CN216927457U - 智能恒温控制装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种智能恒温控制装置，用于控制燃料电池内部温度位于预设温度范围内，智能恒温装置包括温度检测模块、电压控制模块及加热模块，其中，温度检测模块用于获取燃料电池的实时温度值；电压控制模块与温度检测模块电连接，用于根据实时温度值与预设温度范围，生成包含档位电压的加热控制信号；加热模块与电压控制模块电连接，用于根据加热控制信号工作于对应的档位电压，为燃料电池加热，使得燃料电池内部温度位于预设温度范围内。上述实施例的智能恒温控制装置中，通过对燃料电池的实时温度与预设温度范围进行实时对比，并采用递进式的加热控制方式，一方面节省电能，另一方面使升温过程更加平滑，有利于延长燃料电池的使用寿命。

Description

智能恒温控制装置

技术领域

本申请涉及燃料电池检测技术领域，特别是涉及一种智能恒温控制装置。

背景技术

在全球碳中和的趋势下，燃料电池作为替代传统化石能源的重要方向成为了研究热门，燃料电池具备能量密度高、充气速度快和燃烧产物完全无污染的特点，能够极大的助力改善我国的能源结构。且燃料电池应用场景非常广阔，除了应用在商用车上的大功率动力电池，还在仪器仪表等小功率领域也有重要应用，比如酒精检测仪，也越来越多的用到清洁燃料电池产品。

但是，在小功率应用领域，特别是对精度要求较高的场景下，仪器仪表容易受燃料电池自身温度影响而导致测量结果不准确，这就对燃料电池的温度控制提出了要求，如何保持精密测量领域燃料电池的恒温性，成为制约燃料电池大规模推广应用的重要问题。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种智能恒温控制装置，以解决在仪器仪表测量领域由于燃料电池温度变化导致测量结果不准确的问题。

本申请提供了一种智能恒温控制装置，用于控制燃料电池内部温度位于预设温度范围内，所述智能恒温装置包括温度检测模块、电压控制模块及加热模块，其中，所述温度检测模块用于获取所述燃料电池的实时温度值；所述电压控制模块与所述温度检测模块电连接，用于根据所述实时温度值与所述预设温度范围，生成包含档位电压的加热控制信号；所述加热模块与所述电压控制模块电连接，用于根据所述加热控制信号工作于对应的档位电压，为所述燃料电池加热，使得燃料电池内部温度位于预设温度范围内。

于上述实施例所述的智能恒温控制装置中，通过设置温度检测模块对燃料电池的温度进行实时监控，并通过电压控制模块对燃料电池的实时温度与预设温度范围进行实时对比，当实时温度低于预设温度范围的下限值时，第一时间发出加热控制信号，发出最低档位的加热电压，使加热模块立即投入工作，为燃料电池加热，若因为环境温度过低导致燃料电池升温失效，则立即自动调至更高档位的加热电压工作，直至温度上升至预设温度范围内，这种控制方式一方面节省电能，另一方面使升温过程更加平滑，有利于延长燃料电池的寿命。

在其中一个实施例中，所述加热控制信号包括第一加热控制信号，所述档位电压包括第一档位电压；所述电压控制模块包括控制器及电压档位调节电路，其中，所述控制器与所述温度检测模块电连接，被配置为：若所述实时温度值小于第一预设温度值，生成所述第一加热控制信号，控制所述加热模块以所述第一档位电压进行加热；所述电压档位调节电路与所述控制器电连接，用于根据所述第一加热控制信号输出所述第一档位电压。

在其中一个实施例中，所述加热控制信号包括第二加热控制信号；所述档位电压包括第二档位电压，所述第二档位电压大于所述第一档位电压；所述控制器被配置为：若所述加热模块以所述第一档位电压加热预设时间后，所述实时温度值仍然小于所述第一预设温度值，生成所述第二加热控制信号，控制所述电压档位调节电路输出所述第二档位电压，以控制所述加热模块以所述第二档位电压进行加热。

在其中一个实施例中，所述控制器还被配置为：在所述实时温度值大于第二预设温度值时，控制所述电压档位调节电路停止工作，以使所述加热模块停止加热。

在其中一个实施例中，所述电压档位调节电路包括开关驱动单元、第一可控开关单元、第二可控开关单元及输出单元，其中，所述开关驱动单元与所述控制器电连接，用于根据所述加热控制信号生成对应的开关导通驱动信号；所述第一可控开关单元与所述开关驱动单元电连接，用于根据所述第一加热控制信号导通，以控制所述电压档位调节电路输出所述第一档位电压；所述第二可控开关单元与所述开关驱动单元电连接，用于根据所述第二加热控制信号导通，以控制所述电压档位调节电路输出所述第二档位电压；所述输出单元与所述第一可控开关单元及所述第二可控开关单元均电连接，用于根据所述加热控制信号导通后输出对应的档位电压；

