CN115951224A - 模块化燃料电池电压巡检系统及其连接器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种模块化燃料电池电压巡检系统及其连接器，可快速获取类比电压数据并转换为数位电压数据，且可对数位电压数据进行分析、判断、运算、过滤，并暂存数据，在结构上则可减少安装过程可能产生的装设误差，更解决容易发生短路、连接器脱落的问题，以达到实时且有效的监控效果。

Description

模块化燃料电池电压巡检系统及其连接器

技术领域

本发明是有关于一种燃料电池电压巡检系统及其连接器，特别是关于一种模块化燃料电池电压巡检系统及其连接器。

背景技术

燃料电池的单一个电芯单元的操作电压范围约介于0.6～0.9伏特之间。燃料电池在实际的运转发电过程中，电池的输出电压会随负载变换波动较大，举例来说，外部负载的加载、降载都会导致燃料电池的电压波动。燃料电池也除了维持每一电芯单元的电压在最低的工作电压以上，更需同时维持每一电芯单元电压在当下的一致性。为了确保燃料电池电压能够在正常的工作电压下运作并监控各个电芯单元电压的实时状态，因此必须透过燃料电池电压检测系统以实时量测、显示、储存燃料电池中每一电芯单元的电压，当电芯单元电压显示异常(象是单一电芯单元的电压波动幅度大或电压过低)时，可让操作人员实时采取保护的措施，以免损坏整个燃料电池或降低燃料电池的性能。

在燃料电池的操作过程当中，通常会选择对每个电芯单元产生的电压进行监控，在公知技术中，常见到将导电元件制备为梳状的型态并通过导电胶、银胶等导电黏着材料以将导电元件耦接于各电芯单元的侧表面上，然而，这种方式在实际应用过程中存在许多问题，其中的一问题在于，由于相邻的导电元件或导电胶互相接触，常会造成导电元件与电芯单元之间的短路问题，另一方面，由于此种结构在导电元件装设至电芯单元时，由于缺乏定位设计，在安装的过程中，支撑结构与各个电芯单元之间、支撑结构与导电元件之间的固定不足，容易导致导电元件发生脱落的问题，进而影响监控的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化燃料电池电压巡检系统及其连接器，其可快速获取来自复数电芯单元的类比电压数据并转换为数位电压数据，同时提供隔离电压的功能。

本发明的目的在于提供一种模块化燃料电池电压巡检系统及其连接器，其对数位电压数据进行分析、判断、运算、过滤，并同时提供暂存数据的功能，在将数位电压数据传输至燃料电池控制系统时一并传输与数位电压数据对应的时间数据。

本发明的目的在于提供一种模块化燃料电池电压巡检系统及其连接器，其在导电端子上设置卡钩，并在放置导电端子的贯穿槽中设置卡槽，在导电端子装设至贯穿槽后不易脱落，以使导电端子能够紧固地结合于支撑元件上。

本发明的目的在于提供一种模块化燃料电池电压巡检系统及其连接器，通过机构的设计，使模块化连接器在安装与拆卸时，可降低错误安装的几率，节省组装时间，避免因不当安装而导致的损坏，也不需借助工具即可拆装。

于是，本发明公开的一种模块化燃料电池电压巡检系统，其耦接于复数电芯单元及一燃料电池控制系统，模块化燃料电池电压巡检系统包含复数模块化连接单元、至少二资料转换单元及一资料分析单元。

所述的各模块化连接单元包含一模块化连接器及复数资料线，模块化连接单元的模块化连接器可拆卸地耦接复数电芯单元。

所述的各资料转换单元具有至少二资料输入端子部及至少二资料输出端子部，资料输入端子部耦接模块化连接单元的资料线，各资料转换单元的至少一资料输出端子部彼此耦接。

资料分析单元耦接于其中一资料转换单元的一资料输出端子部。

其中，当所述的电芯单元产生复数类比电压数据后，经由对应的模块化连接单元传输至对应的资料转换单元，此些资料转换单元将此些类比电压数据转换为复数数位电压数据再传输至资料分析单元。

