CN218858216U - 一种单电池巡检装置、燃料电池系统及新能源车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单电池巡检装置、燃料电池系统及新能源车辆，应用于燃料电池技术领域，具体为：数据采集控制模块的阻抗扰动信号输入端与DC/DC转换模块的阻抗扰动信号输出端连接，数据采集控制模块的阻抗反馈信号输出端与DC/DC转换模块的阻抗反馈信号输入端连接，数据采集控制模块的电压信号输出端与DC/DC转换模块的电压信号输入端连接，数据采集控制模块的各个单电池巡检控制端与数据采集传输模块的各个单电池数据采集端一一对应连接；数据采集传输模块的各个单电池数据采集端与各个目标单电池一一对应连接，从而通过简单的集成化结构部署即可实现对多组单电池间性能差异检测，进而简化了检测过程，降低了检测成本。

Description

一种单电池巡检装置、燃料电池系统及新能源车辆

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种单电池巡检装置、燃料电池系统及新能源车辆。

背景技术

燃料电池是以氢气和氧气作为反应物，将化学能转化为电能并产生水的高效能发电装置，其中，电堆是燃料电池的重要组成部分，主要由多组单电池堆叠而成，多组单电池间相互协调、稳定发电是保证燃料电池持续稳定运行的关键，而燃料电池中电堆的多组单电池间彼此串联，受短板效应影响，一组单电池性能较低则会影响整个电堆运行状态，为此，在燃料电池研发及应用过程中，对电堆的多组单电池间性能差异进行检测是保证燃料电池持续稳定运行的一个重要环节。

目前，通常是利用单片电压巡检仪采集单电池的电压信号，以及利用阻抗数据采集器采集单电池的阻抗数据后，根据阻抗数据采集器采集的单电池的阻抗数据以及单片电压巡检仪采集的单电池的电压信号，分析电堆的多组单电池间的性能差异，然而，由于燃料电池的电堆通常由数百个单电池组成，在利用单片电压巡检仪采集单电池的电压信号以及利用阻抗数据采集器采集单电池的阻抗数据时的结构布置往往较为复杂，而且检验过程相对困难，检测成本也比较高。

实用新型内容

本实用新型提供了一种单电池巡检装置、燃料电池系统及新能源车辆，用以解决现有技术在对电堆的多组单电池间性能差异进行检测时结构布置较为复杂、检验过程相对困难、检测成本较高的问题。

本实用新型提供的技术方案如下：

一方面，本实用新型提供了一种单电池巡检装置，包括依次连接的数据采集控制模块和数据采集传输模块；其中，数据采集控制模块的阻抗扰动信号输入端与燃料电池系统中DC/DC转换模块的阻抗扰动信号输出端连接，数据采集控制模块的阻抗反馈信号输出端与燃料电池系统中DC/DC转换模块的阻抗反馈信号输入端连接，数据采集控制模块的电压信号输出端与燃料电池系统中DC/DC转换模块的电压信号输入端连接，数据采集控制模块的各个单电池巡检控制端与数据采集传输模块的各个单电池数据采集端一一对应连接；数据采集传输模块的各个单电池数据采集端与燃料电池系统中电堆的各个目标单电池一一对应连接。

另一方面，本实用新型还提供了一种燃料电池系统，包括电堆，向电堆供给燃料的阳极系统，向电堆供给氧化剂的阴极系统，对电堆进行冷却的冷却系统，对阳极系统、阴极系统和冷却系统进行控制的燃料电池控制器，DC/DC转换模块，以及上述单电池巡检装置。

另一方面，本实用新型还提供了一种新能源车辆，包括车身，底盘车架，车轮，电动机，整车控制系统，以及上述燃料电池系统。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型中，通过集成在单电池巡检装置内依次连接的数据采集控制模块和数据采集传输模块，即可在无需改变电堆结构且不影响电堆正常运行的前提下，实现对阻抗反馈信号和电压信号的采集的同时，实现对单电池间性能差异的检测，从而通过简单的集成化结构部署实现了对单电池间性能差异的检测，进而有效解决了为实现阻抗反馈信号采集功能所带来的零部件数量增多及燃料电池系统结构复杂等问题。而且，阻抗反馈信号和电压信号的传输公共用同一个数据采集传输模块，可以进一步简化零部件数量及结构部署复杂度。此外，通过将数据采集传输模块的各个单电池数据采集端与电堆的各个目标单电池一一对应连接，即可实现对电堆中任意数量、任意位置的单电池间的性能差异检测，从而可以实现对不同数量、不同位置的单电池间性能差异的灵活检测，而且切换过程简单安全。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地可以从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例中单电池巡检装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中燃料电池系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供了一种单电池巡检装置，参阅图1所示，本实用新型实施例提供的单电池巡检装置至少包括依次连接的数据采集控制模块10和数据采集传输模块20；其中，数据采集控制模块10的阻抗扰动信号输入端与燃料电池系统中DC/DC转换模块的阻抗扰动信号输出端连接，数据采集控制模块10的阻抗反馈信号输出端与燃料电池系统中DC/DC转换模块的阻抗反馈信号输入端连接，数据采集控制模块10的电压信号输出端与燃料电池系统中DC/DC转换模块的电压信号输入端连接，数据采集控制模块10的各个单电池巡检控制端与数据采集传输模块20的各个单电池数据采集端一一对应连接；数据采集传输模块20的各个单电池数据采集端与燃料电池系统中电堆的各个目标单电池一一对应连接。