其中，所述开关驱动单元被配置为：根据所述第一加热控制信号生成第一导通驱动信号，控制所述第一可控开关单元导通，使所述输出单元输出所述第一档位电压；或

根据所述第二加热控制信号生成第二导通驱动信号，控制所述第二可控开关单元导通，使所述输出单元输出所述第二档位电压。

在其中一个实施例中，所述温度检测模块包括温度传感器及调理电路，其中，所述温度传感器设置于所述燃料电池的底部，用于采集所述燃料电池的实时温度值的模拟量；所述调理电路，与所述温度传感器及所述控制器均电连接，用于将所述实时温度值的模拟量转换为实时温度值的数字量，并发送至所述控制器。

在其中一个实施例中，所述加热模块包括加热单元及加热控制单元，其中，所述加热单元设置于所述燃料电池的顶部，用于通电后为所述燃料电池加热；所述加热控制单元与所述加热单元及所述电压档位调节电路均电连接，用于根据所述加热控制信号动作，以控制所述加热单元为所述燃料电池加热。

在其中一个实施例中，所述加热单元包括陶瓷加热片。

在其中一个实施例中，所述加热控制单元包括第三可控开关单元，与所述开关驱动单元及所述输出单元均电连接，用于根据所述加热控制信号导通，以使所述加热单元通电工作；所述开关驱动单元被配置为：根据所述第一加热控制信号或所述第二加热控制信号生成第三导通驱动信号，控制所述第三可控开关单元导通。

在其中一个实施例中，所述加热控制单元还包括温控器，与所述第三可控开关单元及所述加热单元均电连接，用于在所述加热控制单元的工作电流大于预设电流值时动作，以切断故障电流。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，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为本申请提供的一个实施例中智能恒温控制装置的结构原理图；

图2为本申请提供的另一实施例中智能恒温控制装置的结构原理图；

图3为本申请提供的再一实施例中智能恒温控制装置的结构原理图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

燃料电池是一种电化学的发电装置,等温的按电化学方式,直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程,不受卡诺循环限制,因而能量转化效率高,且无污染,正在成为理想的能源利用方式。同时,随着燃料电池技术不断成熟,以及西气东输工程提供了充足天然气源,燃料电池的商业化应用存在着广阔的发展前景。其中，在仪器仪表测量领域，越来越多的产品供电选择了供电能力更强、无污染且更经济的燃料电池。

但是，燃料电池在精度要求较高的使用场合中，自身的温度特性对测量结果有较大影响，比如在酒精检测仪测量酒驾过程中，燃料电池本体温度偏低时会导致测量结果与实际值有较大偏差。

基于此，有必要针对以上问题，提供一种智能恒温控制装置，以解决在仪器仪表测量领域由于燃料电池温度变化导致测量结果不准确的问题，以下将通过具体实施例来进行说明。

在本申请的一个实施例中，如图1所示，提供了一种智能恒温控制装置，用于控制燃料电池内部温度位于预设温度范围内，包括温度检测模块100、电压控制模块200及加热模块300，其中，温度检测模块100用于获取燃料电池的实时温度值；电压控制模块200与温度检测模块100电连接，用于根据实时温度值与预设温度范围，生成包含档位电压的加热控制信号；加热模块300与电压控制模块200电连接，用于根据加热控制信号工作于对应的档位电压，为燃料电池加热，使得燃料电池内部温度位于预设温度范围内。

其中，加热控制信号包括第一加热控制信号及第二加热控制信号，档位电压包括第一档位电压及第二档位电压，且第二档位电压大于第一档位电压。

于上述实施例的智能恒温控制装置中，通过设置温度检测模块对燃料电池的温度进行实时监控，并通过电压控制模块对燃料电池的实时温度与预设温度范围进行实时对比，当实时温度低于预设温度范围的下限值时，第一时间发出加热控制信号，发出最低档位的加热电压，使加热模块立即投入工作，为燃料电池加热，如果因为环境温度过低导致燃料电池升温失效，则立即自动调至更高档位的加热电压工作，直至温度上升至预设温度范围内，这种控制方式一方面节省电能，另一方面使升温过程更加平滑，有利于延长燃料电池的寿命。