在本发明一实施例中，资料分析单元仅耦接于单一个资料转换单元，以接收数位电压数据。

在本发明一实施例中，此些资料转换单元与资料分析单元更对应地耦接复数电源线。

在本发明一实施例中，模块化连接器具有N个导电端子以对应N个电芯单元，且N≥2。且，N个电芯单元更组成一电芯模块。

同时，本发明公开的一种模块化连接器，适用于量测复数电芯单元的电压数据，模块化连接器包含一载体及复数导电端子。

所述的载体包含一基座及一固定部；基座包含复数贯穿槽，贯穿槽内具有至少一卡槽，贯穿槽实质地沿平行于电芯单元的排列方向交错地设置，固定部连接电芯单元与基座。

所述的导电端子设置于贯穿槽，导电端子具有至少一卡钩且卡钩卡合于卡槽，导电端子耦接电芯单元。

承上所述，本发明公开的一种模块化燃料电池电压巡检系统及其连接器，其中的资料转换单元可快速获取类比电压数据并转换为数位电压数据，并同时实现隔离电压的功效，资料分析单元则可在接收到数位电压数据后进行分析、判断、运算、过滤，并提供暂存数据的功能，最后更可一并传输与数位电压数据对应的时间数据至燃料电池控制系统；在结构上则可减少安装过程可能产生的装设误差，更解决容易发生短路、连接器脱落的问题，以达到实时且有效的监控效果。

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，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：

图1为本发明公开的一种模块化燃料电池电压巡检系统的方块示意图；

图2为图1的模块化燃料电池电压巡检系统的信号传输方块图；

图3为图1的模块化燃料电池电压巡检系统中的模块化连接器的结构分解图；

图4为图3的模块化连接器组装于电芯模块的结构示意图；

图5为图3的模块化连接器的局部结构截面图。

符号说明：

1-模块化连接器，12-载体，122-基座，124-固定部，126-贯穿槽，1262-卡槽，128-绝缘片，130-拿持部，14-导电端子，142-卡钩，144-外表面，21-电芯单元，2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G-电芯模块，3-模块化燃料电池电压巡检系统，31-模块化连接单元，311-资料线，32、32’-资料转换单元，32a-资料输入端子部，32b-资料输出端子部，33-资料分析单元，4-燃料电池控制系统，Z-组装方向，a1、a2、a3-列数。

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。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。

在本发明被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示，此外图式中元件的形状、尺寸、厚度、以及角度等相关参数并未依照比例绘制，其简化用意仅为方便清楚说明。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请同时参阅图1、图2、图3、图4及图5所示，其中，图1为本发明公开的一种模块化燃料电池电压巡检系统的方块示意图，图2为图1的模块化燃料电池电压巡检系统的信号传输方块图，图3为图1的模块化燃料电池电压巡检系统中的模块化连接器的结构分解图，图4为图3的模块化连接器组装于电芯模块的结构示意图，图5为图3的模块化连接器的局部结构截面图。

在本实施态样中，公开一种模块化燃料电池电压巡检系统3，其耦接于复数电芯单元21及一燃料电池控制系统4，模块化燃料电池电压巡检系统3包含复数模块化连接单元31、至少二资料转换单元32及一资料分析单元33。

其中，各模块化连接单元31包含一模块化连接器1及复数资料线311，模块化连接单元31的模块化连接器1可拆卸地耦接复数电芯单元21，且模块化连接器1具有复数导电端子14，各导电端子14耦接于对应的电芯单元21。其中，模块化连接器1的设计，主要是根据待测的电芯单元21的数量，举例来说，当待测的电芯单元21数量为N，则模块化连接器1对应设计有N个导电端子14以逐一地对应N个电芯单元21，且上述的N≥2，换句话说，本发明公开的模块化连接器1适用于耦接于多片电芯单元21的态样，而上述的N个电芯单元21更可进一步形成一电芯模块2的型式。而根据图1所示，本实施态样的N是以12为例说明，且每12个电芯单元21更形成一电芯模块2A，电芯模块化及连接器的模块化的设计对于由上百片堆栈而成的燃料电池来说，可以大幅简化组装流程、提高组装精度，也确保了连接后的模块化连接器1与电芯单元21的结构稳定度。其中，在本发明中所揭露的电芯模块2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G可为具有相同功率、相同设计的电芯模块，也可为具有不相同功率、不同设计的电芯模块，主要是与其对应的模块化连接器1的导电端子14与电芯模块2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G中的电芯单元21数量为相同的。