实际应用中，首先通过数据采集传输模块20采集燃料电池系统中电堆的各个目标单电池输出的电压信号，并通过数据采集控制模块10对各个目标单电池的电压信号进行预处理后输出至燃料电池系统中DC/DC转换模块，燃料电池系统中DC/DC转换模块即可根据各个目标单电池的电压信号识别出各个目标单电池中的短板单电池，并进一步依靠电堆输出的电能，为短板单电池生成单电池扰动功率的正弦波电流作为阻抗扰动信号后，依次通过数据采集控制模块10和数据采集传输模块20传输到短板单电池，从而可以依次通过数据采集传输模块20和数据采集控制模块10，将短板单电池的阻抗反馈信号反馈至燃料电池系统中DC/DC转换模块进行短板单电池的性能状态差异原因的诊断分析，进而通过集成在单电池巡检装置内的数据采集控制模块10和数据采集传输模块20，即可实现对单电池间性能差异的精准检测，从而大大降低了结构部署的复杂程度，简化了单电池间性能状态差异检验过程，降低了单电池间性能状态差异检验成本，而且，通过燃料电池系统中DC/DC转换模块在根据各个目标单电池输出的电压信号识别出各个目标单电池中的短板单电池后，仅针对短板单电池生成并施加阻抗扰动信号，还可以有效降低因对全部单电池施加及传输阻抗扰动信号带来的能量损耗。

在具体实施时，数据采集控制模块10可以有多种结构实现其功能，例如图1所示，数据采集控制模块10具体可以包括阻抗信号交换接口11，电压信号输出接口12，信号处理单元13和各个单通道信号分流接口14；其中，阻抗信号交换接口11的阻抗扰动信号输入端与燃料电池系统中DC/DC转换模块的阻抗扰动信号输出端连接，阻抗信号交换接口11的阻抗扰动信号输出端与信号处理单元13的阻抗扰动信号输入端连接，阻抗信号交换接口11的阻抗反馈信号输入端与信号处理单元13的阻抗反馈信号输出端连接，阻抗信号交换接口11的阻抗反馈信号输出端与燃料电池系统中DC/DC转换模块的阻抗反馈信号输入端连接；电压信号输出接口12的电压信号输出端与燃料电池系统中DC/DC转换模块的电压信号输入端连接，电压信号输出接口12的电压信号输入端与信号处理单元13的电压信号输出端连接；信号处理单元13的信号分流控制端分别与各个单通道信号分流接口14的信号传输控制端连接；各个单通道信号分流接口14的单电池巡检控制端与数据采集传输模块20的各个单电池数据采集端一一对应连接。

