(i)在控制命令的操作水平字段中规定选择控制设备的选择操作水平和(ii)在设备识别字段中规定选择控制设备的关联设备标识符。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，
所述多个控制设备包括用于控制阳极气体流量和阴极气体流量中的至少一个的至少一个流量控制器；
所述多个控制命令类型包括set_flow控制命令类型，其中set_flow控制命令类型的操作水平字段可用来接收选择流量控制水平，set_flow控制命令类型的设备识别字段可用来接收所述至少一个流量控制器中的选择流量控制器的关联设备标识符；以及
所述多个控制命令包括set_flow控制命令类型的set_flow控制命令。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
所述脚本语言还包括化学计量(stoichiometric)关系命令类型，所述化学计量关系命令类型具有用于接收选择化学计量比的化学计量规定(stoichiometry-defining)字段和用于接收选择流量控制器的关联设备标识符的设备识别字段；
所述测试脚本可利用所述脚本语言编写使得所述测试脚本包括所述化学计量关系命令类型的化学计量关系命令，其中通过(i)将选择化学计量比插入化学计量规定字段和(ii)将选择流量控制器的关联设备标识符插入设备识别字段从所述化学计量关系命令类型得到所述化学计量关系命令；以及
所述系统管理器可用来基于至少一个变量确定选择流量控制器的关联流量控制水平，所述至少一个变量包括选择化学计量比。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述至少一个变量还包括燃料电池的负载电流。
8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，
所述多个控制设备包括至少一个温度控制器；
所述多个控制命令类型包括温度控制命令类型，其中所述温度控制命令类型的操作水平字段可用来接收选择温度控制水平，所述温度控制命令类型的设备识别字段可用来接收所述至少一个温度控制器中的选择温度控制器的关联设备标识符；以及
所述多个控制命令包括所述温度控制命令类型的温度控制命令。
9.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，
所述多个控制设备包括用于控制由负载箱提供的燃料电池上的负载的至少一个负载控制器；
所述多个控制命令类型包括负载控制命令类型，其中所述负载控制命令类型的操作水平字段可用来接收选择负载控制水平，所述负载控制命令类型的设备识别字段可用来接收所述至少一个负载控制器中的选择负载控制器的关联设备标识符；以及
所述多个控制命令包括用于标明负载水平的set_load控制命令。
10.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，
所述多个控制设备包括至少一个压力控制器；
所述多个控制命令类型包括set_pressure控制命令类型，其中set_pressure控制命令类型的操作水平字段可用来接收选择压力控制水平，set_pressure控制命令类型的设备识别字段可用来接收所述至少一个压力控制器中的选择压力控制器的关联设备标识符；以及
所述多个控制命令包括set_pressure控制命令类型的set_pressure控制命令。
11.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，
所述多个控制命令类型中的至少一个控制命令类型还包括用于接收斜坡率的关联斜坡字段，所述斜坡率用于改变关联操作水平字段中规定的选择控制设备的操作水平；
所述测试脚本可利用所述脚本语言编写使得所述多个控制命令包括规定斜坡率的斜坡控制命令，所述斜坡率用于改变关联操作水平字段中规定的选择控制设备的操作水平。
12.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述编译器可用来通过针对所述多个控制命令中的每个控制命令将控制命令的操作水平字段中规定的选择操作水平转换成设备操作水平将所述测试脚本转换成测试程序，所述设备操作水平用于控制借助关联设备标识符识别的控制设备运行在该控制命令的操作水平字段中规定的操作水平。
13.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括利用脚本语言编写测试脚本的脚本编辑器。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，当从所述多个控制命令类型中选择一个控制命令类型时所述脚本编辑器可用来提供规定该控制命令类型的控制命令的多个可能参数。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述多个可能参数包括可能操作水平的幅度，以便当从所述多个控制命令类型中选择所述控制命令类型时所述脚本编辑器提供可能操作水平的幅度，用于选择待插入所述控制命令的关联操作水平字段的选择操作水平。
16.数据处理器中的一种经由控制设备控制燃料电池的可控制条件的方法，该方法包括：
(a)提供包括控制命令类型的脚本语言，所述控制命令类型具有用于接收所述控制设备的选择操作水平的操作水平字段；
(b)通过将所述控制设备的选择操作水平插入控制命令的操作水平字段从控制命令类型得到控制命令；
(c)利用所述脚本语言编写测试脚本使得所述测试脚本包括所述控制命令；
(d)编译所述测试脚本以提供测试程序；和
