CN114355195A - 一种燃料电池电压巡检系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池电压巡检系统，包括主控制模块和若干个从控制模块：主控制模块和每一个从控制模块都电连接有一低压电源模块；所述的主控制模块包括主控芯片、主CAN通讯芯片、主隔离CAN通讯芯片、主隔离SPI通讯芯片、主电压采集芯片、主光继电器、主低压电源供电模块和主隔离供电芯片。本发明采用模块化制造的方式，降低成本，组合方式灵活多变，电压巡检方案采集通道数量匹配更加灵活，可以通过增加或者减少从模块数量实现采集通道数的增加或减少，提高了客户匹配度和通道灵活度。

Description

一种燃料电池电压巡检系统
技术领域
本发明涉及燃料电池生产加工技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池电压巡检系统。
背景技术
随着当前世界对于环境保护的高要求，我们越来越重视对于清洁能源的广泛且便捷的使用。燃料电池发电作为一种电化学发电方式，是继水力、热能以及原子能发电后的第四种发电方式，其高效率，低排放，使用便捷等一系列优点让其在新能源领域有着不可或缺的地位。
燃料电池的使用离不开外部控制器对其的实时电压监控，当前电压采集监控技术多种多样，而燃料电池也较为依赖常规的芯片模拟采集，能否实现一种灵活、高精度、廉价的电压采集方案将不仅仅是燃料电池能否更进一步的关键，也是与燃料电池产业相关联的产业能否实现快速发展至为关键的一步。
目前燃料电池的电压巡检是CVM最为核心的技术，大多数CVM产品都是基于芯片来实现模拟采集，而且由于电芯的数量不同产品极差比较大，因此大部分CVM都是以一种多芯片集成于一块CVM板来实现，且一款控制器只能对应一种燃料电池。当前由于燃料电池电堆的电芯数量差异较大，市面上大多数控制器都只能满足对应数量电堆电芯的采集，一旦客户将电芯数量进行增加或者减少，原控制器就无法满足要求，需要重新研发，研发成本较大。固定采集端口数难以实现对应的电芯端口采集，因此不足的采集端口与不同客户间的不匹配以及多余的采集端口造成的浪费一直是被困扰的一个问题。同时，采集模块芯片大量使用以及难以找到替代品也让芯片的供货成为了生产中的一个巨大限制因素。
由此可见，现有技术需要进一步改进。
发明内容
本发明针对现有技术的缺点，提供了一种燃料电池电压巡检系统，解决了上述技术的缺陷。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种燃料电池电压巡检系统，其特征在于：包括主控制模块和若干个从控制模块：主控制模块和每一个从控制模块都电连接有一低压电源模块；所述的主控制模块包括主控芯片、主CAN通讯芯片、主隔离CAN通讯芯片、主隔离SPI通讯芯片、主电压采集芯片、主光继电器、主低压电源供电模块和主隔离供电芯片；所述的从控制模块包括从控芯片、从隔离CAN通讯芯片、从隔离SPI芯片、从隔离供电芯片、从光继电器、从电压采集芯片和从低压供电模块；主控芯片通过控制主光继电器实现采集通道的切换；从控芯片机通过控制从光继电器实现采集通道的切换，从电压采集芯片对对应的通道进行电压采集并将采集信息通过从隔离SPI芯片传输给从控芯片，从控芯片通过从隔离CAN通讯芯片将采集信息传输给主隔离CAN通讯芯片，主隔离CAN通讯芯片将采集信息传递给主控芯片。
进一步优化的技术方案，所述主控芯片使用的是主单片机，用于电压测量、控制各组成部件及对外通讯；从控芯片使用的是从单片机，用于电压测量、控制各组成部件及将信息传输给主控芯片。
进一步优化的技术方案，所述主光继电器和从光继电器采用的都是光耦继电器，分别为主光耦继电器、从光耦继电器；所述主单片机上一个GPIO口对应一个主光耦继电器，从单片机一个GPIO口对应一个从光耦继电器。
