CN210403910U - 电堆模组故障监测*** - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种电堆模组故障监测***，包括绝缘电阻检测仪；电堆模组，电堆模组包括m组电堆串；m个电子开关组，每个电子开关组包括第一开关和第二开关，第一开关的一端与一组电堆串的正极连接，第一开关的另一端与绝缘电阻检测仪的正极端连接；第二开关的一端与该组电堆串的负极连接，第二开关的另一端与绝缘电阻检测仪的负极端连接，电子开关组中开关的控制端与控制器连接，通过控制器控制电子开关组中开关的断开和闭合，使得绝缘电阻检测仪依次检测每组电堆串的绝缘电阻，将绝缘电阻发送至控制器，控制器根据绝缘电阻确定该组电堆串是否存在绝缘故障，实现对每组电堆串是否存在绝缘故障的在线监测且快速定位电堆模组中发生绝缘故障的电堆串。

Description

电堆模组故障监测***
技术领域
本实用新型属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种电堆模组故障监测***。
背景技术
电堆模组用于为燃料电池电动汽车供电，电堆模组由多组电堆串组成，每组电堆串由多个电堆组成。
现有只能在线监测电堆模组整体是否出现绝缘故障，在电堆模组整体出现绝缘故障后停机。并对电堆模组进行拆解，然后依次检测电堆模组中每组电堆串的绝缘电阻，根据每组电堆串的绝缘电阻确定是哪组电堆串发生绝缘故障以实现故障定位。
可见，现有对电堆模组绝缘故障的监测方法不能在线监测电堆模组中每组电堆串是否存在绝缘故障，导致难以定位电堆模组中发生的故障。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电堆模组故障监测***，以解决现有技术中不能在线监测电堆模组中每组电堆串是否存在绝缘故障，导致难以定位电堆模组中发生的故障电堆电堆电堆的问题。
技术方案如下：
本实用新型提供一种电堆模组故障监测***电堆，包括：
绝缘电阻检测仪；
电堆模组；所述电堆模组包括m组电堆串，m为大于等于1的正整数；
m个电子开关组；
每个所述电子开关组包括第一开关和第二开关；第一开关的第一端与一组电堆串的正极连接，第一开关的第二端与绝缘电阻检测仪的正极端连接；第二开关的第一端与该组电堆串的负极连接，第二开关的第二端与所述绝缘电阻检测仪的负极端连接；
分别与所述第一开关的控制端和所述第二开关的控制端连接的控制器；所述控制器控制电子开关组中开关的断开和闭合；
所述绝缘电阻检测仪依次检测每组电堆串的绝缘电阻，并将检测到的绝缘电阻发送至与所述绝缘电阻检测仪连接的所述控制器，以监测电堆模组中的每组电堆串是否存在绝缘故障。
优选地，还包括：
电堆预充单元；
所述电堆预充单元的直流母线正极与每组电堆串的正极连接；所述电堆预充单元的直流母线负极与每组电堆串的负极相连。
优选地，还包括：
分别与每组电堆串连接的第一二极管和第二二极管；
所述第一二极管的阳极与每组电堆串的正极连接，所述第一二极管的阴极与所述电堆预充单元的直流母线正极连接；所述第二二极管的阳极与所述电堆预充单元的直流母线负极连接，所述第二二极管的阴极与每组电堆串的负极连接。
优选地，还包括：
m个功率开关；
每个功率开关的控制端分别与所述控制器连接；通过所述控制器控制功率开关的断开和闭合；
则，所述电堆预充单元的直流母线正极与每组电堆串的正极连接包括：
每个功率开关的第一端与一组电堆串的正极连接，每个功率开关的第二端与电堆预充单元的直流母线正极连接。
优选地，所述绝缘电阻检测仪与所述控制器通过CAN总线连接，则
所述将检测到的绝缘电阻发送至与所述绝缘电阻检测仪连接的所述控制器，以监测电堆模组中的每组电堆串是否存在绝缘故障包括：
将检测到的绝缘电阻通过CAN总线发送至所述控制器，以通过所述控制器监测电堆模组中的每组电堆串是否存在绝缘故障。
优选地，所述电子开关组为隔离性功率电子器件。
与现有技术相比，本实用新型提供的上述技术方案具有如下优点：
