一种燃料电池尾排加热管控制电路的制作方法

1.本发明属于燃料电池发动机技术领域，尤其涉及一种燃料电池尾排加热管控制电路。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.燃料电池发动机通过氢气和空气的反应产生电能，反应的场所是燃料电池堆(后简称“电堆”)，电堆内阳极侧会因为空气的渗入从而导致氢气纯度降低，并且阴极产生的水也会渗透至阳极，液态水的存在会导致阳极水淹问题，因此需要对阳极侧按照一定逻辑进行排气和排水。
4.燃料电池发动机阳极排气和排水统称为氢气尾排系统，相应管路称为尾排管，尾排管中存在液态水，在冬季停机后，即使长时间吹扫也存在冷凝结冰现象，从而导致尾排管排气/水不畅，需要进行加热化冰处理。
5.尾排加热管为解决尾排管路中结冰问题而设计，通过软件控制其加热与否。燃料电池阳极侧为氢气，如果尾排管加热失控会导致安全问题。


技术实现要素：

6.为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种燃料电池尾排加热管控制电路，以解决纯软件控制存在的加热管加热状态异常的问题，提高燃料电池发动机的安全性。
7.为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
8.本发明第一方面提供了一种燃料电池尾排加热管控制电路，包括：温度采集模块、温度范围识别模块和加热管驱动控制模块；
9.所述温度采集模块用于采集加热管温度信号，将采集的加热管温度信号输出至温度范围识别模块；
10.所述温度范围识别模块用于判断所述加热管温度信号是否处于温度安全范围之内，输出温度判断信号至所述驱加热管驱动控制模块；
11.所述加热管驱动控制模块用于根据所述温度判断信号控制加热管的开启或断开；
12.当所述温度判断信号为高电平时，所述加热管驱动控制模块立刻控制加热管断开；当所述温度判断信号为低电平时，所述加热管驱动控制模块延迟控制加热管开启。
13.以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
14.本发明为提高燃料电池安全等级，在软件控制的同时，对加热管进行硬件电路保护和控制，硬件逻辑判断尾排加热管在工作过程中是否超温，并针对超温故障进行硬件保护，解决现有以软件控制加热管可能发生的加热失控、甚至爆炸等安全问题。
15.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
16.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
17.图1为第一个实施例的一种燃料电池尾排加热管控制电路图。
具体实施方式
18.实施例一
19.本实施例公开了一种燃料电池尾排加热管控制电路，包括：温度采集模块、温度范围识别模块和加热管驱动控制模块；
20.其中：温度采集模块用于采集加热管温度信号，并传输至温度范围识别模块；
21.温度范围识别模块用于根据温度信号与其安全范围之间的比较关系，输出温度判断信号至驱加热管驱动控制模块；
22.加热管驱动控制模块用于在述温度判断信号表征加热管温度异常时，输出相应判断信号，以通过相应的控制驱动电路控制加热管驱动电路断开，停止加热。
23.在尾排加热管控制电路中，加热管驱动控制模块还用于在温度范围识别模块识别温度在正常范围内时，输出正常信号，以通过相应的驱动电路输出相应电平，允许执行器工作。
24.在尾排加热管控制电路中，加热管温度异常包括：加热管温度大于所述加热管温度允许范围的上限值或者小于所述热管温度允许范围的下限值；热管温度信号正常包括：热管温度信号小于上限值且大于所述下限值。
25.在尾排加热管控制电路中，温度范围识别模块包括：温度超上限识别电路、温度超下限识别电路。温度超上限识别电路、温度超下限识别电路与温度采集电路的电源不同，以提高硬件判断逻辑的准确性。
26.温度采集电路采用电阻分压的方式将温度传感器的电阻信号转换为电压信号，此处可以根据温度传感器的类型进行位置的不同设计。
27.温度超上限识别电路、温度超下限识别电路通过运放识别当前温度信号是否超出温度上边界或温度下边界。
28.在尾排加热管控制电路中，加热管驱动控制模块包括：滤波延时电路、驱动电路和电压比较器。
29.滤波延时电路采用二极管、电容、电阻的方式实现滤波延时功能，在温度信号异常时，快速输出异常信号，切断驱动，在由异常状态转入正常状态时，提供硬件延时，避免信号的频繁跳变。