在本申请提供的一个实施例中，如图2所示，温度检测模块100包括温度传感器110及调理电路120，其中，温度传感器110设置于燃料电池的底部，用于采集燃料电池的实时温度值的模拟量；调理电路120与温度传感器110电连接，用于将实时温度值的模拟量转换为实时温度值的数字量。

具体地，温度传感器110测量获取燃料电池的实时温度值的模拟量信号，经过调理电路120转换为数字量信号，送入后端的控制电路中作为控制指令的实施依据。

在本申请提供的一个实施例中，如图2所示，电压控制模块200包括控制器210及电压档位调节电路220，其中，控制器210与调理电路120电连接，被配置为：若实时温度值小于第一预设温度值，生成第一加热控制信号，控制加热模块300以第一档位电压进行加热；电压档位调节电路220与控制器210电连接，用于根据第一加热控制信号输出第一档位电压。

作为示例，控制器210被配置为：若加热模块300以第一档位电压加热预设时间后，实时温度值仍然小于第一预设温度值，生成第二加热控制信号，控制电压档位调节电路220输出第二档位电压，以控制加热模块300以第二档位电压进行加热。

作为示例，控制器210还被配置为：在实时温度值大于第二预设温度值时，控制电压档位调节电路220停止工作，以使加热模块300停止加热。

具体地，在一些实施例中，控制器210可以选用MCU芯片，通过从调理电路120接收到的燃料电池的实时温度值的数字量信号，与内部存储的预设温度值范围的下限值进行比较，当实时温度值低于预设温度范围的下限值时，控制器210生成第一加热控制信号，控制电压档位调节电路220输出第一档位电压，使加热模块300以第一档位电压工作，进而使燃料电池慢速升温，在此过程中，温度传感器110仍然实时检测燃料电池的实时温度值，当外部环境温度过低时，如果检测到加热模块300以第一档位电压加热预设时间仍然低于预设温度范围的下限值，控制器210立即生成第二加热控制信号，控制电压档位调节电路220输出第二档位电压，使加热模块300以第二档位电压工作，进而使燃料电池快速升温，直到燃料电池温度上升到预设温度范围的上限值时，停止加热。

作为示例，请继续参考图2，电压档位调节电路220包括开关驱动单元2210、第一可控开关单元2220、第二可控开关单元2230及输出单元2240，其中，开关驱动单元2210与控制器210电连接，用于根据加热控制信号生成对应的开关导通驱动信号；第一可控开关单元2220与开关驱动单元2210电连接，用于根据第一加热控制信号导通，以控制电压档位调节电路220输出第一档位电压；第二可控开关单元2230与开关驱动单元2210电连接，用于根据第二加热控制信号导通，以控制电压档位调节电路220输出第二档位电压；输出单元2240与第一可控开关单元2220及第二可控开关单元2230均电连接，用于根据加热控制信号导通后输出对应的档位电压。具体的控制过程已在前述实施例中说明，在此不再赘述。

其中，开关驱动单元2210被配置为：根据第一加热控制信号生成第一导通驱动信号，控制第一可控开关单元2220导通，使输出单元2240输出第一档位电压；或根据第二加热控制信号生成第二导通驱动信号，控制第二可控开关单元2230导通，使输出单元2240输出第二档位电压。

在本申请提供的一个实施例中，如图2所示，加热模块300包括加热单元320及加热控制单元310，其中，加热单元320设置于燃料电池的顶部，用于通电后为燃料电池加热；加热控制单元310与加热单元320及电压档位调节电路220均电连接，用于根据加热控制信号动作，以控制加热单元320为燃料电池加热。

作为示例，加热单元320包括陶瓷加热片，陶瓷加热体具有结构简单、升温迅速、温度补偿快、功率密度大、加热温度高、热效率高、加热均匀，节能、无明火、使用安全、寿命长、功率衰减少、发热体与空气绝缘、元件耐酸碱及其他腐蚀性物质等众多优点，已经越来越多的取代传统发热电阻，广泛应用于生活电器、工业仪表和医疗器械等领域，本实施例中加热单元320作为控制燃料电池温度的关键器件，采用高性能加热陶瓷片，能显著提升温度控制的有效性，保证燃料电池的安全使用。

在本申请提供的一个实施例中，如图3所示，加热控制单元310包括第三可控开关单元3110，第三可控开关单元3110与开关驱动单元2210及输出单元2240均电连接，用于根据加热控制信号导通，以使加热单元320通电工作。