进一步优化的技术方案，所述主光耦继电器和主隔离供电芯片共同电连接主电压采集芯片，主电压采集芯片电连接主隔离SPI通讯芯片，主隔离SPI通讯芯片电连接主单片机；所述主单片机电连接主隔离CAN通讯芯片，主隔离CAN通讯芯片的数目与从隔离CAN通讯芯片的数目是一一对应，且一一对应电连接；所述主单片机电连接有主CAN通讯芯片。
进一步优化的技术方案，所述从光耦继电器和从隔离供电芯片共同电连接从电压采集芯片，从电压采集芯片电连接从隔离SPI通讯芯片，从隔离SPI通讯芯片电连接从单片机；所述从单片机电连接从隔离CAN通讯芯片。
进一步优化的技术方案，所述巡检接口与主光继电器、从光继电器连接；所述巡检接口与燃料电池各单片电池的正负极连接。
由于采用了上述技术，与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
本发明采用模块化制造的方式，降低成本，组合方式灵活多变，电压巡检方案采集通道数量匹配更加灵活，可以通过增加或者减少从模块数量实现采集通道数的增加或减少，提高了客户匹配度和通道灵活度。
附图说明
图1为本发明一种实施例的原理框图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，一种燃料电池电压巡检系统，包括主控制模块和若干个从控制模块。主控制模块和每一个从控制模块都电连接有一低压电源模块。
所述的主控制模块包括主控芯片、主CAN通讯芯片、主隔离CAN通讯芯片、主隔离SPI通讯芯片、主电压采集芯片、主光继电器、主低压电源供电模块和主隔离供电芯片。所述的从控制模块包括从控芯片、从隔离CAN通讯芯片、从隔离SPI芯片、从隔离供电芯片、从光继电器、从电压采集芯片和从低压供电模块。主控芯片通过控制主光继电器实现采集通道的切换；从控芯片机通过控制从光继电器实现采集通道的切换，从电压采集芯片对对应的通道进行电压采集并将采集信息通过从隔离SPI芯片传输给从控芯片，从控芯片通过从隔离CAN通讯芯片将采集信息传输给主隔离CAN通讯芯片，主隔离CAN通讯芯片将采集信息传递给主控芯片。
所述主控芯片使用的是主单片机，用于电压测量、控制各组成部件及对外通讯。从控芯片使用的是从单片机，用于电压测量、控制各组成部件及将信息传输给主控芯片。
所述主光继电器和从光继电器采用的都是光耦继电器，分别为主光耦继电器、从光耦继电器；所述主单片机上一个GPIO口对应一个主光耦继电器，从单片机一个GPIO口对应一个从光耦继电器。
所述主光耦继电器和主隔离供电芯片共同电连接主电压采集芯片，主电压采集芯片电连接主隔离SPI通讯芯片，主隔离SPI通讯芯片电连接主单片机；所述主单片机电连接主隔离CAN通讯芯片，主隔离CAN通讯芯片的数目与从隔离CAN通讯芯片的数目是一一对应，且一一对应电连接；所述主单片机电连接有主CAN通讯芯片。
所述从光耦继电器和从隔离供电芯片共同电连接从电压采集芯片，从电压采集芯片电连接从隔离SPI通讯芯片，从隔离SPI通讯芯片电连接从单片机；所述从单片机电连接从隔离CAN通讯芯片。
所述巡检接口与主光继电器、从光继电器连接；所述巡检接口与燃料电池各单片电池的正负极连接。
对于主控制模块来说，主单片机通过控制主光继电器实现采集通道的切换，例如：主电压采集芯片一次可以采集2个通道的电压，采集完成以后将信息通过主隔离SPI芯片传输给主单片机，同时主单片机控制主光继电器实现采集通道的切换，以此类推直至所有采集通道采集完毕。
从控制模块与主控制模块采用相同的电压采集方式，从单片机通过控制从光继电器实现采集通道的切换，由从电压采集芯片对对应的通道进行电压采集并将采集信息通过从隔离SPI芯片传输给从单片机。从单片机处理了本模块的采集的电压信息以后，通过从隔离CAN将电压信息传输到主控制模块，主控制模块一并处理所有从控制模块的电压信息，最终通过主CAN通讯芯片向外传输。
所有的控制模块下，每一个采集通道需对应一个光耦继电器，单片机一个GPIO口对应一个光耦继电器，例如：我们需要采集35个通道的电压，此时我们可以采用一个主模块，主模块中放置35个光耦继电器，35个光耦继电器分别由单片机35个不同的GPIO口控制实现开关。
