电芯采样控制器、燃料电池系统及机动车的制作方法

本公开涉及燃料电池，尤其涉及电芯采样控制器、燃料电池系统及机动车。

背景技术：

1、氢燃料电池汽车凭借零碳排放成为当下重点的环保能源项目。氢燃料电池系统中电堆的电芯采样也是系统中较为关键的环节，其中的“电堆”即为多个燃料电池组成的燃料电池堆。膜电极是电堆的“电芯”，膜电极组件是集膜、催化层、扩散层于一体的组合件，是燃料电池单体的最重要组件

2、在氢燃料电池系统中当电堆在进行氢气和氧气化学反应生成水产生电子的时候，化学反应的异常可能会导致部分单片电芯产生负压或者出现单片电芯电压过低。如果没有实时对电芯电压进行监控的话，长期的电压异常会导致电堆的损坏进而影响到整个氢燃料电池系统的正常运行。于是，这就需要电芯采样控制器(cvm)去实时监控，当电芯有负压或者是电压异常的时候能够及时通知系统上的其他控制器去作出相应处理。

3、然而，不同开发项目的电堆的电芯数量可能是不同的，这就造成开发电芯采样控制器的需求是不确定的。如果按照单板控制器开发，单个电芯采样控制器需要集成单片机，电源芯片和采样芯片等等。倘若需求的电芯采样通道数较多，由于目前单个电芯采样控制器可采的通道数是固定的，那么实际就可能需要多个电芯采样控制器去实现，成本较高。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本公开的目的在于提供电芯采样控制器、燃料电池系统及机动车，以解决相关技术的问题。

2、本公开第一方面提供一种电芯采样控制器，包括：主板，包括：处理芯片、电源芯片、隔离芯片、一对通讯转换芯片、一对主板连接器、及至少一个电源及通信连接器；所述电源及通信连接器连接外部的电源及通信线路，所述电源芯片连接所述电源及通信连接器以获得供电，所述电源芯片连接并向处理芯片供电；每个所述主板连接器包括第一信号接脚组，其中一个主板连接器包括第一电源接脚，所述电源芯片连接到每个所述主板连接器的第一电源接脚；所述处理芯片分别通过一个通讯转换芯片转接到一个主板连接器的信号接脚；多个从板，每个从板包括：至少一隔离电源、至少一个采样芯片、电芯连接器及一对从板连接器，每个从板的一对从板连接器用于与其他从板的从板连接器或主板的主板连接器连接；每个所述从板连接器包括供连接由所述第一信号接脚组引出的通信线路的第二信号接脚组，每个从板的其中一个从板连接器包括供连接由所述第一电源接脚引出的电源线路的第二电源接脚；每个所述采样芯片与所述一对从板连接器的第二信号接脚组通信连接；每个所述采样芯片通过一个所述隔离电源与所述第二电源接脚连接；其中，所述多个从板通过从板连接器串联，且在串联中位于首和尾两端的从板的一个从板连接器分别连接于一个所述主板连接器，以形成所述主板的处理芯片经所述一对通讯转换芯片同串联的各从板中的采样芯片之间的通信链路、以及所述主板所接电源对各所述采样芯片的供电通路。

3、在第一方面的实施例中，每个所述从板在所述通信链路中靠近首端从板的从板连接器具有所述第二电源接脚。

4、在第一方面的实施例中，所述第一信号接脚组、第二信号接脚组、及采样芯片之间为菊花链通信连接。

5、在第一方面的实施例中，所述通讯转换芯片用于所述菊花链通信连接及与所述处理芯片之间spi通信连接的转换。

6、在第一方面的实施例中，所述主板包括低压电路，所述从板包括高压电路。

7、在第一方面的实施例中，所述通信链路的信号传输方向为：处理芯片通过一个通讯转换芯片向首端从板的采样芯片传输采样触发信号，首端至尾端的各串联从板的采集数据向尾端从板传输，以及尾端从板将传输来的各采集数据经另一个通讯转换芯片向处理芯片传输。

8、在第一方面的实施例中，每个从板具有一个所述采样芯片，所述采样芯片分别通过变压器隔离地通信连接至所述一对从板连接器；每个所述从板具有至少两个采样芯片，所述至少两个采样芯片之间通过变压器隔离地通信连接，且首、尾两端的采样芯片还分别通过变压器隔离地通信连接一个所述从板连接器。

