CN208157537U - 氢燃料电池电气***及监控电路 - Google Patents
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Abstract
一种氢燃料电池电气***，包括氢燃料电池单元、进气电磁阀、排气电磁阀、及监控电路；监控电路包括主控模块、电流电压采集模块、数据远程回传模块、及供氢阀控制模块；进气电磁阀及排气电磁阀分别调节氢燃料电池单元的燃料进入及废气排出；主控模块通过数据远程回传模块与外部设备实现数据交互；主控模块通过供氢阀控制模块调节进气电磁阀及排气电磁阀的开度或通断。上述氢燃料电池电气***，通过利用电流电压采集模块获得氢燃料电池单元的电气状态，同时利用数据远程回传模块向外部控制设备提供状态信息及接收控制指令，供氢阀控制模块根据控制指令对进气电磁阀、及排气电磁阀进行调节，从而实现了对氢燃料电池单元的远程监控和实时控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池控制技术，特别是涉及一种氢燃料电池电气***及监控电路。
背景技术
氢燃料电池是一种把存储在氢燃料中的化学能转化为电能的装置，而单纯一个氢燃料电池电堆是无法工作的，它需要一系列***与其配合构成一个燃料电池发电***。随着氢燃料电池技术日益成熟，电池控制***对氢燃料电池的工作性能表现也起到重要的作用。而现有的电池控制***只有简单的数据采集和参数回传显示功能，起不到对氢燃料电池的远程监控和实时控制作用。
实用新型内容
基于此，提供一种对氢燃料电池进行远程监控和实时控制的氢燃料电池电气***及监控电路。
一种监控电路，包括主控模块、电流采集模块电、数据远程回传模块、及供氢阀控制模块；所述主控模块设有模拟量接收端、串行数据接口、第一控制输出端、及第一数据接收端；所述电流电压采集模块设有模拟输出端；所述数据远程回传模块设有第一数据交互端；所述供氢阀控制模块设有控制输入端；所述主控模块的模拟量接收端连接端连接所述电流电压采集模块的模拟输出端；所述主控模块的串行数据接口连接所述数据远程回传模块的第一数据交互端；所述主控模块的第一控制输出端连接所述供氢阀控制模块的控制输入端。
一种氢燃料电池电气***，包括氢燃料电池单元、进气电磁阀、排气电磁阀、及如前所述的监控电路；所述进气电磁阀及所述排气电磁阀分别调节所述氢燃料电池单元的燃料进入及废气排出；所述主控模块通过所述数据远程回传模块与外部设备实现数据交互；主控模块通过供氢阀控制模块调节进气电磁阀及排气电磁阀的开度或通断。
上述氢燃料电池电气***，通过利用电流电压采集模块获得氢燃料电池单元的电气状态，同时利用数据远程回传模块向外部控制设备提供状态信息及接收控制指令，供氢阀控制模块根据控制指令对进气电磁阀、及排气电磁阀进行调节，从而实现了对氢燃料电池单元的远程监控和实时控制。
在其中一个实施例中，所述电流电压采集模块对所述氢燃料电池单元的输出电压及输出电流进行采集，并将采集到的信号向所述主控模块输出。
在其中一个实施例中，所述供氢阀控制模块设有第二控制输出端、第三控制输出端；所述供氢阀控制模块的第二控制输出端、第三控制输出端分别对应连接所述进气电磁阀、所述排气电磁阀。
在其中一个实施例中，还包括辅助电池单元；所述监控电路还包括充放电控制模块；所述辅助电池单元通过所述充放电控制模块连接所述氢燃料电池单元，所述充放电控制模块调节所述氢燃料电池单元对所述辅助电池单元的充电及所述辅助电池单元的放电输出；所述主控模块向所述充放电控制模块发出调节运行状态的指令。
在其中一个实施例中，所述电流电压采集模块还采集所述辅助电池单元的输出电压、输出电流、及充电电流。
在其中一个实施例中，所述监控电路还包括温度采集模块，所述温度采集模块对所述氢燃料电池单元的温度进行检测。
在其中一个实施例中，所述主控模块设有第一数据接收端；所述温度采集模块设有第一数据输出端；所述温度采集模块的第一数据输出端连接所述主控模块的第一数据接收端。
在其中一个实施例中，还包括可调速散热风扇；所述监控电路还包括连接所述主控模块的风冷控制模块；所述风冷控制模块向所述可调速散热风扇的内部驱动电路提供脉宽调制信号。
在其中一个实施例中，还包括可调速散热风扇；所述主控模块21设有脉宽调制输出端口，所述主控模块的脉宽调制输出端口与所述可调速散热风扇的内部驱动电路连接，并输出脉宽调制信号。
附图说明
图1为本实用新型的一较佳实施例的氢燃料电池电气***的结构图；
图2为本实用新型的另一实施例的氢燃料电池电气***的结构图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将对本实用新型进行更全面的描述。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