从上述技术方案可知，本申请提供了一种电堆模组故障监测***，该***包括绝缘电阻检测仪；电堆模组，电堆模组包括m组电堆串；m个电子开关组，每个电子开关组包括第一开关和第二开关，第一开关的一端与一组电堆串的正极连接，第一开关的另一端与绝缘电阻检测仪的正极端连接；第二开关的一端与该组电堆串的负极连接，第二开关的另一端与绝缘电阻检测仪的负极端连接，电子开关组中开关的控制端与控制器连接，通过控制器控制电子开关组中开关的断开和闭合，使得绝缘电阻检测仪依次检测每组电堆串的绝缘电阻，将绝缘电阻发送至控制器，控制器根据绝缘电阻确定该组电堆串是否存在绝缘故障，实现了对每组电堆串是否存在绝缘故障的在线监测，且可以快速定位电堆模组中发生绝缘故障的电堆串。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型公开的电堆模组故障监测***的一种结构示意图；
图2是本实用新型公开的电堆模组故障监测***的另一种结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实施例提供了一种电堆模组故障监测***，通过该电堆模组故障监测***能够实现对电堆模组中每组电堆串是否存在绝缘故障的在线监测，能够快速且简便地定位电堆模组中发生绝缘故障的电堆串。
参见图1，本实施例中电堆模组故障监测***包括：
绝缘电阻检测仪1；
电堆模组2；电堆模组2包括m组电堆串，m为大于等于1的正整数。
更为具体地，每组电堆串由n个电堆组成，n为大于等于1的正整数；电堆串之间并联连接，每组电堆串的电堆之间串联连接。
m个电子开关组3，一个所述电子开关组分别连接在一组电堆串和绝缘电阻检测仪1之间。即每组电堆串分别通过一个电子开关组实现与绝缘电阻检测仪1的连接。
电子开关组3、电堆串和绝缘电阻检测仪1之间的连接结构为：每个电子开关组包括第一开关和第二开关；第一开关的第一端与一组电堆串的正极连接，第一开关的第二端与绝缘电阻检测仪1的正极端连接；第二开关的第一端与该组电堆串的负极连接，第二开关的第二端与绝缘电阻检测仪1的负极端连接。
针对每个电子开关组而言，该电子开关组的第一开关的控制端和第二开关的控制端均与控制器连接。图1中未示出控制器。
所述控制器控制每个电子开关组中第一开关和第二开关的断开和闭合。其中，每个电子开关组中的第一开关和第二开关同步断开、同步闭合。
针对一个电子开关组而言，组成该电子开关组的第一开关和第二开关都闭合时，与该电子开关组连接的电堆串实现与绝缘电阻检测仪的连接，此时，绝缘电阻检测仪检测该电堆串的绝缘电阻。
以第一个电子开关组分别连接在第一组电堆串和绝缘电阻检测仪1之间为例，当第一个电子开关组的第一开关和第二开关同步闭合时，第一组电堆串和绝缘电阻检测仪1之间形成闭合回路，通过绝缘电阻检测仪1可以检测第一组电堆串的绝缘电阻。此时，其他m-1个电子开关组的第一开关和第二开关都断开，使得其他m-1组电堆串均没有与绝缘电阻检测仪1连接。
以此类推，通过绝缘电阻检测仪1可以依次检测每一组电堆串的绝缘电阻。其中，绝缘电阻检测仪1检测绝缘电阻的原理与现有技术中检测绝缘电阻的原理是相同的，此处不再介绍。
可选地，本实施例中电子开关组中的开关为隔离性功率电子器件，如MOS管、IGBT或碳化硅管。即第一开关为MOS管、IGBT或碳化硅管中的一种，第二开关也为MOS管、IGBT或碳化硅管中的一种。
绝缘电阻检测仪1将检测到的每组电堆串的绝缘电阻发送至与绝缘电阻检测仪1连接的所述控制器。所述控制器根据绝缘电阻可以确定该组电堆串是否存在绝缘故障，从而实现对电堆堆中每组电堆串是否存在绝缘故障的在线检测，并且可以定位电堆模组中出现绝缘故障的电堆串。
本实施例中控制器可以为FCU，绝缘电阻检测仪1与控制器之间可以通过CAN总线连接，绝缘电阻检测仪1检测到电堆串的绝缘电阻后，通过CAN总线将检测到的绝缘电阻发送至控制器。
通过上述技术方案，本实施例提供的电堆模组故障监测***中包括绝缘电阻检测仪；电堆模组，所述电堆模组包括m组电堆串；m个电子开关组；每个所述电子开关组包括第一开关和第二开关，第一开关的第一端与一组电堆串的正极连接，第一开关的第二端与绝缘电阻检测仪的正极端连接，第二开关的第一端与该组电堆串的负极连接，第二开关的第二端与所述绝缘电阻检测仪的负极端连接；分别与所述第一开关的控制端和所述第二开关的控制端连接的控制器，通过控制器控制电子开关组中开关的断开和闭合，使得每组电堆串依次与绝缘电阻检测仪连接，并通过绝缘电阻检测仪检测与绝缘电阻检测仪连接的该组电堆串的绝缘电阻，将绝缘电阻发送至所述控制器，以监测电堆模组中的每组电堆串是否存在绝缘故障，从而实现了对电堆模组中每组电堆串是否存在绝缘故障的在线监测，并且可以定位电堆模组中出现绝缘故障的电堆串。