各资料转换单元32具有至少二资料输入端子部32a及至少二资料输出端子部32b，资料输入端子部32a耦接模块化连接单元31的资料线311，各资料转换单元32的至少一资料输出端子32b部彼此耦接，也就是说，如图1及图2所示，资料转换单元32的资料输入端子部32a耦接于模块化连接单元31的资料线311，且一个资料输入端子部32a可同时耦接来自单一个模块化连接单元31的多条资料线311，而每个资料转换单元32的其中一个资料输出端子部32b则是耦接于另一资料转换单元32，仅有末端部(最前端或最末端)的单一个资料转换单元32’耦接于资料分析单元33，而所有经由资料转换单元32(包含资料转换单元32’)转换后的所有数位电压数据，都透过此末端部的资料转换单元32’传输至资料分析单元33，其中，来自电芯模块2(电芯单元21)的类比电压数据及后续转换后的数位电压数据的传输路径如图2中的斜线箭头所示。当然，若在小功率的燃料电池中，模块化燃料电池电压巡检系统3仅采用两个资料转换单元32、32’时，则此二个资料转换单元32、32’的其中一个资料输出端子部32b用以彼此耦接，而其中一个资料转换单元32’耦接于资料分析单元33，另一资料转换单元32则不与资料分析单元33耦接，类似地，此二资料转换单元32、32’转换后的数位电压数据仅透过资料转换单元32’传输至资料分析单元33。

而在数位电压数据自资料转换单元32传输至资料分析单元33后，资料分析单元33进一步将数位电压数据进行分析、判断、运算、过滤，并且资料分析单元33也同时提供暂存数据的功能。最终，资料分析单元33将运算后的所有数位电压数据传输到燃料电池控制系统4，同时，一并传输与数位电压数据对应的时间数据。其中，本发明中的资料转换单元32、资料分析单元33及燃料电池控制系统4之间的信号传递可通过信号线传输或无线传输。另外，资料转换单元32所需的电能，可通过各资料转换单元32与资料分析单元33之间的电源线，以自资料分析单元32取得必要的电能。

以模块化连接器的结构来说，如图2至图5所示，模块化连接器包含1包含载体12及复数导电端子14，其中，载体12包含基座122及固定部124，固定部124连接电芯模块2与基座122。其中，基座122上包含有复数贯穿槽126，且导电端子14设置在贯穿槽126内，透过贯穿槽126内具有的卡槽1262与导电端子14上具有的卡钩142，使得导电端子14得以卡合在贯穿槽126中。

在上述的结构当中，导电端子14耦接电芯单元21，也就是说，导电端子14与电芯单元21之间互相接触，在本实施例中，导电端子14的尾端为夹片状，透过夹片以夹住电芯单元21的极层，使导电端子14与电芯单元21之间紧密的接触。然而，上述仅为示例，并非用以限制本发明的申请专利范围，导电端子14的外观可因结构设计的需求而有所不同，任何在相关领域的技术人员中所能想到，只要是能够将导电端子14耦接于电芯单元21的结构均不超出本发明的申请专利范围。

此外，由于电芯模块2的电芯单元21之间的排列紧密，为了避免电芯单元21之间的互相碰触，或是导电端子14与相邻的电芯单元21之间的互相碰触而造成的短路问题，本发明提出了两种解决方式。

第一种解决方式是在基座122上设置复数绝缘片128，绝缘片128对应于贯穿槽126设置，并沿着贯穿槽126面对电芯模块2的一侧延伸，且绝缘片128平行于电芯单元21设置，并位于各个电芯单元21之间，也就是说，绝缘片126插设于各个电芯单元21之间，阻隔了各个电芯单元21及导电端子14，减少了彼此接触的几率，更有，绝缘片126沿着贯穿槽126而往电芯模块2延伸，在绝缘片126长度的设计上，可设计为大于导电端子14超出贯穿槽126的长度，更可以减少导电端子14接触到相邻两电芯单元21的几率。然而，上述仅为示例，并非用以限制本发明的申请专利范围，绝缘片126的外观可因结构设计的需求而有所不同，任何在相关领域的技术人员中所能想到，只要是能够将电芯单元21之间阻隔及相邻的电芯单元21与导电端子14之间阻隔的绝缘片126结构均不超出本发明的申请专利范围。

第二种解决方式则是在导电端子14的外表面144上设置绝缘层，透过绝缘层的设置，即使相邻的电芯单元21意外的接触到导电端子14，也不会造成电性导通，进而避免了短路的问题。绝缘层可透过涂布方式设置在导电端子的外表面144上，然而，此方式仅为示例，并非用以限制本发明的申请专利范围。