具体地，无论控制器210输出第一加热控制信号或是第二加热控制信号，开关驱动单元2210均生成第三导通驱动信号，控制第三可控开关单元3110导通。

作为示例，请继续参考图3，加热控制单元310还包括温控器3120，温控器3120与第三可控开关单元3110及加热单元320均电连接，用于在加热控制单元310的工作电流大于预设电流值时动作，以切断故障电流。

具体地，作为示例，温控器3120包括熔断器，在加热控制单元310的内部电流过大或出现了短路电流，而控制器210未发出第三可控开关单元的断开指令时，通过物理熔断的方式强行切断故障电流，保护智能恒温控制装置的安全。

需要说明的是，在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

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单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本申请的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种智能恒温控制装置，其特征在于，用于控制燃料电池内部温度位于预设温度范围内，所述智能恒温装置包括：

温度检测模块，用于获取所述燃料电池的实时温度值；

电压控制模块，与所述温度检测模块电连接，用于根据所述实时温度值与所述预设温度范围，生成包含档位电压的加热控制信号；

加热模块，与所述电压控制模块电连接，用于根据所述加热控制信号工作于对应的档位电压，为所述燃料电池加热，使得燃料电池内部温度位于预设温度范围内。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热控制信号包括第一加热控制信号，所述档位电压包括第一档位电压；所述电压控制模块包括：

控制器，与所述温度检测模块电连接，被配置为：

若所述实时温度值小于第一预设温度值，生成所述第一加热控制信号，控制所述加热模块以所述第一档位电压进行加热；

电压档位调节电路，与所述控制器电连接，用于根据所述第一加热控制信号输出所述第一档位电压。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述加热控制信号包括第二加热控制信号；所述档位电压包括第二档位电压，所述第二档位电压大于所述第一档位电压；所述控制器被配置为：

若所述加热模块以所述第一档位电压加热预设时间后，所述实时温度值仍然小于所述第一预设温度值，生成第二加热控制信号，控制所述电压档位调节电路输出所述第二档位电压，以控制所述加热模块以所述第二档位电压进行加热。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述控制器还被配置为：

在所述实时温度值大于第二预设温度值时，控制所述电压档位调节电路停止工作，以使所述加热模块停止加热。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电压档位调节电路包括：

开关驱动单元，与所述控制器电连接，用于根据所述加热控制信号生成对应的开关导通驱动信号；

第一可控开关单元，与所述开关驱动单元电连接，用于根据所述第一加热控制信号导通，以控制所述电压档位调节电路输出所述第一档位电压；

第二可控开关单元，与所述开关驱动单元电连接，用于根据所述第二加热控制信号导通，以控制所述电压档位调节电路输出所述第二档位电压；

输出单元，与所述第一可控开关单元及所述第二可控开关单元均电连接，用于根据所述加热控制信号导通后输出对应的档位电压；

其中，所述开关驱动单元被配置为：

根据所述第一加热控制信号生成第一导通驱动信号，控制所述第一可控开关单元导通，使所述输出单元输出所述第一档位电压；或

根据所述第二加热控制信号生成第二导通驱动信号，控制所述第二可控开关单元导通，使所述输出单元输出所述第二档位电压。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述温度检测模块包括：

温度传感器，设置于所述燃料电池的底部，用于采集所述燃料电池的实时温度值的模拟量；

调理电路，与所述温度传感器及所述控制器均电连接，用于将所述实时温度值的模拟量转换为实时温度值的数字量，并发送至所述控制器。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述加热模块包括：

加热单元，设置于所述燃料电池的顶部，用于通电后为所述燃料电池加热；

加热控制单元，与所述加热单元及所述电压档位调节电路均电连接，用于根据所述加热控制信号动作，以控制所述加热单元为所述燃料电池加热。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述加热单元包括陶瓷加热片。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述加热控制单元包括：

第三可控开关单元，与所述开关驱动单元及所述输出单元均电连接，用于根据所述加热控制信号导通，以使所述加热单元通电工作；

所述开关驱动单元被配置为：根据所述第一加热控制信号或所述第二加热控制信号生成第三导通驱动信号，控制所述第三可控开关单元导通。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述加热控制单元还包括：

温控器，与所述第三可控开关单元及所述加热单元均电连接，用于在所述加热控制单元的工作电流大于预设电流值时动作，以切断故障电流。

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