一种电解槽控制电路及电解水机的制作方法

1.本发明涉及控制电路技术领域，更具体地说，涉及一种电解槽控制电路及电解水机。


背景技术：

2.电解水机是依据“电化学”与“电解”原理，其采用铂、钯、铱及钌中的至少一种或多种素材或其它合金材质，作为两个电解制氢模块(或电解槽)的电极催化层，其间配置离子分离膜的透析与分离作用。目前，当在电解水机内配置两个或两个以上的电解制氢模块(或电解槽)时，驱动相应的两个或两个以上的电解制氢模块(或电解槽)需要配置两个或两个以上的恒流电源，导致电解水机的成本高，且每个恒流电源输出的电压为单个电解制氢模块电压，恒流电源转换效率低。
3.因此，如何降低电解水机的制作成本及提高恒流电源的转换效率成为本领域加护人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明一方面要解决的技术问题之一是提供一种恒流电源转换效率较高且可减少恒流电源配置的电解槽控制电路。
5.本发明另一方面要解决的技术问题是提供一种制作成本较低且可靠性较好的电解水机。
6.为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
7.第一方面，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电解槽控制电路，具备：
8.恒流电源，其用于输出恒定电流；
9.开关电路，其设有第一信号输入端及第二信号输入端，
10.所述第一信号输入端用于接收第一pwm脉冲信号，
11.所述第二信号输入端用于接收第二pwm脉冲信号；
12.至少两个串联连接的电解槽，其一端分别与所述恒流电源及所述开关电路的一端连接，其另一端分别与所述恒流电源及所述开关电路的另一端连接；
13.所述pwm脉冲信号用于控制所述开关电路交替导通，从而控制任一所述电解槽工作和/或不工作。
14.第二方面，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电解水机，包括上述的电解槽控制电路。
15.在本发明所述的电解槽控制电路中，一方面，电解槽控制电路在驱动两个或两个以上的电解制氢模块(或电解槽)时，只需配置一个恒流电源，从而降低产品的制作成本；
16.另一方面，通过设置开关电路控制两个或两个以上的串联连接的电解槽交替导通，恒流电源可为两个或两个以上的电解制氢模块提供工作电压，进而保证恒流电源的转
换效率。
附图说明
17.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
18.图1是本发明提供电解槽控制电路一实施例为现有技术电路原理图；
19.图2是本发明提供电解槽控制电路一实施例的电路原理图；
20.图3是本发明提供电解槽控制电路另一实施例的电路原理图；
21.图4是本发明提供电解槽控制电路第三实施例的电路原理图。
具体实施方式
22.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
23.图1示出现有技术的电解槽控制电路10中，需要在电解槽控制电路10中设置两个恒流电源(对应恒流电源a及恒流电源b)，通过两个恒流电源a及恒流电源b分别驱动两个电解制氢模块(或电解槽110及电解槽120)，导致产品的制作成本过高，且每个恒流电源输出的电压为单个电解制氢模块电压，其恒流电源转换效率低。
24.基于上述问题：
25.如图2及图3所示，在本发明的电解槽控制电路第一实施例中，电解槽控制电路(对应20a、20b及20c)包括一个恒流电源210、开关电路220、电解槽(对应230及240)。
26.其中，恒流电源210作为一种宽频谱且具有高精度的直流稳流电源，其具有响应速度快、恒流精度高及能长期稳定工作的优点，可输出适合各种性质负载(例如：阻性、感性及容性)的驱动电流/电压。
27.开关电路220可根据输入的pwm脉冲信号控制其交替导通或截止。
28.电解槽(对应230及240)至少包括第一电解槽(对应230)及第二电解槽(对应240)，其用于水电解，以产生氢气及氧气。
29.具体地，恒流电源210为后级电路或负载输出驱动电流/电压。
30.进一步地，开关电路220至少设有第一信号输入端及第二信号输入端，其中，开关电路220的第一信号输入端用于接收前级驱动电路(对应201)输入的第一pwm脉冲信号(对应pwma)；