在模块化燃料电池连接器1装设于电芯模块2的过程中，自电芯模块2的侧面向电芯模块2的内部推进，推进方向由图3的组装方向Z所示。通过贯穿槽126在平行于电芯单元21的排列方向上交错地设置的设计，在推进燃料电池连接器1时，首先会使得较靠近电芯单元21的导电端子14先触碰并定位于对应的电芯单元21上，而较远离电芯单元21的导电端子14即可顺利的装设于对应的电芯单元21上。更详细而言，请参考图2所示，模块化燃料电池连接器1的贯穿槽126的数量为12个，且贯穿槽126以四个为一列，在平行于该些电芯单元的排列方向上依序地呈现列数a1、a2、a3三列，且相邻的各列之间在垂直于该些电芯单元的排列方向上间格地错位设置，如a1列与a2列之间以间格的交错设置，同样地，a2列与a3列之间也以间格的交错设置。当燃料电池连接器1开始装设于电芯单元21时，位于a1列的导电端子14会先对位于电芯单元21上，而后续位于a2列、a3列的导电端子14则无需另行对位，只需顺着燃料电池连接器1的推进，即可装设至正确的电芯单元21上。本发明的燃料电池连接器通过贯穿槽交错的设计以增加连接器在电芯上的稳定度，不仅能平均分摊安装的力量，不论是再人工或是机器组装下，都能减少安装时力量分配不均而产生组装错误或对位不准确的问题。

另外，在模块化燃料电池连接器1与电芯模块2之间的结构固定方面，本发明可透过基座122的固定部124以将模块化燃料电池连接器1稳定地固定于电芯模块2上，固定部124透过结构上的配合，以非电性地连接电芯模块2及基座122，在本实施例的图式中，透过勾体以使基座122卡合于电芯模块2，然而，在固定部124的结构设计上，更可选自于卡扣、卡榫、勾体、滑块、滑槽及上述的组合。

再者，连接器的体积通常会设计的较小，以避免占据其他电子元件的组成空间，也因此造成在组装及拆卸连接器的困难。本发明的燃料电池连接器1上设置有拿持部130，拿持部130设置于基座122面对电芯模块2的相反侧，透过拿持部130的设计，让使用者得以透过拿持部130组装或拆卸模块化燃料电池连接器1，不需另外使用工具，在本实施例的图式中，拿持部130为盲孔，然而，在拿持部130的结构设计上，更可为穿孔、盲孔、凸块或上述的组合。

在上述实施例中，载体12结构可为一体成形，换句话说，基座122、固定部124、绝缘片128、拿持部130可为一体成形。此外，载体12可为绝缘的。

因此，对于公知的技术来说，在进行电芯单元或电芯模块的电压检测时，尤其是电芯单元或电芯模块的数量庞大的前提下，若仅由单一个电压检测器来检测并处理所有的电芯单元的电压数据是难以应付，且纵使测量每片电芯单元的间隔时间相对而言是相当短暂的，但仍会因电芯单元堆栈的片数太多而导致在完整地获取所有电芯单元的电压后，对于首片与末片的电芯单元来说，数据获取的时间点已相对地间隔太长，因而对于数据在后续的判读上会造成难以忽略的误差，因此，基于本发明公开的模块化燃料电池电压巡检系统及其连接器可知，为解决公知使用单一电压检测器而导致数据量过大、时间差过大等问题，本发明的模块化燃料电池电压巡检系统将检测数据、转换数据及分析数据三个流程各自对应地拆分为独立的三个单元：模块化连接单元、资料转换单元及资料分析单元，由此以简化每个单元的处理流程、降低每个单元的处理负担，因此可更实时且准确地获取、分析每一个电芯单元的电压，最后，再将处理好的数据传输给燃料电池控制系统。

另外，资料转换单元除了将直接获取自电芯单元的类比电压数据转换为数位电压数据外，尤其对于堆栈数百片电芯单元的态样来说，堆栈后的整体电压可能高达200至300伏特，或甚至更高，在这样的情况下，为避免资料转换单元、资料分析单元受到高电压的干扰而导致电子元件失效的问题，资料转换单元更可实现隔离电压以降低高电压的影响，举例来说，资料转换单元可利用具有高输入阻抗、低输出阻抗，极大的开回路增益、极大的共模拒斥比以及极大频宽的运算放大器所构成的减法器，以达到有效屏蔽高电压对资料转换单元、资料分析单元内的电子元件所造成的影响。

而对于模块化连接单元、资料转换单元、资料分析单元及燃料电池控制系统之间的通信，可采用半双工串列式的通信界面RS-485，由于这个通信界面可单机发送、多机接受通信连接，且具有高速的资料通信速率、高的抗噪声能力，因此适用于大面积、长距离的数据传输。

