CN220751478U - 一种氢气供应系统的氢气监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种氢气供应系统的氢气监测装置，属于燃料电池安全技术领域。包括壳体，所述壳体由可拆卸连接的上壳体和下壳体组成，下壳体和上壳体之间设有探测主板，探测主板上设有传感器，所述上壳体上设有与传感器形状相配合的凸起的透气孔，透气孔上设有透气膜，所述探测主板上设有电源电路、通讯电路、自检电路、主控MCU电路和调理电路。本发明可实现连续性监测氢气浓度并进行数据存储，可实现重复检验，即氢气浓度从超标到恢复正常，氢气监测装置可多次重复使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种氢气供应系统的氢气监测装置，属于燃料电池安全技术领域。
背景技术
氢气作为一种可再生的绿色能源，具有较高的能量密度，广泛应用于化工、电子、冶金、食品、航空航天等工业领域。在能源危机和环境污染等问题日益严重的今天，对氢气的开发利用变得尤为迫切。近年来，氢能源开发利用取得了很大成绩，氢燃料电池驱动的汽车也已面世。
在氢能汽车大量使用的背景下，由于氢气爆炸极限范围比较宽，泄漏后很容易发生闪爆，且氢气泄漏爆炸的威力很大。为了保障氢气能源的安全生产、运输、储存和使用，实时检测氢气泄漏是充分利用氢能的最重要的基础，车载氢燃料电池系统务必做好氢气泄漏的防御措施。有效预防氢气泄漏的方法，就是在车辆关键部位安装氢气泄漏报警传感器，对整车氢系统进行实时监控，一旦出现异常，随时迅速上报整车系统切断整车氢气供给，以确保燃料电池在加氢、用氢过程中安全。目前市面上常见的氢气探测器主要存在如下缺点：①灵敏度低，探测范围小；②响应速度慢，探测不及时，未能对氢气泄漏进行及时预警；③稳定性差，对氢气选择性弱，易受内部气体或湿度干扰，产生误报；④功耗高，产品可靠性低；⑤恢复时间慢；⑥寿命短，因此研发一款避免上述缺点的氢气供应系统的氢气监测装置是亟待解决的。
实用新型内容
本实用新型针对上述现有技术中存在的不足，提供一种氢气供应系统的氢气监测装置。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
一种氢气供应系统的氢气监测装置，包括壳体，所述壳体由可拆卸连接的上壳体和下壳体组成，下壳体和上壳体之间设有探测主板，探测主板上设有传感器，所述上壳体上设有与传感器形状相配合的凸起的透气孔，透气孔上设有透气膜，所述探测主板上设有电源电路、通讯电路、自检电路、主控MCU电路和调理电路。
进一步，所述探测主板上设有补偿电路。
进一步，所述透气膜为防水透气膜。
进一步，所述传感器为热学型传感器。
进一步，所述探测主板和下壳体之间设有密封部件乙。
进一步，所述传感器与透气孔之间设有密封部件甲。
进一步，所述密封部件甲或密封部件乙为密封圈。
进一步，所述上壳体上设有FCU连接口。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本发明可实现连续性监测氢气浓度并进行数据存储，可实现重复检验，即氢气浓度从超标到恢复正常，氢气监测装置可多次重复使用；本发明先通过结构方式(密封结构、防水透气膜、密封部件等)，有效的隔绝外界水汽进入到装置内部，避免对氢气传感器元件造成影响，使其表现为采集精度差、响应慢、寿命缩短等问题，同时密封的结构可以保证形成单独的氢气检测空间，防止氢气泄漏到其他结构里使检测误差增大，避免装置本身故障引发危险的情况。