31.开关电路220的第二信号输入端用于接收前级驱动电路(对应202)输入的第二pwm脉冲信号(对应pwmb)。
32.输入的第一pwm脉冲信号(对应pwma)及第二pwm脉冲信号(对应pwmb)分别控制开关电路220交替导通或截止。
33.进一步地，至少两个串联连接的电解槽(对应230及240)，其中，两个串联连接的一电解槽(对应230)的一端分别与恒流电源210及开关电路220的一端连接。
34.两个串联连接的另一电解槽(对应240)的另一端分别与恒流电源210及开关电路220的另一端连接，输入的两路pwm脉冲信号分别控制开关电路220交替导通，从而控制两个或多个串联连接的电解槽(对应230及240)中的任一电解槽工作和/或不工作。
35.可以理解为，可控制两个电解槽(对应230及240)中同时工作，或两个电解槽(对应
230及240)中任一个电解槽工作，另一个不工作。
36.需要说明的是，如图3所示，可根据具体产品的需要进行设置两个及两个以上串联的电解槽(对应qa
‑‑‑
qn或220a)，两个及两个以上串联的电解槽(对应qa
‑‑‑
qn或220a)也仅需采用一个恒流电源210提供电源。
37.当然，开关电路220的信号输入端需要根据电解槽(对应qa
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qn或220a)的具体数量进行相应配置，以满足控制的需求。
38.具体而言，恒流源的自身损耗是固定的，当输出电压越高时，效率越高；
39.输入功率-自身损耗＝输出功率；
40.输出功率/输入功率＝效率；
41.输出功率＝输出电压*输出电流
42.由上面可知道，当自身损耗固定时，输出电压越高，效率越高。
43.举例而言，单个电解槽(300l/min)制氢时：
44.当输出电压为4.37v时，输出电流为19.83a，其功率约为86.58w；
45.当输入电压为23.90v时，输出电流为4.02a，其功率约为96.07w；
46.输出功率86.58w/输入功率96.07w，其转换效率约为90.01％；
47.两个电解槽(300l/min)串联制氢时：
48.当输出电压为8.75v时，输出电流为19.70a，其功率约为172.37w；
49.当输入电压为23.84v时，输出电流为7.50a，其功率约为178.8w；
50.输出功率172.37w/输入功率178.8w，其转换效率约为96.32％。
51.使用本技术方案，一方面，电解槽控制电路在驱动两个或两个以上的电解制氢模块(或电解槽)时，只需配置一个恒流电源，通过减少恒流电源，从而降低产品的制作成本；
52.另一方面，通过设置开关电路220控制两个或两个以上的串联连接的电解槽的交替导通，恒流电源210可为两个或两个以上的电解制氢模块提供工作电压，进而保证恒流电源的转换效率。
53.在一些实施方式中，为了便于选择控制电解槽(对应230及240)的通断，如图2所示，可在开关电路220中设置第一开关管qa及第二开关管qb，其中，第一开关管qa及第二开关管qb可选取为n沟道型mos管；或
54.选取为p沟道型mos管；或
55.选取为npn型晶体三极管或pnp型晶体三极管；或
56.选取为继电器。
57.上述开关管具有开关的作用。
58.具体地，第一开关管qa的栅极用于接收第一pwm脉冲信号(对应pwma)。
59.第二开关管qb的栅极用于接收第二pwm脉冲信号(对应pwmb)，第一开关管qa的漏极分别与恒流电源210的一端及一电解槽(对应230)的正极连接。
60.第一开关管qa的源极与第二开关管qb的漏极连接，第二开关管qb的源极分别与恒流电源210的另一端及另一电解槽(对应240)负极的连接。
61.当第一pwm脉冲信号(对应pwma)为高电平时，且第二pwm脉冲信号(对应pwmb)为低电平时，
62.第一开关管qa导通，第二开关管qb截止，串联连接的电解槽(对应230及240)中的
第一电解槽(对应230)不工作，第二电解槽(对应240)工作。
63.即，恒流电源210输出的驱动电流经第一电解槽(对应230)及第二开关管qb流至恒流电源210的负极(或接地端)。
64.当第一pwm脉冲信号(对应pwma)为低电平时，且第二pwm脉冲信号(对应pwmb)为高电平时，
65.第一开关管qa截止，第二开关管qb导通，第一电解槽(对应230)得电工作，第二电解槽(对应240)不工作。