实际应用中，阻抗信号交换接口11的阻抗扰动信号输入端可以通过固定接口线束与燃料电池系统中DC/DC转换模块的阻抗扰动信号输出端连接，阻抗信号交换接口11的阻抗反馈信号输出端可以通过固定接口线束与燃料电池系统中DC/DC转换模块的阻抗反馈信号输入端连接，而电压信号输出接口12的电压信号输出端可以通过数据传输总线与燃料电池系统中DC/DC转换模块的电压信号输入端连接，从而可以实现阻抗扰动信号、阻抗反馈信号和电压信号的传输，具体的，数据采集传输模块20的各个单电池数据采集端采集的目标单电池的电压信号通过与其对应连接的单通道信号分流接口14传输至信号处理单元13，信号处理单元13对各个单通道信号分流接口14传输的目标单电池的电压信号进行预处理后通过电压信号输出接口12输出至燃料电池系统中DC/DC转换模块，燃料电池系统中DC/DC转换模块根据电压信号输出接口12传输的各个目标单电池的电压信号识别出各个目标单电池中的短板单电池后，依靠电堆输出的电能为短板单电池生成单电池扰动功率的正弦波电流作为阻抗扰动信号并通过阻抗信号交换接口11传输至信号处理单元13，信号处理单元13将各个短板单电池的阻抗扰动信号分流至各个短板单电池对应的单通道信号分流接口14，各个短板单电池对应的单通道信号分流接口14通过数据采集传输模块20中与其对应连接的单电池数据采集端向相应短板单电池输出阻抗扰动信号，数据采集传输模块20中与各个短板单电池一一对应连接的单电池数据采集端采集短板单电池输出的阻抗反馈信号并通过与其对应连接的单通道信号分流接口14反馈至信号处理单元13，信号处理单元13对各个单通道信号分流接口14反馈的短板单电池的阻抗反馈信号进行预处理后通过阻抗信号交换接口11反馈至燃料电池系统中DC/DC转换模块进行短板单电池性能状态差异原因的诊断分析，从而实现了对单电池间性能差异的精准检测。

在具体实施时，参阅图1所示，数据采集控制模块10还可以包括单通道阻抗信号交换接口15；其中，单通道阻抗信号交换接口15的阻抗扰动信号输入端与阻抗信号交换接口11的阻抗扰动信号输出端连接，单通道阻抗信号交换接口15的阻抗扰动信号输出端与信号处理单元13的阻抗扰动信号输入端连接，单通道阻抗信号交换接口15的阻抗反馈信号输入端与信号处理单元13的阻抗反馈信号输出端连接，单通道阻抗信号交换接口15的阻抗反馈信号输出端与阻抗信号交换接口11的阻抗反馈信号输入端连接。

实际应用中，燃料电池系统中DC/DC转换模块依靠电堆输出的电能为各个短板单电池生成单电池扰动功率的正弦波电流作为阻抗扰动信号后，还可以通过阻抗信号交换接口11传输至单通道阻抗信号交换接口15，由单通道阻抗信号交换接口15对各个短板单电池的阻抗扰动信号进行分流后再经由信号处理单元13传输至各个短板单电池对应的单通道信号分流接口14，对应的，各个短板单电池对应的单通道信号分流接口14通过数据采集传输模块20中与其对应连接的单电池数据采集端向相应短板单电池输出阻抗扰动信号后，数据采集传输模块20中与各个短板单电池一一对应连接的单电池数据采集端采集短板单电池输出的阻抗反馈信号并通过与其对应连接的单通道信号分流接口14反馈至信号处理单元13，信号处理单元13对各个单通道信号分流接口14反馈的短板单电池的阻抗反馈信号进行预处理后反馈至单通道阻抗信号交换接口15，由单通道阻抗信号交换接口15对各个短板单电池的阻抗反馈信号进行分流后通过阻抗信号交换接口11反馈至燃料电池系统中DC/DC转换模块进行短板单电池性能状态差异原因的诊断分析，从而通过将信号预处理功能和信号分流功能分别部署在信号处理单元13和单通道阻抗信号交换接口15中，可以实现计算资源分布式部署，进而可以通过简单的结构部署提高信号传输及处理的可靠性和稳定性。

在具体实施时，数据采集传输模块20可以有多种结构实现其功能，例如图1所示，数据采集传输模块20可以具体包括集成对插接口21和各个单电池信号采集器22；其中，集成对插接口21中各个对插接口的第一信号传输端与数据采集控制模块10的各个单电池巡检控制端一一对应连接，集成对插接口21中各个对插接口的第二信号传输端与各个单电池信号采集器22一一对应连接；各个单电池信号采集器22与燃料电池系统中电堆的各个目标单电池一一对应连接。

