CN113437335B - 一种燃料电池箱体的吹扫控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池箱体的吹扫控制电路，其氢气浓度检测单元用于检测燃料电池箱体的氢气浓度；其信号处理电路用于对氢气浓度检测单元输出的氢气浓度信号进行处理，并将处理后的氢气浓度信号反馈至控制单元；其控制单元用于对处理后的氢气浓度信号进行软件处理，并通过驱动电路控制吹扫单元，以依据燃料电池箱体内的氢气浓度，调整吹扫单元的工作状态，从而不仅能保证燃料电池箱体的氢气浓度处于安全的范围，同时可以有效的降低吹扫时所需的能量，提高燃料电池的工作效率。

Description

一种燃料电池箱体的吹扫控制电路
技术领域
本发明属于燃料电池箱体技术领域，更具体的说，尤其涉及一种燃料电池箱体的吹扫控制电路。
背景技术
PEMFC（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，质子交换膜燃料电池）是将燃料中的化学能转变为电能的能量转换装置，具有能量密度高、启动速度快、无环境污染等优点，在汽车等交通领域有广阔的应用前景，受到了各国的重视。燃料电池发动机环境适应性是决定燃料电池应用的一个很重要因素。
现有的燃料电池箱体通风系统为，燃料电池上电即定速对箱体内吹扫的通风风扇。其中：燃料电池为将外部供应的燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能及生产热和反应产物的电化学装置。燃料电池箱体通风系统：为燃料电池电堆箱体提供通风，保证箱体内的氢气浓度满足安全的要求。
但是，现有的燃料电池箱体通风系统有明显的缺点，风扇上电即以最大的转速运行，这样会导致能量的浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种燃料电池箱体的吹扫控制电路，用于依据所述燃料电池箱体内的氢气浓度，调整所述吹扫单元的工作状态，以提高燃料电池的工作效率。
本发明公开了一种燃料电池箱体的吹扫控制电路，包括：氢气浓度检测单元、信号处理电路、控制单元、驱动电路和吹扫单元；其中：
所述氢气浓度检测单元，用于检测所述燃料电池箱体的氢气浓度；
所述信号处理电路，用于对所述氢气浓度检测单元输出的氢气浓度信号进行处理，并将处理后的氢气浓度信号反馈至所述控制单元；
所述控制单元，用于对所述处理后的氢气浓度信号进行处理，并通过所述驱动电路控制所述吹扫单元，以依据所述燃料电池箱体内的氢气浓度，调整所述吹扫单元的工作状态。
可选的，所述控制单元包括：微控制单元MCU，和/或，冗余控制电路；
所述MCU，用于对所述处理后的氢气浓度信号进行软件处理，并通过所述驱动电路控制所述吹扫单元，以依据所述燃料电池箱体内的氢气浓度，调整所述吹扫单元的工作状态；
所述冗余控制电路，用于对所述处理后的氢气浓度信号进行硬件处理，并通过所述驱动电路控制所述吹扫单元，以依据所述燃料电池箱体内的氢气浓度，调整所述吹扫单元的工作状态。
可选的，所述信号处理电路包括：第一电阻、第二电阻和第一电容；
所述第一电阻的一端与所述第一电容的一端相连，连接点作为所述信号处理电路的输入端；
所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端相连，连接点作为所述信号处理电路的输出端；
所述第一电容的另一端与所述第二电阻的另一端相连，连接点接地。
可选的，所述信号处理电路还包括：钳位二极管；
所述钳位二极管的阴极与所述信号处理电路的输出端相连；
所述钳位二极管的阳极接地。
可选的，所述冗余控制电路的输出端和所述MCU的输出端分别通过各自对应的二极管与所述驱动电路的输入端相连。
可选的，所述冗余控制电路还用于在检测到所述氢气浓度检测单元出现异常时，持续通过所述驱动电路控制所述吹扫单元执行吹扫动作。
可选的，所述冗余控制电路包括：开关管、第三电阻和第四电阻；
所述开关管的控制端作为所述冗余控制电路的输入端；
所述开关管的第一端分别与所述第三电阻的一端和所述第四电阻的一端相连；