30.滤波延时电路通过电压比较器连接驱动电路，驱动电路连接加热管；驱动电路的输出端通过上拉电阻连接到第三电源处，用于实现驱动电路的驱动功能。
31.具体的，如图1所示，本发明由三个运放组成主体电路，分别进行温度信号是否超出上、下限判断、驱动控制功能。
32.温度采集模块包括温度传感器、第二电阻r2和钳位保护电路；
33.温度传感器一端连接电源，另一端连接第二电阻r2以及钳位保护电路，第二电阻r2分压后的电信号通过钳位保护电路输入至温度范围识别模块。
34.其中，r1为正温度系数温度传感器，采用独立电源，与r2组成温度采集电路。分压后的电信号通过钳位保护电路进行电压钳位保护、滤波后，与运放u1的正输入端、运放u2的负输入端连接；
35.钳位保护电路包括第三电阻r3、第一稳压管d1和第一电容c1；第三电阻r3的一端分别连接第一稳压管d1的阴极和第一电容c1。
36.温度范围识别模块包括第一运算放大器u1、第二运算放大器u2、第四电阻r4、第五电阻r5和第六电阻r6；
37.运算放大器u1的同向输入端和运算放大器u2的反向输入端分别连接钳位保护电路的输出端；运算放大器u1的反向输入端通过第五电阻r5连接运算放大器u2的同向输入端以及通过第六电阻r6接地；运算放大器u2的同向输入端通过第四电阻r4连接第二电源；运算放大器u1和运算放大器u2的输出端通过电阻r7连接第二电源，为输出提供基准高电平；运算放大器u2的输出端连接加热管驱动控制模块。
38.电阻r7作为运放u1、u2输出端oc门的上拉，为两个逻辑门输出提供基准高电平；当温度值介于t1与t2之间时，可以实现两个运放的输出端均为高电平，从而实现加热管驱动控制模块中运放u3的正输入端为高电平。
39.加热管驱动控制模块包括电压比较电路、驱动电路以及滤波和延时电路；电压比较电路包括第三运算放大器u3和电阻分压网络；
40.第三运算放大器u3的反向输入端连接电阻分压网络，电阻分压网络连接第二电源；第三运算放大器u3的正向输入端通过滤波和延时电路连接所述运算放大器u2的输出端；第三运算放大器u3的输出端分别连接第十一电阻r11和驱动电路；驱动电路连接加热管，第十一电阻r11连接第三电源；其中，驱动电路可以采用市面上通用的mosfet驱动芯片或集成芯片。
41.滤波和延时电路包括第十电阻r10、第二二极管d2和第二电容c2；第十电阻r10和第二二极管d2并联连接，第一运算放大器d1的输出端、第二运算放大器d2的输出端以及第七电阻r7均连接第十电阻r10和第二二极管d2的阳极并联点；第十电阻r10和第二二极管d2的阴极并联点连接第三运算放大器d3的正向输入端以及第二电容c2，第二电容c2的另一端接地。
42.当传感器测试温度属于安全范围时，u1、u2输出高电平，第二电源通过r7、d2通路可实现对c2的快速充电，快速建立该通道高电平，当u1、u2有一个或两个均输出低电平的时候，c2通过r10进行延时放电，消除短时间异常波动引起的影响，其中r10阻值、c2容值需要结合实际情况进行配置。
43.运放u3作为电压比较器用于前述逻辑电路的电平转换和校准，u3输出端通过上拉电阻r11与驱动电路连接，r11采用独立电源控制，实现后级的加热管驱动。
44.电阻分压网络包括第八电阻r8和第九电阻r9；第八电阻r8和第九电阻r9串联后一端连接第二电源，另一端接地；第三运算放大器u3的反向输入端连接第八电阻r8和第九电阻r9串联的中间点；电阻r8、r9通过分压为u3提供基准电平，用于u3识别滤波电路的输出是否达到相应电平。
45.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不
需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.一种燃料电池尾排加热管控制电路，其特征在于，包括：温度采集模块、温度范围识别模块和加热管驱动控制模块；所述温度采集模块用于采集加热管温度信号，将采集的加热管温度信号输出至温度范围识别模块；所述温度范围识别模块用于判断所述加热管温度信号是否处于温度安全范围之内，输出温度判断信号至所述驱加热管驱动控制模块；所述加热管驱动控制模块用于根据所述温度判断信号控制加热管的开启或断开；当所述温度判断信号为高电平时，所述加热管驱动控制模块立刻控制加热管断开；当所述温度判断信号为低电平时，所述加热管驱动控制模块延迟控制加热管开启。2.