实际应用中，每一单电池信号采集器22均与燃料电池系统中电堆的一目标单电池所对应的阴阳双极板单板连接且连接位置由插针或夹片接头固定，从而可以通过单电池信号采集器22实现对目标单电池的电压信号和阻抗反馈信号的采集，具体的，各个单电池信号采集器22采集的目标单电池的电压信号通过集成对插接口21中与其对应连接的对插接口传输至数据采集控制模块10中对应的单通道信号分流接口14后传输至信号处理单元13，信号处理单元13对各个单通道信号分流接口14传输的目标单电池的电压信号进行预处理后通过电压信号输出接口12输出至燃料电池系统中DC/DC转换模块进行短板单电池识别，燃料电池系统中DC/DC转换模块依靠电堆输出的电能为短板单电池生成单电池扰动功率的正弦波电流作为阻抗扰动信号，并通过阻抗信号交换接口11传输至单通道阻抗信号交换接口15进行分流后，经由信号处理单元13传输至各个短板单电池对应的单通道信号分流接口14，继而通过集成对插接口21中与单通道信号分流接口14连接的对插接口传输至对应的短板单电池，各个单电池信号采集器22采集的短板单电池的阻抗反馈信号通过集成对插接口21中与其对应连接的对插接口传输至数据采集控制模块10中对应的单通道信号分流接口14后传输至信号处理单元13，信号处理单元13对各个单通道信号分流接口14传输的短板单电池的阻抗反馈信号进行预处理后通过阻抗信号交换接口11输出至燃料电池系统中DC/DC转换模块进行短板单电池性能状态差异原因的诊断分析，从而可以实现对不同数量、不同位置的单电池间的性能差异检测。

基于同一构思，本实用新型实施例还提供了一种燃料电池系统，参阅图2所示，本实用新型实施例提供的燃料电池系统至少包括电堆30，向电堆30供给燃料的阳极系统40，向电堆30供给氧化剂的阴极系统50，对电堆30进行冷却的冷却系统60，对阳极系统40、阴极系统50和冷却系统60进行控制的燃料电池控制器70，DC/DC转换模块80，以及如图1所示的上述单电池巡检装置。

实际应用中，通过将单电池巡检装置集成到燃料电池系统中，燃料电池系统不仅可以实现对电堆中任意数量、任意位置的单电池间性能差异的灵活检测以及对短板问题出现频率较高的单电池的定期巡检，还可以有效解决为实现阻抗反馈信号采集功能所带来的零部件数量增多及燃料电池系统结构复杂的问题，从而可以大大降低燃料电池系统结构部署的复杂程度，简化单电池间性能状态差异检验过程，降低单电池间性能状态差异检验成本。

在具体实施时，DC/DC转换模块80的第一阻抗信号传输端与电堆的负极集流板连接，DC/DC转换模块80的第二阻抗信号传输端与电堆的正极集流板连接。

实际应用中，燃料电池系统中DC/DC转换模块80还可以依靠电堆输出的电能，为电堆生成整堆扰动功率的正弦波电流作为整堆阻抗扰动信号并分别传输至电堆的负极集流板和正极集流板，从而燃料电池系统中DC/DC转换模块80即可采集到电堆的整堆阻抗反馈信号，进而燃料电池系统中DC/DC转换模块80在对短板单电池的性能状态差异原因进行诊断分析时，还可以结合电堆的整堆阻抗反馈信号，从而可以进一步提高短板单电池的性能状态差异原因的诊断精度。

在具体实施时，DC/DC转换模块80的第一阻抗信号传输端可以通过固定接口线束与电堆的负极集流板连接，DC/DC转换模块的第二阻抗信号传输端可以通过固定接口线束与电堆的正极集流板连接。

实际应用中，通过固定接口线束来连接DC/DC转换模块80的第一阻抗信号传输端与电堆的负极集流板以及DC/DC转换模块80的第二阻抗信号传输端可与电堆的正极集流板，可以进一步提高燃料电池系统的集成化程度，从而可以进一步实现燃料电池系统的轻量化。

此外，基于同一构思，本实用新型实施例还提供了一种新能源车辆，该新能源车辆至少包括车身，底盘车架，车轮，电动机，整车控制系统，以及如图2所示的上述燃料电池系统。

实际应用中，通过在新能源车辆中部署集成有单电池巡检装置的燃料电池系统，可以在整车运行过程中实现对燃料电池系统中电堆的各个单电池的运行状态的实时精准监测及反馈，从而可以实现对燃料电池系统中电堆的异常情况的及时处理，进而可以提高新能源车辆中燃料电池系统的使用寿命。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型实施例进行各种改动和变型而不脱离本实用新型实施例的精神和范围。这样，倘若本实用新型实施例的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种单电池巡检装置，其特征在于，包括依次连接的数据采集控制模块和数据采集传输模块；其中，所述数据采集控制模块的阻抗扰动信号输入端与燃料电池系统中DC/DC转换模块的阻抗扰动信号输出端连接，所述数据采集控制模块的阻抗反馈信号输出端与所述燃料电池系统中所述DC/DC转换模块的阻抗反馈信号输入端连接，所述数据采集控制模块的电压信号输出端与所述燃料电池系统中所述DC/DC转换模块的电压信号输入端连接，所述数据采集控制模块的各个单电池巡检控制端与所述数据采集传输模块的各个单电池数据采集端一一对应连接；所述数据采集传输模块的各个单电池数据采集端与所述燃料电池系统中电堆的各个目标单电池一一对应连接。