(e)按照所述测试程序控制所述控制设备。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括将所述控制命令的操作水平字段中规定的选择操作水平转换成设备操作水平，所述设备操作水平用于控制所述控制设备运行在所述选择操作水平。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，
燃料电池的多个可控制条件经由多个控制设备进行控制；
所述脚本语言包括用于识别所述多个控制设备的多个设备标识符，所述多个控制设备中的每个控制设备可借助所述多个设备标识符中的一个关联设备标识符识别；
所述控制命令类型包括用于接收选择控制设备的关联设备标识符的设备识别字段；以及
步骤(b)还包括在设备识别字段中插入选择控制设备的关联设备标识符以从所述控制命令类型得到所述控制命令。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，
燃料电池的多个可控制条件经由多个控制设备进行控制；
所述脚本语言包括用于识别所述多个控制设备的多个设备标识符，所述多个控制设备中的每个控制设备可借助所述多个设备标识符中的一个关联设备标识符识别；
所述脚本语言包括多个控制命令类型，所述多个控制命令类型中的每个控制命令类型具有(i)用于接收通过该控制命令控制的选择控制设备的选择操作水平的关联操作水平字段和(ii)用于接收所述选择控制设备的关联标识符的设备识别字段；以及
步骤(b)还包括通过针对所述多个控制命令中的每个控制命令在该控制命令的操作水平字段中插入选择控制设备的选择操作水平和在设备识别字段中插入选择控制设备的关联设备标识符从所述多个控制命令类型得到多个控制命令。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，
所述多个控制设备包括用于控制阳极气体流量和阴极气体流量中的至少一个的至少一个流量控制器；
所述多个控制命令类型包括set_flow控制命令类型，其中set_flow控制命令类型的操作水平字段可用来接收选择流量控制水平，set_flow控制命令类型的设备识别字段可用来接收所述至少一个流量控制器中的选择流量控制器的关联设备标识符；以及
所述多个控制命令包括set_flow控制命令类型的set_flow控制命令。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，
所述脚本语言还包括化学计量关系命令类型，所述化学计量关系命令类型具有用于接收选择化学计量比的化学计量规定字段和用于接收选择流量控制器的关联设备标识符的设备识别字段；
测试脚本可利用所述脚本语言编写使得所述测试脚本包括所述化学计量关系命令类型的化学计量关系命令，其中通过(i)将选择化学计量比插入化学计量规定字段和(ii)将选择流量控制器的关联设备标识符插入设备识别字段从所述化学计量关系命令类型得到所述化学计量关系命令；以及
该方法还包括基于至少一个变量确定选择流量控制器的关联流量控制水平，所述至少一个变量包括选择化学计量比。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述至少一个变量还包括燃料电池的负载电流。
23.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，
所述多个控制设备包括至少一个温度控制器；
所述多个控制命令类型包括温度控制命令类型，其中所述温度控制命令类型的操作水平字段可用来接收选择温度控制水平，所述温度控制命令类型的设备识别字段可用来接收所述至少一个温度控制器中的选择温度控制器的关联设备标志符；以及
所述多个控制命令包括所述温度控制命令类型的温度控制命令。
24.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，
所述多个控制设备包括用于控制由负载箱提供的燃料电池上的负载的至少一个负载控制器；
所述多个控制命令类型包括负载控制命令类型，其中所述负载控制命令类型的操作水平字段可用来接收选择负载控制水平，所述负载控制命令类型的设备识别字段可用来接收所述至少一个负载控制器中的选择负载控制器的关联设备标识符；以及
所述多个控制命令包括标明负载水平的set_load控制命令。
25.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，
所述多个控制设备包括至少一个压力控制器；
所述多个控制命令类型包括set_pressure控制命令类型，其中set_pressure控制命令类型的操作水平字段可用来接收选择压力控制水平，set_pressure控制命令类型的设备识别字段可用来接收所述至少一个压力控制器中的选择压力控制器的关联设备标识符；以及
所述多个控制命令包括set_pressure控制命令类型的set_pressure控制命令。
26.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，
所述多个控制命令类型中的至少一个控制命令类型还包括用于接收斜坡率的关联斜坡字段，所述斜坡率用于改变关联操作水平字段中规定的选择控制设备的操作水平；
步骤(b)包括通过插入斜坡率从所述多个控制命令类型中的所述至少一个控制命令类型得到斜坡控制命令，所述斜坡率用于改变关联操作水平字段中规定的选择控制设备的操作水平。
27.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括通过针对所述多个控制命令中的每个控制命令将控制命令的操作水平字段中规定的选择操作水平转换成设备操作水平将测试脚本转换成测试程序，所述设备操作水平用于控制借助关联设备标识符识别的控制设备运行在控制命令的操作水平字段中规定的操作水平。
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