所述第三电阻的另一端连接第一电源；
所述第四电阻的另一端作为所述冗余控制电路的输出端；
所述开关管的第二端接地。
可选的，所述驱动电路包括：高边开关、第二电容和续流二极管；
所述高边开关的控制端作为所述驱动电路的输入端；
所述高边开关的一端连接第二电源；
所述高边开关的另一端分别与所述第二电容的一端和所述续流二极管的阴极相连，连接点作为所述驱动电路的输出端；
所述第二电容的另一端和所述续流二极管的阳极接地。
可选的，所述MCU还用于检测所述驱动电路是否正常；和/或，检测所述吹扫单元是否正常。
可选的，所述氢气浓度检测单元布置于所述燃料电池箱体内或所述燃料电池箱体外通风口处。
可选的，所述氢气浓度检测单元包括：氢气浓度传感器。
可选的，所述氢气浓度信号为PWM信号。
从上述技术方案可知，本发明提供的一种燃料电池箱体的吹扫控制电路，其氢气浓度检测单元用于检测燃料电池箱体的氢气浓度；其信号处理电路用于对氢气浓度检测单元输出的氢气浓度信号进行处理，并将处理后的氢气浓度信号反馈至控制单元；其控制单元用于对处理后的氢气浓度信号进行软件处理，并通过驱动电路控制吹扫单元，以依据燃料电池箱体内的氢气浓度，调整吹扫单元的工作状态，从而不仅能保证燃料电池箱体的氢气浓度处于安全的范围，同时可以有效的降低吹扫时所需的能量，提高燃料电池的工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的一种燃料电池箱体的吹扫控制电路的示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种燃料电池箱体的吹扫控制电路的示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种燃料电池箱体的吹扫控制电路的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
在本发明实施例提供了一种燃料电池箱体的吹扫控制电路，用于解决现有技术中风扇上电即运行以最大的转速运行，这样会导致能量的浪费的问题。
该燃料电池箱体的吹扫控制电路，参见图1，包括：氢气浓度检测单元10、信号处理电路20、控制单元30、驱动电路40和吹扫单元50；其中：
氢气浓度检测单元10，用于检测燃料电池箱体的氢气浓度。
在燃料电池完成低压上电后，该氢气浓度检测单元10即可完成低压上电，此时，氢气浓度检测单元10可正常输出信号给到控制单元30。
在实际应用中，该氢气浓度检测单元10布置于燃料电池箱体内，以检测燃料电池箱体内的氢气浓度；或者，该氢气浓度检测单元10布置于燃料电池箱体外通风口处，以检测燃料电池箱体外通风口处的氢气浓度。当然，也不排除将该氢气浓度检测单元10设置于其他位置，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
具体的，该氢气浓度检测单元10检测燃料电池箱体的氢气浓度，得到氢气浓度信号，并将该氢气浓度信号输出至信号处理电路20；其中，该氢气浓度信号用于表征所述燃料电池箱体的氢气浓度。
该氢气浓度信号可以为PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）信号。当然，其也可以为其他信号，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
具体的，在氢气浓度高于预设浓度时，氢气浓度信号为高电平；在氢气浓度低于预设浓度时，氢气浓度信号为低电平。当然氢气浓度信号也可以通过其他形式来表示该氢气浓度高于预设浓度或低于预设浓度，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。氢气浓度信号在高电平和低电平之间转换时，该吹扫控制电路仅具备电平转换功能。
该信号处理电路20的输入端与氢气浓度检测单元10的输出端相连；该信号处理电路20的输出端与控制单元30的输入端相连。