在实际应用中，电堆模组用于为燃料电池电动汽车提供电源，具体地，电堆模组与电动汽车的电堆预充单元连接，电堆预充单元与电动汽车直流母线连接，通过电堆预充单元为电动汽车供电。
而在线监测电堆模组是否存在绝缘故障的过程中，并不需要将电堆模组单独拆卸下来，因此，本申请提供的电堆模组故障监测***还包括：
电堆预充单元。
电堆预充单元的直流母线正极与每组电堆串的正极连接；所述电堆预充单元的直流母线负极与每组电堆串的负极相连，实现通过电堆预充单元为燃料电堆电动汽车的供电。
在包括电堆预充单元的基础上，参见图2所示，本实施例的电堆模组故障监测***在图1的基础上还包括：
分别与每组电堆串连接的第一二极管4和第二二极管5；
所述第一二极管4的阳极与每组电堆串的正极连接，所述第一二极管4的阴极与所述电堆预充单元的直流母线正极连接；所述第二二极管5的阳极与所述电堆预充单元的直流母线负极连接，所述第二二极管5的阴极与每组电堆串的负极连接。即本实施例中每个所述第一二极管4和每个所述第二二极管5的方向均与该电堆串为所述电堆预充单元供电时的电流方向一致。
可选地，第一二极管4和第二二极管5可以选用功率二极管。
本实施例中通过在每组电堆串的正极设置第一二极管4，并在每组电堆串的负极设置第二二极管5，实现了不同电堆串之间的正、负极的相互隔离，避免了不同电堆串的电压不均衡造成相互干扰的问题产生。
参见图2所示，本实施例中电堆模组故障监测***还包括：
m个功率开关6。
每个功率开关的控制端分别与所述控制器连接；通过所述控制器控制功率开关的断开和闭合；每个功率开关的第一端与一组电堆串的正极连接，每个功率开关的第二端与电堆预充单元的直流母线正极连接。
本实施例中，通过在每组电堆串的直流母线输出接口设置一个功率开关，分别控制每组电堆串闭合或断开与总的直流母线的连接。使得在监测到某一组电堆串的绝缘电阻发生失效时，控制器控制该组电堆串对应连接的功率开关断开，切断绝缘失效的电堆串与直流母线的连接，防止故障电堆串进一步绝缘失效，同时保证整车在其他正常电堆串工作下的增程模式工作。
通过上述技术方案，本实施例提供的电堆模组故障监测***可以实现在线监测电堆模组中每组电堆串的独立的绝缘电阻，排除了在对电堆模组整体进行绝缘电阻检测时功率二极管对检测结果的影响，提高了对电堆模组的绝缘电阻检测结果的准确性。且在确定某组电堆串的绝缘电阻失效时，可准确定位故障的电堆串，由控制器控制故障的电堆串断开与直流母线的连接，保证正常的电堆串的运行，有效提升了通过电堆模组供电的车辆***的安全性能和可靠性。
参见图2所示的的电堆模组故障监测***，由Stack1-1、Stack1-2、……Stack1-n这n个电堆串联组成第一组电堆串。第一组电堆串与第一个电子开关组连接，通过第一电子开关组实现第一组电堆串与绝缘电阻检测仪的连接，图2中第一电子开关组包括第一开关Ks1+和第二开关Ks1-。第一组电堆串的正极即Stack1-1电堆的正极与第一开关Ks1+连接，并通过第一开关Ks1+与绝缘电阻检测仪的正极端连接；第一组电堆串的负极即Stack1-n电堆的负极与第一开关Ks1-连接，并通过第一开关Ks1-与绝缘电阻检测仪的负极端连接。
第一组电堆串的正极即Stack1-1电堆的正极与第一二极管D1+连接，第一组电堆串的负极即Stack1-n电堆的负极与第二二极管D1-连接。
第一组电堆串的正极即Stack1-1电堆的正极与第一个功率开关K1的第一端连接，第一功率开关K1的第二端与电堆预充单元的直流母线正极连接。
同理，由Stacki-1、Stacki-2、……Stacki-n这n个电堆串联组成第i组电堆串。i的取值范围是从1到m的正整数。
第i组电堆串与第i个电子开关组连接，通过第i电子开关组实现第i组电堆串与绝缘电阻检测仪的连接，图2中第i电子开关组包括第一开关Ksi+和第二开关Ksi-。第i组电堆串的正极即Stacki-1电堆的正极与第一开关Ksi+连接，并通过第一开关Ksi+与绝缘电阻检测仪的正极端连接；第i组电堆串的负极即Stacki-n电堆的负极与第一开关Ksi-连接，并通过第一开关Ksi-与绝缘电阻检测仪的负极端连接。
