CN111398839A - 用于燃料电池单体电压监测的控制器 - Google Patents

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CN111398839A CN202010409554.2A CN202010409554A CN111398839A CN 111398839 A CN111398839 A CN 111398839A CN 202010409554 A CN202010409554 A CN 202010409554A CN 111398839 A CN111398839 A CN 111398839A
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祝轲卿
徐权奎
韦鹏
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Abstract

一种发动机技术领域的用于燃料电池单体电压监测的控制器，控制电路板包括模拟信号处理电路、数字信号处理电路、低压电源模块、存储模块、SPI通信模块、CAN通信模块、32位微控制器，把燃料电池单体电压采集的模拟输入信号、温度传感器模拟输入信号、数字输入信号、电源与通信等模块集成于一体，放置于控制器内等集成于一体，放置于控制器内；控制器外形采用双端出线的形式，共接5个接插件；上盖板进行凹槽状结构性散热设计。本发明设计合理，具有重量轻、体积小、功能集成度高、可采集负压，单节采集电压范围为‑1～3V等优点。

Description

用于燃料电池单体电压监测的控制器
技术领域
本发明涉及的是一种发动机技术领域的控制器，特别是一种将燃料电池单体电压采集的模拟输入信号、温度传感器模拟输入信号、数字输入信号、电源与通信等模块集成于一体的用于燃料电池单体电压监测的控制器。
背景技术
燃料电池单体电压监控控制器是燃料电池(氢能源)系统的组成部分之一，其主要作用是对燃料电池的单节电压进行巡检监控，以保证燃料电池系统的可靠性。
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高。该技术具有效率高，污染小，理论比能量高，噪音低，可靠性高的特点。
燃料电池堆通常由几百个单片电池串联而成。在燃料电池堆运行过程中，由于燃料电池堆采用了串联结构，如果燃料电池堆的某节单体的电压出现异常，就会影响到整个电堆的性能与安全，因此需要对各单片电池的电压进行实时监测，方便控制系统根据监测结果做出正确的决策，确保燃料电池可以长时间地安全可靠运行。而燃料电池单片电压巡检系统正是作为燃料电池堆的关键检测设备受到越来越多的关注。
目前在市场上的单体电池巡检系统中主要存在的缺陷是：第一，现有燃料电池电压巡检方案均基于BMS系统采集电压进行适配，BMS系统的单节采集电压为0～5V，与燃料电池通用的-1V～1.5V的电压范围不完全适配，在采集过程中损失了精度；第二，现有燃料电池电压巡检方案无法采集到负压，即对-1～0V的电压范围无法采集。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种用于燃料电池单体电压监测的控制器，不但重量轻、体积小、功能集成度高，还可采集负压，单节采集电压范围为-1～3V。
本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括盖板、控制器电路板、第一模拟信号处理电路、第二模拟信号处理电路、数字信号处理电路、低压电源模块、存储模块、SPI通信模块、CAN通信模块、32位微控制器，第一模拟信号处理电路、第二模拟信号处理电路、数字信号处理电路、低压电源模块、存储模块、SPI通信模块、CAN通信模块、32位微控制器布置在控制器电路板上，控制器电路板布置在盖板所构成的空腔内；
第一模拟信号处理电路、第二模拟信号处理电路、数字信号处理模块的输出信号为32 位微控制器的输入信号；存储模块、SPI通信模块、CAN通信模块与32位微控制器之间相互通讯；控制器外形采用双端出线的设计，两端共接5个接插件；接插件包括柱状的接插口以及固定于接插口内的针脚，该针脚穿过上盖板并焊接固定于控制电路板上；控制器盖板上带有散热凹槽。
进一步地，在本发明中，第一模拟信号处理电路的输入信号为电堆温度信号和控制器本身温度信号，第二模拟信号处理电路的输入信号为电堆电压测量通道信号，数字信号处理电路的输入信号为物理寻址针脚信号，低压电源模块的电源输入为蓄电池。
更进一步地，在本发明中，电堆温度信号为三路，控制器本身温度信号为六路，电堆电压测量通道信号为150节单体信号，物理寻址针脚信号为三路。
更进一步地，在本发明中，SPI通信模块相互通信的信号为ADC转换芯片信号；与CAN通信模块相互通信的信号为J1939监测仪通讯信号、J1939通讯信号，以及监测标定故障诊断信号。
更进一步地，在本发明中，控制器电路可以采集负压，单体电压采集范围为 -1～3V；所述盖板为铝合金制造。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果为：第一，可进行单节电池负压巡检，其中电压巡检范围为-1～3V，，通过接入高精度电阻，可有效减少采集过程中的误差；第二，控制器将模拟输入、数字输入、电源与通讯等模块集成于一体，放置于控制器内，可靠性更高；第三，控制器具有三路CAN通讯连接，增强了集成的拓展性；第四，控制器外壳采用铝材料制成，上表面进行结构性散热设计，为凹槽状；第五，控制器外壳采用双端出线设计，5只共计186pin接插件连接外部线束。