该信号处理电路20，用于对氢气浓度检测单元10输出的氢气浓度信号进行处理，并将处理后的氢气浓度信号反馈至控制单元30。
控制单元30的输出端与驱动电路40的输入端相连，驱动电路40的输出端与吹扫单元50的控制端相连。
该控制单元30，用于对处理后的氢气浓度信号进行软件处理，并通过驱动电路40控制吹扫单元50，以依据燃料电池箱体内的氢气浓度，调整吹扫单元50的工作状态。
也就是说，控制单元30为吹扫控制电路中的控制核心。
具体的，控制单元30依据氢气浓度调整吹扫单元50的具体过程可以是：在氢气浓度处于不同范围时，该控制单元30控制该吹扫单元50处于不同的工作状态；如在氢气浓度处于第一范围时，控制单元30控制该吹扫单元50处于待机状态，在氢气浓度处于第二范围时，该控制单元30控制所述吹扫单元50处于低速运行状态，在氢气浓度处于第三范围时，该控制单元30控制吹扫单元50处于高速运行状态。其中第一范围的取值小于第二范围的取值，第二范围的取值小于第三范围的取值。控制单元30依据氢气浓度调整吹扫单元50的具体过程也可以是：在氢气浓度高于预设浓度时，控制单元30通过驱动电路40控制吹扫单元50执行吹扫动作；在氢气浓度低于预设浓度时，控制单元30通过驱动电路40控制吹扫单元50不执行吹扫动作。该控制单元30的具体控制过程，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
该吹扫单元50可以为风机，也可以为风扇；此处不再一一赘述，只要即为执行吹扫的执行器即可，均在本申请的保护范围内。
在本实施例中，控制单元30通过信号处理电路20接收氢气浓度检测单元10输出的氢气浓度信号，并通过驱动电路40控制吹扫单元50，以依据氢气浓度，调整吹扫单元50的工作状态；从而不仅能保证燃料电池箱体的氢气浓度处于安全的范围，同时可以有效的降低吹扫时所需的能量，提高燃料电池的工作效率。
在实际应用中，参见图2，控制单元30包括：MCU 31，和/或，冗余控制电路32。
MCU 31，用于对处理后的氢气浓度信号进行软件处理，并通过驱动电路40控制吹扫单元50，以依据燃料电池箱体内的氢气浓度，调整吹扫单元50的工作状态。
冗余控制电路，用于对处理后的氢气浓度信号进行硬件处理，并通过驱动电路40控制吹扫单元50，以依据燃料电池箱体内的氢气浓度，调整吹扫单元50的工作状态。
需要说明的是，在同时包括MCU 31和冗余控制电路32的方案中，MCU 31作为吹扫控制电路中的控制核心；该冗余控制电路作为辅助控制。
MCU 31为软件控制部分，该冗余控制电路32为硬件控制部分；也就是说，该吹扫控制电路采用硬件控制和软件控制的双安全设计，可保证单一失效模式下燃料电池箱体内的氢气安全。
在实际应用中，冗余控制电路32的输出端和MCU 31分别通过各自对应的二极管与驱动电路40的输入端相连。
冗余控制电路32与MCU 31之前采用二极管隔离的方式避免信号的串扰。
具体的，如图3所示，冗余控制电路32的输出端与二极管D3的阳极相连，MCU 31的输出端与二极管D2的阳极相连，二极管D2的阴极和二极管D3的阴极相连，连接点与驱动电路的输入端相连。
此外，MCU 31还可以作为吹扫控制电路的信号监控核心。
MCU 31还可以用于检测驱动电路40是否正常。
具体的，可以检测驱动电路40输出的驱动信号的状态，与MCU 31的控制信号的状态是否一致；如控制信号指示控制吹扫单元50执行吹扫动作时，驱动信号应控制吹扫单元50执行吹扫动作。
MCU 31还可以用于检测吹扫单元50是否正常。
具体的，在吹扫单元50设置有转速脉冲检测回路，进而该MCU 31通过该转速脉冲检测回路来检测吹扫单元50的转速，并判断该转速在当前信号下是否正常，进而实现检测吹扫单元50是否正常。如采集吹扫单元50的转速，并判断当前下发的控制信号或当前驱动电路40输出的驱动信号，与该吹扫单元50的转速是否对应；若对应则判定吹扫单元50正常，否则判定吹扫单元50异常。当然，检测吹扫单元50是否正常也可以是其他方式，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