9、在第一方面的实施例中，首端从板的一个从板连接器是与其中一个主板连接器互为公母的接插件，尾端从板的一个从板连接器是与另一个主板连接器互为公母的接插件；各从板之间形成连接的每对从板连接器为互为公母的接插件。

10、本公开第二方面提供一种燃料电池系统，包括：电堆，包括多个电芯；如第一方面任一项所述的电芯采样控制器，其各电芯连接器分别连接各所述电芯。

11、本公开第三方面提供一种机动车，包括：如第二方面所述的燃料电池系统。

12、如上所述，本公开提供电芯采样控制器、燃料电池系统及机动车，控制器包括主板和多个从板；主板的电源芯片从电源及通信连接器所接电源获得供电及外部通信，电源芯片连接处理芯片以供电；电源芯片连接到主板连接器的电源接脚；处理芯片分别通过一个通讯转换芯片转接到一个主板连接器的信号接脚；每个从板具有至少一采样芯片、至少一隔离电源、电芯连接器和一对从板连接器，从板连接器用于与其他从板的从板连接器或主板的主板连接器连接；多个从板通过从板连接器串联，且在串联中位于首和尾两端的从板的一个从板连接器分别连接于一个主板连接器，以形成处理芯片和各采样芯片之间的通信链路以及供电通路。采用主从板式，简化、降本且灵活适配芯片数量。电芯采样控制器采用主从板式设计，采样芯片统一集成在从板上，那么实际应用中就可以通过单个主板搭配若干个从板，减少燃料电池系统线束数量的同时简化对电芯采样控制器的排布，有效降低成本，且从板的数量变化能灵活适配不同数量采样芯片及通道的需求。

技术特征：

1.一种电芯采样控制器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电芯采样控制器，其特征在于，每个所述从板在所述通信链路中靠近首端从板的从板连接器具有所述第二电源接脚。

3.根据权利要求1所述的电芯采样控制器，其特征在于，所述第一信号接脚组、第二信号接脚组、及采样芯片之间为菊花链通信连接。

4.根据权利要求3所述的电芯采样控制器，其特征在于，所述通讯转换芯片用于所述菊花链通信连接及与所述处理芯片之间spi通信连接的转换。

5.根据权利要求1所述的电芯采样控制器，其特征在于，所述主板包括低压电路，所述从板包括高压电路。

6.根据权利要求1所述的电芯采样控制器，其特征在于，所述通信链路的信号传输方向为：处理芯片通过一个通讯转换芯片向首端从板的采样芯片传输采样触发信号，首端至尾端的各串联从板的采集数据向尾端从板传输，以及尾端从板将传输来的各采集数据经另一个通讯转换芯片向处理芯片传输。

7.根据权利要求1所述的电芯采样控制器，其特征在于，每个从板具有一个所述采样芯片，所述采样芯片分别通过变压器隔离地通信连接至所述一对从板连接器；每个所述从板具有至少两个采样芯片，所述至少两个采样芯片之间通过变压器隔离地通信连接，且首、尾两端的采样芯片还分别通过变压器隔离地通信连接一个所述从板连接器。

8.根据权利要求1所述的电芯采样控制器，其特征在于，首端从板的一个从板连接器是与其中一个主板连接器互为公母的接插件，尾端从板的一个从板连接器是与另一个主板连接器互为公母的接插件；各从板之间形成连接的每对从板连接器为互为公母的接插件。

9.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：电堆，包括多个电芯；如权利要求1至8中任一项所述的电芯采样控制器，其各电芯连接器分别连接各所述电芯。

10.一种机动车，其特征在于，包括：如权利要求9所述的燃料电池系统。

技术总结
本公开提供电芯采样控制器、燃料电池系统及机动车，控制器包括主板和多个从板；主板的电源芯片从电源及通信连接器所接电源获得供电及外部通信，电源芯片连接处理芯片以供电；电源芯片连接到主板连接器的电源接脚；处理芯片分别通过一个通讯转换芯片转接到一个主板连接器的信号接脚；每个从板具有至少一采样芯片、至少一隔离电源、电芯连接器和一对从板连接器，从板连接器用于与其他从板的从板连接器或主板的主板连接器连接；多个从板通过从板连接器串联，且在串联中位于首和尾两端的从板的一个从板连接器分别连接于一个主板连接器，以形成处理芯片和各采样芯片之间的通信链路以及供电通路。采用主从板式，简化、降本且灵活适配芯片数量。

技术研发人员：尚海,王佳元,王磊
受保护的技术使用者：上海重塑能源科技有限公司
技术研发日：20230117
技术公布日：2024/1/13