是以，本发明公开的模块化燃料电池电压巡检系统及其连接器，其中的资料转换单元可快速获取类比电压数据并转换为数位电压数据，并同时实现隔离电压的功效，资料分析单元则可在接收到数位电压数据后进行分析、判断、运算、过滤，并提供暂存数据的功能，最后更可一并传输与数位电压数据对应的时间数据至燃料电池控制系统；在结构上则可减少安装过程可能产生的装设误差，更解决容易发生短路、连接器脱落的问题，以达到实时且有效的监控效果。

综上所述，本发明公开的模块化燃料电池电压巡检系统及其连接器，确实能达成本发明的目的。

本发明所公开的技术内容并不限于上述的实施例，凡是与本发明所公开的概念及原则相同的，均落入本发明的申请专利范围。需注意的是，元件的定义，例如“第一”和“第二”并不是限定的文字，而是区别性的用语。而本案所用的“包括”或“包含”涵盖“包括”和“具有”的概念，并表示元件、操作步骤及/或组或上述的组合，并不代表排除或增加的意思。又，除非有特别说明，否则操作的步骤顺序并不代表绝对顺序。更，除非有特别说明，否则以单数形式提及元件时(例如使用冠词“一”或“一个”)并不代表“一个且只有一个”而是“一个或多个”。本案所使用的“及/或”是指“及”或“或”，以及“及”和“或”。本案所使用的范围相关用语包含全部及/或范围限定，例如“至少”、“大于”、“小于”、“不超过”等，是指范围的上限或下限。

惟以上所述的，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，凡是依本发明申请专利范围及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，均仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种模块化燃料电池电压巡检系统，耦接于复数电芯单元及一燃料电池控制系统，其特征在于，该模块化燃料电池电压巡检系统包含：

复数模块化连接单元，各该模块化连接单元包含一模块化连接器及复数资料线，该些模块化连接单元的该些模块化连接器可拆卸地耦接复数该电芯单元；

至少二资料转换单元，各该资料转换单元具有至少二资料输入端子部及至少二资料输出端子部，该资料输入端子部耦接该模块化连接单元的该些资料线，各该资料转换单元的至少一该资料输出端子部彼此耦接；及

一资料分析单元，耦接于其中一该资料转换单元的一该资料输出端子部；

其中，当该些电芯单元产生复数类比电压数据后，经由对应的该些模块化连接单元传输至对应的该些资料转换单元，该些资料转换单元将该些类比电压数据转换为复数数位电压数据再传输至该资料分析单元。

2.根据权利要求1所述的模块化燃料电池电压巡检系统，其特征在于，该资料分析单元仅耦接于一该资料转换单元，以接收该些数位电压数据。

3.根据权利要求1所述的模块化燃料电池电压巡检系统，其特征在于，该些资料转换单元与该资料分析单元更对应地耦接复数电源线。

4.根据权利要求1所述的模块化燃料电池电压巡检系统，其特征在于，该模块化连接器具有N个导电端子以对应N个该电芯单元，且N≥2。

5.根据权利要求4所述的模块化燃料电池电压巡检系统，其特征在于，N个该电芯单元更组成一电芯模块。

6.一种模块化连接器，适用于量测复数电芯单元的电压数据，其特征在于，该模块化连接器包含：

一载体，包含：

一基座，包含复数贯穿槽，该些贯穿槽内具有至少一卡槽，该些贯穿槽实质地沿平行于该些电芯单元的排列方向交错地设置；及

一固定部，该固定部连接该些电芯单元与该基座；及

复数导电端子，设置于该些贯穿槽，该些导电端子具有至少一卡钩且该卡钩卡合于该卡槽，该些导电端子耦接该些电芯单元。

其中，该些导电端子的数量等于该些电芯单元的数量，且该些电芯单元组成一电芯模块。

7.根据权利要求6所述的模块化连接器，其特征在于，该基座更包含复数绝缘片，该些绝缘片对应于该些贯穿槽设置，并沿着该贯穿槽面对该些电芯单元的一侧延伸，且该些绝缘片平行于该些电芯单元设置，且该些绝缘片位于该些电芯单元之间。

8.根据权利要求6所述的模块化连接器，其特征在于，该载体更包含一拿持部，该拿持部设置于该基座面对该些电芯单元的相反侧。

9.根据权利要求6所述的模块化连接器，其特征在于，该导电端子包含有一绝缘层，其位于该导电端子的外表面。

10.根据权利要求6所述的模块化连接器，其特征在于，该些导电端子的数量等于该些电芯单元的数量，且该些电芯单元更组成一电芯模块。

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