值得说明的是，现有技术中通过从空压机后端取一个分支由空压机的一部分气量来保证箱体内通风的需求；需要从空压机后端取气需要增加空压机的负荷，并且由于进气量无法调节，在低转速下无法满足箱体内氢气浓度的安全要求；而本实施例通过吹扫单元50即可调整箱体内的通风情况，进气量没有限制，在任何情况下均能满足箱体内氢气浓度的安全要求。
在实际应用中，参见图3，信号处理电路20包括：第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1。
第一电阻R1的一端与第一电容C1的一端相连，连接点作为信号处理电路20的输入端、接收氢气浓度检测单元10输出的氢气浓度信号。
第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端相连，连接点作为信号处理电路20的输出端、与MCU 31的输入端相连，以将处理后的氢气浓度信号传输至MCU 31。
第一电容C1的另一端与第二电阻R2的另一端相连，连接点接地。
在实际应用中，信号处理电路20还包括：钳位二极管D1。
钳位二极管D1的阴极与信号处理电路20的输出端相连；钳位二极管D1的阳极接地。
具体的，目前氢气浓度检测单元10采用PWM信号，该PMW信号的幅值不同，为满足不同浓度传感器的要求，采用电阻分压电路（包括R1和R2）将PWM信号的电压降低为系统可用的电压范围，同时在信号处理电路20前端增加第一电容C1滤波；还可以为避免信号处理电路20输出端口出现的异常电压影响，在信号处理电路20上增加钳位二极管D1，进而将处理过的信号反馈给MCU 31。
在实际应用中，参见图3，驱动电路40包括：高边开关41、第二电容C2和续流二极管D4。
高边开关41的控制端作为驱动电路40的输入端、与MCU 31的输出端相连，以接收MCU 31的控制信号。
在吹扫控制电路还包括下述的冗余控制电路32时，该高边开关41的控制端作为驱动电路40的输入端、与冗余控制电路32的输出端相连，接收冗余控制电路32输出的控制信号。
高边开关41的一端连接第二电源、以及接受第二电源的供电；该第二电源可以是24V的电源，当然，也可以是其他型号的电源，此处不对该第二电源的选型做具体限定，只要在该高边开关41闭合时，该第二电源能够通过该高边开关41为吹扫单元50供电，以使吹扫单元50执行吹扫动作即可，均在本申请的保护范围内。
高边开关41的另一端分别与第二电容C2的一端和续流二极管D4的阴极相连，连接点作为驱动电路40的输出端、与吹扫单元50的供电端相连。
具体的，在该高边开关41闭合时，该第二电源能够通过该高边开关41为吹扫单元50的供电端供电，以使吹扫单元50上电执行吹扫动作。
第二电容C2的另一端和续流二极管D4的阳极接地。
在实际应用中，参见图3，冗余控制电路32包括：开关管Q、第三电阻R3和第四电阻R4。
开关管Q的控制端作为冗余控制电路32的输入端、接收信号处理电路20处理后的氢气浓度信号。
开关管Q的第一端分别与第三电阻R3的一端和第四电阻R4的一端相连；第三电阻R3的另一端连接第一电源；第四电阻R4的另一端作为冗余控制电路32的输出端，通过二极管D3与驱动电路40的输出端相连。开关管Q的第二端接地。
该开关管Q可以是三极管，当然，也可以是其他管，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
具体的，通过开关管Q上拉电阻的方式，将控制信号做相位转换；也就是说，该吹扫控制电路还具有相位转换功能。
该冗余控制电路32还用于在检测到氢气浓度检测单元10出现异常时，持续通过驱动电路40控制吹扫单元50执行吹扫动作、以避免引氢气浓度检测单元异常而导致的燃料电池箱体内的氢气浓度过高的问题。
具体的，当氢气浓度检测单元10出现断线及输出信号异常时，该冗余控制电路32中通过上拉第三电阻R3可持续输出高电平；这时，吹扫单元50处于全速运转的状态来保证安全；此时，信号处理电路20还可以将其异常情况反馈给MCU 31。