总体来说，当控制器开始进行电压采集时，单片机控制光耦继电器打开对应芯片采集数量的采集通道，采集芯片对通道电压进行采集并将采集信息通过隔离SPI芯片传输到单片机中，随后单片机再控制光耦继电器将已经采集完毕通道的光耦继电器关闭并打开新的光耦继电器，依此循环将所有电芯采集完毕之后，其中的主单片机将所有采集信息整理后通过对外CAN通讯芯片传输出去。
本发明采用模块化制造的方式，降低成本，组合方式灵活多变，电压巡检方案采集通道数量匹配更加灵活，可以通过增加或者减少从模块数量实现采集通道数的增加或减少，提高了客户匹配度和通道灵活度。
本发明中的PCB以及外壳模块化，控制器的总体积可以灵活变化，并且单个模块体积减小，模块可以满足更多不同客户的空间需求。
本发明中的每个从模块都一致，没有特殊性，特定数量从模块只需要搭配一个主模块就可以匹配客户的电芯电压采集，减少了成本。
本发明通过光耦继电器实现采集通道的切换，减少了芯片的使用量，且对采集芯片采集通道数量要求降低，方案中可以替换的采集芯片种类增加，降低了芯片缺货风险。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种燃料电池电压巡检系统，其特征在于：包括主控制模块和若干个从控制模块：主控制模块和每一个从控制模块都电连接有一低压电源模块；所述主控制模块和每一个从控制模块通过巡检接口连接待测的燃料电池；
所述的主控制模块包括主控芯片、主CAN通讯芯片、主隔离CAN通讯芯片、主隔离SPI通讯芯片、主电压采集芯片、主光继电器、主低压电源供电模块和主隔离供电芯片；
所述的从控制模块包括从控芯片、从隔离CAN通讯芯片、从隔离SPI芯片、从隔离供电芯片、从光继电器、从电压采集芯片和从低压供电模块；
主控芯片通过控制主光继电器实现采集通道的切换；从控芯片机通过控制从光继电器实现采集通道的切换，从电压采集芯片对对应的通道进行电压采集并将采集信息通过从隔离SPI芯片传输给从控芯片，从控芯片通过从隔离CAN通讯芯片将采集信息传输给主隔离CAN通讯芯片，主隔离CAN通讯芯片将采集信息传递给主控芯片。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电压巡检系统，其特征在于：所述主控芯片使用的是主单片机，用于电压测量、控制各组成部件及对外通讯；从控芯片使用的是从单片机，用于电压测量、控制各组成部件及将信息传输给主控芯片。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池电压巡检系统，其特征在于：所述主光继电器和从光继电器采用的都是光耦继电器，分别为主光耦继电器、从光耦继电器；所述主单片机上一个GPIO口对应一个主光耦继电器，从单片机一个GPIO口对应一个从光耦继电器。
4.根据权利要求3所述的一种燃料电池电压巡检系统，其特征在于：所述主光耦继电器和主隔离供电芯片共同电连接主电压采集芯片，主电压采集芯片电连接主隔离SPI通讯芯片，主隔离SPI通讯芯片电连接主单片机；所述主单片机电连接主隔离CAN通讯芯片，主隔离CAN通讯芯片的数目与从隔离CAN通讯芯片的数目是一一对应，且一一对应电连接；所述主单片机电连接有主CAN通讯芯片。
5.根据权利要求4所述的一种燃料电池电压巡检系统，其特征在于：所述从光耦继电器和从隔离供电芯片共同电连接从电压采集芯片，从电压采集芯片电连接从隔离SPI通讯芯片，从隔离SPI通讯芯片电连接从单片机；所述从单片机电连接从隔离CAN通讯芯片。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池电压巡检系统，其特征在于：所述巡检接口与主光继电器、从光继电器连接；所述巡检接口与燃料电池各单片电池的正负极连接。
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