具体的，通过透气膜，可防水透气，用于隔绝水气进入监测装置内，以防影响传感器精度及响应；通过密封部件，用来确保安装密封，确保精准感知环境状态，隔绝氢气环境与探测主板，避免造成不稳定危险；通过在发明内部增加温度与湿度检测，结合内部算法，复合补偿氢气检测浓度，保证了装置在极端环境下的采样一致性和稳定性，提高了安全系数；可实现自诊断功能并向外发送故障，且具备在线升级程序功能；可与整车进行交互，氢气浓度检测信息可实时上传至FCU，以便进一步采取相应措施。
探测主板集合多种电路来检测当前氢气环境，其中，传感器采用热学型传感器，利用氢气的高导热率实现功能，将气体类型和浓度相关的信息转化成电信号，以便进行检测、监控，热学型传感器具有检测范围广、可靠性高、具备广谱性等特点；热学型传感器配合补偿电路与内部算法，达成输出信号线性好、响应迅速、精度高、稳定性好、寿命长、抗干扰能力强等有益效果；调理电路用于数据采集、控制过程、转化信号等，大大提高检测的准确性和响应的快速性；补偿电路，提高了气体采集的稳定性与准确度。
附图说明
图1为本实用新型的爆炸图。
图2为本实用新型的俯视图。
图3为本实用新型的探测主板电路结构示意图。
图4为本实用新型的工作流程示意图。
在图中，1、壳体；11、上壳体；12、下壳体；2、透气膜；3、密封部件甲；4、探测主板；41、调理电路；42、电源电路；43、通讯电路；44、补偿电路；45、自检电路；46、主控MCU电路；47、传感器；5、密封部件乙；6、透气孔。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-图4所示，一种氢气供应系统的氢气监测装置，包括壳体1，所述壳体1由可拆卸连接的上壳体11和下壳体12组成，下壳体12和上壳体11之间设有探测主板4，探测主板4上设有传感器47，所述上壳体11上设有与传感器47形状相配合的凸起的透气孔6，透气孔6上设有透气膜2，所述探测主板4上设有电源电路42、通讯电路43、自检电路45和主控MCU电路46和调理电路41。
所述探测主板4上设有补偿电路44。
所述透气膜2为防水透气膜。
所述传感器47为热学型传感器。
所述探测主板4和下壳体12之间设有密封部件乙5。
所述传感器47与透气孔6之间设有密封部件甲3。
所述密封部件甲3或密封部件乙5为密封圈。
所述上壳体11上设有FCU连接口。
工作时，可监测到氢气的传感器47实时从环境中通过透气孔6和透气膜2接收到氢气浓度参数，主控MCU电路46结合补偿电路44反馈数据，形成内部算法，明确当前环境的氢气浓度，内部判断当前浓度是否存在异常，若存在异常，则状态标志位置位异常并存储记录一段时间氢气数据，同时通过通讯电路43将当前氢气浓度及状态标志位实时上传至上级设备(即通过FCU接口与FCU连接)，上级设备对其进行监控，当发现异常氢气浓度或识别到异常状态标志位后，迅速采取相应措施切断氢气的产生与使用，从而实现整套系统对燃料电池箱内部的早期火灾感知、检测与控制。
探测主板4集合多种电路来检测当前氢气环境，包括：
传感器47：采用热学型传感器47，利用氢气的高导热率实现功能，将气体类型和浓度相关的信息转化成电信号，以便进行检测、监控；热学型传感器47具有检测范围广、工作稳定性好、使用寿命长、可靠性高、具备广谱性等特点。配合补偿电路44与内部算法，达成输出信号线性好、响应迅速、精度高、稳定性好、寿命长、抗干扰能力强等有益效果。
调理电路41：用于数据采集、控制过程、转化信号等，大大提高检测的准确性和响应的快速性。
电源电路42：采用多级电源分配，用于主电路供电、传感器47电路供电，选型考虑功耗要求及电流需求。
通讯电路43：接收主控MCU电路46发出的信号，转换成整车需要的通讯协议，用于氢气监测装置与上级设备之间的交互。