在本实施例中，该吹扫控制电路可实现根据氢气浓度的信号实时调节吹扫单元50如风机或风扇的转速，并且该吹扫控制电路通过硬件和软件两种方式来保证功能的实现；避免软件的失效导致的箱体内氢气浓度过高的隐患；同时冗余控制电路32还可检测氢气浓度传感器的断线及信号异常故障。
本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种燃料电池箱体的吹扫控制电路，其特征在于，包括：氢气浓度检测单元、信号处理电路、控制单元、驱动电路和吹扫单元，所述控制单元包括：微控制单元MCU和冗余控制电路；其中：
所述氢气浓度检测单元，用于检测所述燃料电池箱体的氢气浓度；
所述信号处理电路，用于对所述氢气浓度检测单元输出的氢气浓度信号进行处理，并将处理后的氢气浓度信号反馈至所述控制单元；
所述控制单元，用于对所述处理后的氢气浓度信号进行软件处理和硬件处理，并通过所述驱动电路控制所述吹扫单元，以依据所述燃料电池箱体内的氢气浓度，调整所述吹扫单元的工作状态；
所述微控制单元MCU，用于对所述处理后的氢气浓度信号进行软件处理，并通过所述驱动电路控制所述吹扫单元，以依据所述燃料电池箱体内的氢气浓度，调整所述吹扫单元的工作状态；
所述冗余控制电路，用于对所述处理后的氢气浓度信号进行硬件处理，并通过所述驱动电路控制所述吹扫单元，以依据所述燃料电池箱体内的氢气浓度，调整所述吹扫单元的工作状态。
2.根据权利要求1所述的燃料电池箱体的吹扫控制电路，其特征在于，所述信号处理电路包括：第一电阻、第二电阻和第一电容；
所述第一电阻的一端与所述第一电容的一端相连，连接点作为所述信号处理电路的输入端；
所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端相连，连接点作为所述信号处理电路的输出端；
所述第一电容的另一端与所述第二电阻的另一端相连，连接点接地。
3.根据权利要求2所述的燃料电池箱体的吹扫控制电路，其特征在于，所述信号处理电路还包括：钳位二极管；
所述钳位二极管的阴极与所述信号处理电路的输出端相连；
所述钳位二极管的阳极接地。
4.根据权利要求1所述的燃料电池箱体的吹扫控制电路，其特征在于，所述冗余控制电路的输出端和所述MCU的输出端分别通过各自对应的二极管与所述驱动电路的输入端相连。
5.根据权利要求1所述的燃料电池箱体的吹扫控制电路，其特征在于，所述冗余控制电路还用于在检测到所述氢气浓度检测单元出现异常时，持续通过所述驱动电路控制所述吹扫单元执行吹扫动作。
6.根据权利要求5所述的燃料电池箱体的吹扫控制电路，其特征在于，所述冗余控制电路包括：开关管、第三电阻和第四电阻；
所述开关管的控制端作为所述冗余控制电路的输入端；
所述开关管的第一端分别与所述第三电阻的一端和所述第四电阻的一端相连；
所述第三电阻的另一端连接第一电源；
所述第四电阻的另一端作为所述冗余控制电路的输出端；
所述开关管的第二端接地。
7.根据权利要求1所述的燃料电池箱体的吹扫控制电路，其特征在于，所述驱动电路包括：高边开关、第二电容和续流二极管；
所述高边开关的控制端作为所述驱动电路的输入端；
所述高边开关的一端连接第二电源；
所述高边开关的另一端分别与所述第二电容的一端和所述续流二极管的阴极相连，连接点作为所述驱动电路的输出端；
所述第二电容的另一端和所述续流二极管的阳极接地。
8.根据权利要求1-7任一项所述的燃料电池箱体的吹扫控制电路，其特征在于，所述MCU还用于检测所述驱动电路是否正常；和/或，检测所述吹扫单元是否正常。
9.根据权利要求1-7任一项所述的燃料电池箱体的吹扫控制电路，其特征在于，所述氢气浓度检测单元布置于所述燃料电池箱体内或所述燃料电池箱体外通风口处。
10.根据权利要求1-7任一项所述的燃料电池箱体的吹扫控制电路，其特征在于，所述氢气浓度检测单元包括：氢气浓度传感器。
11.根据权利要求1-7任一项所述的燃料电池箱体的吹扫控制电路，其特征在于，所述氢气浓度信号为PWM信号。
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