66.即，恒流电源210输出的驱动电流经第一开关管qa及第二电解槽(对应240)流至恒流电源210的负极(或接地端)。
67.当第一pwm脉冲信号(对应pwma)及第二pwm脉冲信号(对应pwmb)均为高电平时，第一开关管qa及第二开关管qb均截止，恒流电源210输出的驱动电流经第一电解槽(对应230)及第二电解槽(对应240)回流至恒流电源210的负极(或接地端)，串联连接的电解槽(对应230及240)电解产生氢气及氧气；
68.当第一pwm脉冲信号(对应pwma)及第二pwm脉冲信号(对应pwmb)为低电平时，第一开关管qa及第二开关管qb均导通，恒流电源210输出的驱动电流经第一开关管qa及第二开关管qb回流至恒流电源210的负极(或接地端)，使得串联连接的电解槽(对应230及240)不工作。
69.当然，控制电路还有不同的控制方式，可以是pwm为高电平时开关导通，也可以是pwm为低电平时开关管导通。
70.需要说明的是，在本方案中，以mos管为例。
71.在一些实施方式中，为了保证电解槽(对应230及240)工作的可靠性，如图2所示，可将第一电解槽230的正极分别与第一开关管qa的漏极及恒流电源210的一端(对应驱动电流输出端)连接，
72.第一电解槽230的负极分别与第二电解槽240的正极、第一开关管qa的源极及第二开关管qb的漏极连接，
73.第二开关管qb的源极分别与第二电解槽240的负极及恒流电源210的另一端(对应负极或接地端)连接。
74.即，电解槽(对应230及240)与第一开关管qa及第二开关管qb均形成回路，当第一开关管qa或第二开关管qb中的一个截止时，电解槽(对应230及240)中的一个还可与导通的第一开关管qa或第二开关管qb形成回路，进而可通过控制第一开关管qa及第二开关管qb开/关状态而选择控制电解槽(对应230及240)中的任一个工作。
75.需要说明的是，在本方案中，以mos管为例。
76.在一些实施方式中，为了提高开关电路220导通或截止的可靠性，如图4所示，可在开关电路220的输入侧设置第一驱动电路201及第二驱动电路202，上述驱动电路用于控制开关电路220导通或截止。
77.具体地，第一驱动电路201的输入端用于接收微控制器或单片机(未图示)输出的第一pwm脉冲信号(对应pwma)，第一驱动电路201的输出端与第一开关管qa的栅极连接；
78.第二驱动电路202的输入端用于接收微控制器或单片机(未图示)输出的第二pwm脉冲信号(对应pwmb)，第二驱动电路202的输出端与第二开关管qb的栅极连接。
79.即，当输入的第一pwm脉冲信号(对应pwma)为高电平时，第一驱动电路201被控导通，开关电路220中的第一开关管qa的栅极电压被拉低，第一开关管qa截止，恒流电源210输出的驱动电流经第一电解槽230、第二电解槽240(或第二开关管qb)回流至恒流电源210的负极(或接地端)；
80.当输入的第一pwm脉冲信号(对应pwma)为低电平时，第一驱动电路201截止，开关电路220中的第一开关管qa的栅极电压为高电平，第一开关管qa被控导通，恒流电源210输出的驱动电流经第一开关管qa、第二电解槽240(或第二开关管qb)回流至恒流电源210的负极(或接地端)。
81.当输入的第二pwm脉冲信号(对应pwmb)为高电平时，第二驱动电路202被控导通，开关电路220中的第二开关管qb的栅极电压被拉低，第二开关管qb截止，恒流电源210输出的驱动电流经第一电解槽230(或第一开关管qa)及第二电解槽240回流至恒流电源210的负极(或接地端)；
82.当输入的第二pwm脉冲信号(对应pwmb)为低电平时，第二驱动电路202截止，开关电路220中的第二开关管qb的栅极电压为高电平，第二开关管qb被控导通，恒流电源210输出的驱动电流经第一开关管qa(或第一电解槽230)及第二开关管qb回流至恒流电源210的负极(或接地端)。
83.当第一pwm脉冲信号(对应pwma)及第二pwm脉冲信号(对应pwmb)均为高电平时，第一驱动电路201及第二驱动电路202均导通，第一开关管qa及第二开关管qb均截止，恒流电源210输出的驱动电流经第一电解槽230及第二电解槽240回流至恒流电源210的负极(或接地端)；