自检电路45：用于探测主板4内部的故障诊断，主控MCU电路46可提前识别主板故障，通过通讯电路43告知上级设备当前探测主机状态。
主控MCU电路46：接收传感器47数据，将数据加入自研算法进行逻辑判断，完成氢气信号采集与发送。内部判断当前浓度是否存在异常，若存在异常，将状态标志位置位异常，同时存储记录一段时间的异常数据。
补偿电路44：用于提高气体采集稳定性、准确度，采用硬件电路及软件算法，对氢气传感器47采集的数据进行复合的补偿。补偿电路44和采用温度和湿度的采集，可根据温湿度数据拟合出极端情况下当前氢气浓度的准确状况，可以复合判断异常状况。氢气浓度与压力温度之间的关系可以用以下公式表示C＝kP/T,其中C表示氢气的浓度，P表示氢气的压力，T表示氢气的温度，k为常数；即一定体积下，氢气浓度与温度成反比，温度越高，氢气浓度越低。尤其是在即将发生热失控时，温度的升高造成氢气浓度降低，若不配合温度判断当前状况极容易被识别成单纯的浓度下降从而造成状态延判，造成人员伤亡与财产损失。
本发明可实现连续性监测氢气浓度并进行数据存储，可实现重复检验，即氢气浓度从超标到恢复正常，氢气监测装置可多次重复使用；本发明先通过结构方式(密封结构、防水透气膜2、密封部件等)，有效的隔绝外界水汽进入到装置内部，避免对氢气传感器47元件造成影响，使其表现为采集精度差、响应慢、寿命缩短等问题，同时密封的结构可以保证形成单独的氢气检测空间，防止氢气泄漏到其他结构里使检测误差增大，避免装置本身故障引发危险的情况；
具体的，通过透气膜2，可防水透气，用于隔绝水气进入监测装置内，以防影响传感器47精度及响应；通过密封部件，用来确保安装密封，确保精准感知环境状态，隔绝氢气环境与探测主板4，避免造成不稳定危险；通过在发明内部增加温度与湿度检测，结合内部算法，复合补偿氢气检测浓度，保证了装置在极端环境下的采样一致性和稳定性，提高了安全系数；可实现自诊断功能并向外发送故障，且具备在线升级程序功能；可与整车进行交互，氢气浓度检测信息可实时上传至FCU，以便上级设备进一步采取相应措施。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种氢气供应系统的氢气监测装置，包括壳体(1)，其特征在于：所述壳体(1)由可拆卸连接的上壳体(11)和下壳体(12)组成，下壳体(12)和上壳体(11)之间设有探测主板(4)，探测主板(4)上设有传感器(47)，所述上壳体(11)上设有与传感器(47)形状相配合的凸起的透气孔(6)，所述透气孔(6)上设有透气膜(2)，所述探测主板(4)上设有电源电路(42)、通讯电路(43)、自检电路(45)、主控MCU电路(46)和调理电路(41)。
2.根据权利要求1所述的氢气供应系统的氢气监测装置，其特征在于：所述探测主板(4)上设有补偿电路(44)。
3.根据权利要求1所述的氢气供应系统的氢气监测装置，其特征在于：所述透气膜(2)为防水透气膜。
4.根据权利要求1所述的氢气供应系统的氢气监测装置，其特征在于：所述传感器(47)为热学型传感器。
5.根据权利要求1所述的氢气供应系统的氢气监测装置，其特征在于：所述探测主板(4)和下壳体(12)之间设有密封部件乙(5)。
6.根据权利要求1所述的氢气供应系统的氢气监测装置，其特征在于：所述传感器(47)与透气孔(6)之间设有密封部件甲(3)。
7.根据权利要求5或6所述的氢气供应系统的氢气监测装置，其特征在于：所述密封部件甲(3)或密封部件乙(5)为密封圈。
8.根据权利要求1所述的氢气供应系统的氢气监测装置，其特征在于：所述上壳体(11)上设有FCU连接口。
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