如权利要求1所述的一种燃料电池尾排加热管控制电路，其特征在于，所述温度采集模块包括温度传感器、第二电阻r2和钳位保护电路；所述温度传感器一端连接电源，另一端连接第二电阻r2以及钳位保护电路，第二电阻r2分压后的电信号通过钳位保护电路输入至温度范围识别模块。3.如权利要求2所述的一种燃料电池尾排加热管控制电路，其特征在于，所述钳位保护电路包括第三电阻r3、第一稳压管d1和第一电容c1；所述第三电阻r3的一端分别连接第一稳压管d1的阴极和第一电容c1。4.如权利要求1所述的一种燃料电池尾排加热管控制电路，其特征在于，所述温度范围识别模块包括第一运算放大器u1、第二运算放大器u2、第四电阻r4、第五电阻r5和第六电阻r6；所述运算放大器u1的同向输入端和运算放大器u2的反向输入端分别连接所述钳位保护和滤波电路的输出端；所述运算放大器u1的反向输入端通过第五电阻r5连接运算放大器u2的同向输入端以及通过第六电阻r6接地；所述运算放大器u2的同向输入端通过第四电阻r4连接第二电源；所述运算放大器u1和运算放大器u2的输出端通过电阻r7连接第二电源，为输出提供基准高电平；所述运算放大器u2的输出端连接所述加热管驱动控制模块。5.如权利要求4所述的一种燃料电池尾排加热管控制电路，其特征在于，所述温度范围识别模块用于判断所述加热管温度信号是否处于温度安全范围之内，输出温度判断信号，包括：当加热管温度信号小于温度上限值并且大于温度下限值时，所述运算放大器u1和运算放大器u2的输出端均为高电平，所述温度范围识别模块输出高电平信号至所述加热管驱动控制模块；当加热管温度信号大于温度上限值或低于温度下限值时，所述运算放大器u1或运算放大器u2的输出端为低电平，所述温度范围识别模块输出低电平信号至所述加热管驱动控制模块。6.如权利要求4所述的一种燃料电池尾排加热管控制电路，其特征在于，所述加热管驱动控制模块包括电压比较电路、驱动电路以及滤波和延时电路；所述电压比较电路包括第三运算放大器u3和电阻分压网络；所述第三运算放大器u3的反向输入端连接电阻分压网络，所述电阻分压网络连接第二电源；第三运算放大器u3的正向输入端通过滤波和延时电路连接所述运算放大器u2的输出
端；第三运算放大器u3的输出端分别连接第十一电阻r11和驱动电路；所述驱动电路连接加热管，所述第十一电阻r11连接第三电源。7.如权利要求6所述的一种燃料电池尾排加热管控制电路，其特征在于，所述电阻分压网络包括第八电阻r8和第九电阻r9；所述第八电阻r8和第九电阻r9串联后一端连接第二电源，另一端接地；所述第三运算放大器u3的反向输入端连接所述第八电阻r8和第九电阻r9串联的中间点。8.如权利要求5所述的一种燃料电池尾排加热管控制电路，其特征在于，所述滤波和延时电路包括第十电阻r10、第二二极管d2和第二电容c2；所述第十电阻r10和第二二极管d2并联连接，第一运算放大器d1的输出端、第二运算放大器d2的输出端以及第七电阻r7均连接所述第十电阻r10和第二二极管d2的阳极并联点；所述第十电阻r10和第二二极管d2的阴极并联点连接第三运算放大器d3的正向输入端以及第二电容c2，所述第二电容c2的另一端接地。9.如权利要求8所述的一种燃料电池尾排加热管控制电路，其特征在于，所述当所述温度判断信号为高电平时，所述加热管驱动控制模块立刻控制加热管断开，包括：所述第一运算放大器d1和第二运算放大器d2的输出端均为高电平时，第二电源通过第七电阻r7和第二二极管d2通路对第二电容c2的进行快速充电，同时第三运算放大器d3的正向输入端为高电平。10.如权利要求8所述的一种燃料电池尾排加热管控制电路，其特征在于，所述当所述温度判断信号为低电平时，所述加热管驱动控制模块延迟控制加热管开启，包括：所述第一运算放大器d1和/或第二运算放大器d2的输出端为低电平时，第二电容c2通过第十电阻r10进行延时放电。

技术总结
本发明提出了一种燃料电池尾排加热管控制电路，包括：温度采集模块、温度范围识别模块和加热管驱动控制模块；温度采集模块用于采集加热管温度信号，将采集的加热管温度信号输出至温度范围识别模块；温度范围识别模块用于判断所述加热管温度信号是否处于温度安全范围之内，输出温度判断信号至所述驱加热管驱动控制模块；加热管驱动控制模块用于根据所述温度判断信号控制加热管的开启或断开。本发明通过一种燃料电池尾排加热管控制电路，以解决现有以软件控制加热管可能发生的加热失控、甚至爆炸等安全问题。炸等安全问题。炸等安全问题。


技术研发人员：王钦普 宋金香 刘诗琪 裴少雯
受保护的技术使用者：中通客车股份有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/8/24