84.当第一pwm脉冲信号(对应pwma)及第二pwm脉冲信号(对应pwmb)均为地电平时，第一驱动电路201及第二驱动电路202均截止，第一开关管qa及第二开关管qb均导通，恒流电源210输出的驱动电流经第一开关管qa及第二开关管qb回流至恒流电源210的负极(或接地端)。
85.需要说明的是，在本方案中，以mos管为例。
86.在一些实施方式中，为了提高第一驱动电路201的性能，如图4所示，可在第一驱动电路201中设置第一电阻r101、第二电阻r102、第三电阻r103、第一三极管vt101及第一稳压二极管z101。
87.其中，第一三极管vt101为npn型三极管，其具有开关的作用。
88.第一稳压二极管z101可避免第一开关管qa的栅极被反向电流击穿。
89.具体地，第一电阻r101的一端与vcc(例如12v)电源端连接，第一电阻r101的另一端分别与第一稳压二极管z101的阴极及第一开关管qa的栅极连接，第一稳压二极管z101的阳极与第一开关管qa的源极连接。
90.即，vcc(例如12v)电源端输出的电流信号经第一电阻r101限流后，输入第一开关管qa的栅极。
91.第二电阻r102的一端用于接收微控制器或单片机(未图示)输出的第一pwm脉冲信号(对应pwma)，第二电阻r102的另一端耦接于第一三极管vt101的基极，第一三极管vt101的集电极与第一开关管qa的栅极连接，第一三极管vt101的发射极通过第三电阻r103与公共端连接。
92.具体而言，当输入的第一pwm脉冲信号(对应pwma)为高电平时，第一三极管vt101被控导通，第一开关管qa的栅极电压被拉低，第一开关管qa截止，恒流电源210输出的驱动电流经第一电解槽230、第二电解槽240(或第二开关管qb)回流至恒流电源210的负极(或接地端)；
93.当输入的第一pwm脉冲信号(对应pwma)为低电平时，第一三极管vt101截止，vcc电源端输出的电流经第一电阻r101输入第一开关管qa的栅极，使得第一开关管qa的栅极电压为高电平，此时，第一开关管qa被控导通，恒流电源210输出的驱动电流经第一开关管qa、第二电解槽240(或第二开关管qb)回流至恒流电源210的负极(或接地端)。
94.需要说明的是，在本方案中，以mos管为例。
95.在一些实施方式中，为了提高第二驱动电路202的性能，如图4所示，可在第二驱动电路202包括第四电阻r104、第五电阻r105、第六电阻r106、第二三极管vt102及第二稳压二极管z102。
96.其中，第二三极管vt102为npn型三极管，其具有开关的作用。
97.第二稳压二极管z102可避免第二开关管qb的栅极被反向电流击穿。
98.具体地，第四电阻r104的一端与vcc(例如12v)电源端连接，第四电阻r104的另一端分别与第二稳压二极管z102的阴极及第二开关管qb的栅极连接，
99.第二稳压二极管z102的阳极与第二开关管qb的源极连接。
100.即，vcc(例如12v)电源端输出的电流信号经第四电阻r104限流后，输入第二开关管qb的栅极。
101.第五电阻r105的一端用于接收微控制器或单片机(未图示)输出的第二pwm脉冲信号(对应pwmb)，第五电阻r105的另一端耦接于第二三极管vt102的基极，第二三极管vt102的集电极与第二开关管qb的栅极连接，第二三极管vt102的发射极通过第六电阻r106与公共端连接。
102.具体而言，当输入的第二pwm脉冲信号(对应pwmb)为高电平时，第二三极管vt102被控导通，第二开关管qb的栅极电压被拉低，第二开关管qb截止，恒流电源210输出的驱动电流经第一电解槽230(或第一开关管qa)及第二电解槽240回流至恒流电源210的负极(或接地端)；
103.当输入的第二pwm脉冲信号(对应pwmb)为低电平时，第二三极管vt102截止，vcc电源端输出的电流经第四电阻r104输入第二开关管qb的栅极，使得第二开关管qb的栅极电压为高电平，此时，第二开关管qb被控导通，恒流电源210输出的驱动电流经第一开关管qa(或第一电解槽230)及第二开关管qb回流至恒流电源210的负极(或接地端)。
104.第二方面、本发明还提出了一种电解水机，包括如上述的电解槽控制电路(对应20a、20b及20c)，其能够实现上述实施方式中带来的全部有益效果，在此不再赘述。
105.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。