2.如权利要求1所述的单电池巡检装置，其特征在于，所述数据采集控制模块包括阻抗信号交换接口，电压信号输出接口，信号处理单元和各个单通道信号分流接口；其中，所述阻抗信号交换接口的阻抗扰动信号输入端与所述燃料电池系统中所述DC/DC转换模块的阻抗扰动信号输出端连接，所述阻抗信号交换接口的阻抗扰动信号输出端与所述信号处理单元的阻抗扰动信号输入端连接，所述阻抗信号交换接口的阻抗反馈信号输入端与所述信号处理单元的阻抗反馈信号输出端连接，所述阻抗信号交换接口的阻抗反馈信号输出端与所述燃料电池系统中所述DC/DC转换模块的阻抗反馈信号输入端连接；所述电压信号输出接口的电压信号输出端与所述燃料电池系统中所述DC/DC转换模块的电压信号输入端连接，所述电压信号输出接口的电压信号输入端与所述信号处理单元的电压信号输出端连接；所述信号处理单元的信号分流控制端分别与所述各个单通道信号分流接口的信号传输控制端连接；所述各个单通道信号分流接口的单电池巡检控制端与所述数据采集传输模块的各个单电池数据采集端一一对应连接。

3.如权利要求2所述的单电池巡检装置，其特征在于，所述数据采集控制模块还包括单通道阻抗信号交换接口；其中，所述单通道阻抗信号交换接口的阻抗扰动信号输入端与所述阻抗信号交换接口的阻抗扰动信号输出端连接，所述单通道阻抗信号交换接口的阻抗扰动信号输出端与所述信号处理单元的阻抗扰动信号输入端连接，所述单通道阻抗信号交换接口的阻抗反馈信号输入端与所述信号处理单元的阻抗反馈信号输出端连接，所述单通道阻抗信号交换接口的阻抗反馈信号输出端与所述阻抗信号交换接口的阻抗反馈信号输入端连接。

4.如权利要求2所述的单电池巡检装置，其特征在于，所述阻抗信号交换接口的阻抗扰动信号输入端通过固定接口线束与所述燃料电池系统中所述DC/DC转换模块的阻抗扰动信号输出端连接，所述阻抗信号交换接口的阻抗反馈信号输出端通过固定接口线束与所述燃料电池系统中所述DC/DC转换模块的阻抗反馈信号输入端连接；所述电压信号输出接口的电压信号输出端通过数据传输总线与所述燃料电池系统中所述DC/DC转换模块的电压信号输入端连接。

5.如权利要求1-4任一项所述的单电池巡检装置，其特征在于，所述数据采集传输模块包括集成对插接口和各个单电池信号采集器；其中，所述集成对插接口中各个对插接口的第一信号传输端与所述数据采集控制模块的各个单电池巡检控制端一一对应连接，所述集成对插接口中所述各个对插接口的第二信号传输端与所述各个单电池信号采集器一一对应连接；所述各个单电池信号采集器与所述燃料电池系统中所述电堆的各个目标单电池一一对应连接。

6.如权利要求5所述的单电池巡检装置，其特征在于，每一单电池信号采集器均与所述燃料电池系统中所述电堆的一目标单电池所对应的阴阳双极板单板连接且连接位置由插针或夹片接头固定。

7.一种燃料电池系统，包括电堆，向所述电堆供给燃料的阳极系统，向所述电堆供给氧化剂的阴极系统，对所述电堆进行冷却的冷却系统，对所述阳极系统、所述阴极系统和所述冷却系统进行控制的燃料电池控制器，以及DC/DC转换模块，其特征在于，还包括如权利要求1-6任一项所述的单电池巡检装置。

8.如权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，所述DC/DC转换模块的第一阻抗信号传输端与所述电堆的负极集流板连接，所述DC/DC转换模块的第二阻抗信号传输端与所述电堆的正极集流板连接。

9.如权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述DC/DC转换模块的第一阻抗信号传输端通过固定接口线束与所述电堆的负极集流板连接，所述DC/DC转换模块的第二阻抗信号传输端通过固定接口线束与所述电堆的正极集流板连接。

10.一种新能源车辆，包括车身，底盘车架，车轮，电动机和整车控制系统，其特征在于，还包括如权利要求7-9任一项所述的燃料电池系统。

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