第i组电堆串的正极即Stacki-1电堆的正极与第一二极管Di+连接，第i组电堆串的负极即Stacki-n电堆的负极与第二二极管Di-连接。
第i组电堆串的正极即Stacki-1电堆的正极与第i个功率开关Ki的第一端连接，第i功率开关Ki的第二端与电堆预充单元的直流母线正极连接。
基于图2所示的电堆模组故障监测***，下面以对第一组电堆串的绝缘电阻进行检测为例介绍电堆模组故障监测***的工作原理。(1)在运行过程中，控制器如FCU控制m个功率开关K1、K2……Km闭合，使得电堆模组与电动汽车的直流母线连接，提供整车增程用电源。
(2)FCU控制第一个电子开关组中的两个开关Ks1+和Ks1-同步闭合，并且控制除第一个电子开关组中的其他m-1个电子开关组中的Ksi+和Ksi-(m≥i≥2)同步断开，绝缘电阻检测仪检测第一组电堆串的绝缘电阻，并通过CAN总线将检测到的第一组电堆串的绝缘电阻发送至FCU。
(3)FCU根据接收到的第一组电堆串的绝缘电阻确定第一组电堆串是否发生绝缘故障，并在确定第一组电堆串发生绝缘故障的情况下，控制K1断开，以断开第一组电堆串与直流母线的连接，防止绝缘故障进一步恶化。
通过上述步骤实现分别对m组电堆串的绝缘电阻的检测，实现了对电堆模组中每组电堆串是否发生绝缘故障的在线监测，并且，在某一组电堆串发生绝缘故障的情况下，可以准确定位发生绝缘故障的电堆串，由FCU控制故障的电堆串断开与直流母线的连接，保证正常的电堆串运行，有效提升了通过电堆模组供电的车辆***的安全性能和可靠性。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种电堆模组故障监测***，其特征在于，包括：
绝缘电阻检测仪；
电堆模组；所述电堆模组包括m组电堆串，m为大于等于1的正整数；
m个电子开关组；
每个所述电子开关组包括第一开关和第二开关；第一开关的第一端与一组电堆串的正极连接，第一开关的第二端与绝缘电阻检测仪的正极端连接；第二开关的第一端与该组电堆串的负极连接，第二开关的第二端与所述绝缘电阻检测仪的负极端连接；
分别与所述第一开关的控制端和所述第二开关的控制端连接的控制器；所述控制器控制电子开关组中开关的断开和闭合；
所述绝缘电阻检测仪依次检测每组电堆串的绝缘电阻，并将检测到的绝缘电阻发送至与所述绝缘电阻检测仪连接的所述控制器，以监测电堆模组中的每组电堆串是否存在绝缘故障。
2.根据权利要求1所述的监测***，其特征在于，还包括：
电堆预充单元；
所述电堆预充单元的直流母线正极与每组电堆串的正极连接；所述电堆预充单元的直流母线负极与每组电堆串的负极相连。
3.根据权利要求2所述的监测***，其特征在于，还包括：
分别与每组电堆串连接的第一二极管和第二二极管；
所述第一二极管的阳极与每组电堆串的正极连接，所述第一二极管的阴极与所述电堆预充单元的直流母线正极连接；所述第二二极管的阳极与所述电堆预充单元的直流母线负极连接，所述第二二极管的阴极与每组电堆串的负极连接。
4.根据权利要求2或3所述的监测***，其特征在于，还包括：
m个功率开关；
每个功率开关的控制端分别与所述控制器连接；通过所述控制器控制功率开关的断开和闭合；
则，所述电堆预充单元的直流母线正极与每组电堆串的正极连接包括：
每个功率开关的第一端与一组电堆串的正极连接，每个功率开关的第二端与电堆预充单元的直流母线正极连接。
5.根据权利要求1所述的监测***，其特征在于，所述绝缘电阻检测仪与所述控制器通过CAN总线连接，则
所述将检测到的绝缘电阻发送至与所述绝缘电阻检测仪连接的所述控制器，以监测电堆模组中的每组电堆串是否存在绝缘故障包括：
将检测到的绝缘电阻通过CAN总线发送至所述控制器，以通过所述控制器监测电堆模组中的每组电堆串是否存在绝缘故障。
6.根据权利要求1所述的监测***，其特征在于，所述电子开关组为隔离性功率电子器件。
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