请参阅图1及图2，为本实用新型一较佳实施方式的氢燃料电池电气***100，用于实现对氢燃料电池的状态监测及运行控制。该氢燃料电池电气***100 包括氢燃料电池单元10、进气电磁阀30、排气电磁阀40、及监控电路20；监控电路20包括主控模块21、电流电压采集模块22、数据远程回传模块23、及供氢阀控制模块24；电流电压采集模块22对氢燃料电池单元10的输出电压及输出电流进行采集，并将采集到的信号向主控模块21输出；主控模块21通过数据远程回传模块23与外部控制设备80实现数据交互；主控模块21通过供氢阀控制模块24调节进气电磁阀30及排气电磁阀40的开度或通断；通过利用电流电压采集模块22获得氢燃料电池单元10的电气状态，同时利用数据远程回传模块23向外部控制设备80提供状态信息及接收控制指令，供氢阀控制模块 24根据控制指令对进气电磁阀30、及排气电磁阀40进行调节，从而实现了对氢燃料电池单元10的远程监控和实时控制。
主控模块21设有模拟量接收端、串行数据接口、第一控制输出端、及第一数据接收端；电流电压采集模块22设有模拟输出端；数据远程回传模块23设有第一数据交互端；供氢阀控制模块24设有控制输入端；主控模块21的模拟量接收端连接端连接电流电压采集模块22的模拟输出端；主控模块21的串行数据接口连接数据远程回传模块23的第一数据交互端；主控模块21的第一控制输出端连接供氢阀控制模块24的控制输入端。
在本实施方式中，电流电压采集模块22与氢燃料电池单元10的正负极连接，采样获得氢燃料电池单元10的输出电压；电流电压采集模块22通过检测与氢燃料电池单元10串联的电阻的电压值以获得氢燃料电池单元10的通过电流值，在另一种实施方式中，电流电压采集模块22通过电流互感器检测氢燃料电池单元10的通过电流。
供氢阀控制模块24设有第二控制输出端、第三控制输出端；供氢阀控制模块24的第二控制输出端、第三控制输出端分别对应连接进气电磁阀30、排气电磁阀40。
供氢阀控制模块24的第二控制输出端通过控制进气电磁阀30内部线圈的电流通断，从而实现进气电磁阀30的开度调节或通断控制；供氢阀控制模块24 的第三控制输出端通过控制排气电磁阀40内部线圈的电流通断，实现排气电磁阀40的开度调节或通断控制。
为更好地适应负载功率的变化以及储存氢燃料电池单元10发出的过剩电源，氢燃料电池电气***100还包括辅助电池单元50；监控电路20还包括充放电控制模块25；辅助电池单元50通过充放电控制模块25连接氢燃料电池单元 10，充放电控制模块25控制氢燃料电池单元10对辅助电池单元50的充电及辅助电池单元50的放电输出；主控模块21向充放电控制模块25发出调节运行状态的指令。
为确认辅助电池单元50的电气状态，电流电压采集模块22还采集辅助电池单元50的输出电压、输出电流、及充电电流。
在其中一种实施方式中，电流电压采集模块22与辅助电池单元50的正负极连接，采样获得辅助电池单元50的输出电压；在其中一种实施方式中，电流电压采集模块22通过检测与辅助电池单元50串联的电阻的电压值以获得氢燃料电池单元10的通过电流值，在其中一种实施方式中，电流电压采集模块22 通过电流互感器检测辅助电池单元50的通过电流。
电流电压采集模块22将从辅助电池单元50采样获得的电气状态信息输出至主控模块21，主控模块21根据氢燃料电池单元10、辅助电池单元50的电气状态信息调整充放电控制模块25的工作状态；具体地，当氢燃料电池单元10 输出功率超出外部负载需要时，充放电控制模块25将氢燃料电池单元10输出电能向辅助电池单元50充电，当氢燃料电池单元10输出功率不能满足外部负载需要时，充放电控制模块25将辅助电池单元50的电能输出，以补充氢燃料电池单元10输出功率的不足。
具体地，辅助电池单元50为锂电池或由锂电池构成的电池组。
为避免氢燃料电池单元10运行时温度过高，监控电路20还包括温度采集模块26，温度采集模块26对氢燃料电池单元10的温度进行检测。
具体地，温度采集模块26与探头设置在氢燃料电池单元10内部的热电偶连接，从而获得与氢燃料电池单元10内部温度相关的电信号，温度采集模块26 将温度电信号转换为温度数据帧，并向主控模块21输出。
具体地，主控模块21设有第一数据接收端；温度采集模块26设有第一数据输出端；温度采集模块26的第一数据输出端连接主控模块21的第一数据接收端。
请参阅图1，为调节氢燃料电池单元10温度，同时降低散热调节所需功耗，氢燃料电池电气***100还包括可调速散热风扇60；在本实施方式中，监控电路20还包括连接主控模块21的风冷控制模块27；风冷控制模块27向可调速散热风扇60的内部驱动电路提供脉宽调制信号，可调速散热风扇60的内部驱动电路根据脉宽调制信号调整转速。