附图说明
图1为本发明实施例中控制器的硬件连接示意图；
图2为本发明实施例的控制器结构示意图；
其中：1、第一接插件，2、第二接插件，3、第三接插件，4、第四接插件，5、第五接插件，6、控制器第一安装孔，7、控制器第二安装孔，8、控制器第三安装孔，9、控制器第四安装孔，10、凹槽，11、盖板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
具体实施例图1和图2所示，本发明包括盖板11、控制器电路板，控制器电路板布置在盖板1所构成的空腔内，控制电路板包括第一模拟信号处理电路、第二模拟信号处理电路、数字信号处理电路、低压电源模块、存储模块、SPI通信模块、CAN通信模块、32位微控制器；第一模拟信号处理电路、第二模拟信号处理电路、数字信号处理模块的输出信号为32位微控制器的输入信号；存储模块、SPI通信模块、CAN通信模块与32位微控制器之间相互通讯；控制器外形采用双端出线的设计，两端共接五个接插件；接插件包括柱状的接插口以及固定于接插口内的针脚，该针脚穿过上盖板并焊接固定于控制电路板上；控制器盖板11上带有散热凹槽10；第一模拟信号处理电路的输入信号为电堆温度信号和控制器本身温度信号，第二模拟信号处理电路的输入信号为电堆电压测量通道信号，数字信号处理电路的输入信号为物理寻址针脚信号，低压电源模块的电源输入为蓄电池；电堆温度信号为三路，控制器本身温度信号为六路，电堆电压测量通道信号为150节单体信号，物理寻址针脚信号为三路；SPI通信模块相互通信的信号为ADC转换芯片信号；与CAN通信模块相互通信的信号为J1939监测仪通讯信号、J1939 通讯信号，以及监测标定故障诊断信号；控制器电路可以采集负压，单体电压采集范围为-1～3V；所述盖板为铝合金制造。
在本发明中，盖板11的四个角上设有四个安装孔；控制器外形采用双端出线的形式，共接五个个接插件；接插件包括柱状的接插口以及固定于接插口内的针脚，该针脚穿过上盖板并焊接固定于控制电路板上。第一接插件1有34pin，其他四个接插件各有38pin。编号为10的位置；在盖板11上设计凹槽10便于结构性散热，能有效降低控制器内部温度。
本发明将模拟信号输入(六个个温度传感器信号)、燃料电池电压采集(150 节单体)、数字信号输入(三个个物理寻址针脚)、电源与通讯模块集成于一体。三路CAN 通讯连接，大大增加了集成的拓展性；十个单体电压采集小模块经过三路SPI总线与MCU 进行通信，保证了对燃料电池单节点压巡检的高效性。
本发明对150路高压级联燃料电池单节电压巡检，巡检周期≤10ms。150节单体电压输入燃料电池单体电压监控控制器，150节单体电压分为十个模块，每一个模块采集十六路单体电压(最后一个模块采集八路电压)，十六路单体电压经过内部译码器芯片分时路由至十六位精度的ADC采集通道，采集通道经过ADC采集芯片，将模拟量转化为数字量，转换的数字量通过SPI总线反馈给控制器内部的MCU芯片，MCU芯片再通过CAN总线外发采集到的最大、最小、平均电压等信息，以供燃料电池主控制器做系统决策使用。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种用于燃料电池单体电压监测的控制器，包括盖板、控制器电路板，控制器电路板布置在盖板所构成的空腔内，其特征在于，
所述控制电路板包括第一模拟信号处理电路、第二模拟信号处理电路、数字信号处理电路、低压电源模块、存储模块、SPI通信模块、CAN通信模块、32位微控制器；
所述第一模拟信号处理电路、第二模拟信号处理电路、数字信号处理模块的输出信号为32位微控制器的输入信号；
所述存储模块、SPI通信模块、CAN通信模块与32位微控制器之间相互通讯；
所述控制器外形采用双端出线的设计，两端共接五个接插件；接插件包括柱状的接插口以及固定于接插口内的针脚，该针脚穿过上盖板并焊接固定于控制电路板上；
所述控制器盖板上带有散热凹槽。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池单体电压监测的控制器，其特征在于所述第一模拟信号处理电路的输入信号为电堆温度信号和控制器本身温度信号，第二模拟信号处理电路的输入信号为电堆电压测量通道信号，数字信号处理电路的输入信号为物理寻址针脚信号，低压电源模块的电源输入为蓄电池。
3.根据权利要求2所述的用于燃料电池单体电压监测的控制器，其特征在于所述电堆温度信号为三路，控制器本身温度信号为六路，电堆电压测量通道信号为150节单体信号，物理寻址针脚信号为三路。
4.根据权利要求1所述的用于燃料电池单体电压监测的控制器，其特征在于与所述SPI通信模块相互通信的信号为ADC转换芯片信号；与CAN通信模块相互通信的信号为J1939监测仪通讯信号、J1939通讯信号，以及监测标定故障诊断信号。
5.根据权利要求1所述的用于燃料电池单体电压监测的控制器，其特征在于所述控制器电路可以采集负压，单体电压采集范围为-1～3V；所述盖板为铝合金制造。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114760535A (zh) * 2022-05-06 2022-07-15 广东宝元通检测设备有限公司 一种多路dido拓展装置

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