请参阅图2，在另一实施方式中，主控模块21设有脉宽调制输出端口，主控模块21的脉宽调制输出端口与可调速散热风扇60的内部驱动电路连接，并输出脉宽调制信号，可调速散热风扇60的内部驱动电路根据脉宽调制信号调整转速。
氢燃料电池电气***100在运行时，电流电压采集模块22将氢燃料电池单元10的输出电压、输出电流的电量转换为相应范围的模拟量并输入至主控模块21，主控模块21内部单元将模拟量输入转换为数字信号；在其中一种运行方式中，主控模块21根据电流电压采集模块22的输入信号通过供氢阀控制模块24 调整进气电磁阀30、排气调节阀40的开度或通断，从而调整氢燃料电池单元 10的启动、关停及输出功率大小等；在另一种运行方式中，监控电路20将从电流电压采集模块22接收到的输入信号通过数据远程回传模块23发出，数据远程回传模块23发出电磁信号，外部控制设备80，例如远程地面站等，通过数据收发模块70接收数据远程回传模块23所发出电磁信号，从而实现对氢燃料电池电气***100的监视；当外部控制设备80需要实现对氢燃料电池电气***100 控制时，通过数据收发模块70向数据远程回传模块23发送载有控制指令的电磁信号，主控模块21及供氢阀控制模块24根获得控制指令调节对进气电磁阀 30、排气电磁阀40进行调节，从而实现氢燃料电池电气***100的远程控制。在其中一种实施方式中，主控模块21为STM32芯片。
本实施例中，通过利用电流电压采集模块获得氢燃料电池单元的电气状态，同时利用数据远程回传模块向外部控制设备提供状态信息及接收控制指令，供氢阀控制模块根据控制指令对进气电磁阀、及排气电磁阀进行调节，从而实现了对氢燃料电池单元的远程监控和实时控制。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种监控电路，其特征在于，包括主控模块、电流电压采集模块、数据远程回传模块、及供氢阀控制模块；所述主控模块设有模拟量接收端、串行数据接口、第一控制输出端、及第一数据接收端；所述电流电压采集模块设有模拟输出端；所述数据远程回传模块设有第一数据交互端；所述供氢阀控制模块设有控制输入端；所述主控模块的模拟量接收端连接端连接所述电流电压采集模块的模拟输出端；所述主控模块的串行数据接口连接所述数据远程回传模块的第一数据交互端；所述主控模块的第一控制输出端连接所述供氢阀控制模块的控制输入端。
2.一种氢燃料电池电气***，其特征在于，包括氢燃料电池单元、进气电磁阀、排气电磁阀、及如权利要求1所述的监控电路；所述进气电磁阀及所述排气电磁阀分别调节所述氢燃料电池单元的燃料进入及废气排出；所述主控模块通过所述数据远程回传模块与外部设备实现数据交互；主控模块通过供氢阀控制模块调节进气电磁阀及排气电磁阀的开度或通断。
3.根据权利要求2所述的氢燃料电池电气***，其特征在于，所述电流电压采集模块对所述氢燃料电池单元的输出电压及输出电流进行采集，并将采集到的信号向所述主控模块输出。
4.根据权利要求2所述的氢燃料电池电气***，其特征在于，所述供氢阀控制模块设有第二控制输出端、第三控制输出端；所述供氢阀控制模块的第二控制输出端、第三控制输出端分别对应连接所述进气电磁阀、所述排气电磁阀。
5.根据权利要求2所述的氢燃料电池电气***，其特征在于，还包括辅助电池单元；所述监控电路还包括充放电控制模块；所述辅助电池单元通过所述充放电控制模块连接所述氢燃料电池单元，所述充放电控制模块调节所述氢燃料电池单元对所述辅助电池单元的充电及所述辅助电池单元的放电输出；所述主控模块向所述充放电控制模块发出调节运行状态的指令。
6.根据权利要求5所述的氢燃料电池电气***，其特征在于，所述电流电压采集模块还采集所述辅助电池单元的输出电压、输出电流、及充电电流。
7.根据权利要求2所述的氢燃料电池电气***，其特征在于，所述监控电路还包括温度采集模块，所述温度采集模块对所述氢燃料电池单元的温度进行检测。
8.根据权利要求7所述的氢燃料电池电气***，其特征在于，所述主控模块设有第一数据接收端；所述温度采集模块设有第一数据输出端；所述温度采集模块的第一数据输出端连接所述主控模块的第一数据接收端。
9.根据权利要求7所述的氢燃料电池电气***，其特征在于，还包括可调速散热风扇；所述监控电路还包括连接所述主控模块的风冷控制模块；所述风冷控制模块向所述可调速散热风扇的内部驱动电路提供脉宽调制信号。
10.根据权利要求7所述的氢燃料电池电气***，其特征在于，还包括可调速散热风扇；所述主控模块21设有脉宽调制输出端口，所述主控模块的脉宽调制输出端口与所述可调速散热风扇的内部驱动电路连接，并输出脉宽调制信号。
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