专利名称：燃料电池发动机散热控制电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种燃料电池，尤其涉及一种燃料电池发动机散热控制电路。
背景技术：
燃料电池是一种能够将燃料与氧化剂发生电化学反应时产生的化学能转变成电能的装置。该装置的核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极由一张质子交换膜和夹在膜两面的两张可导电多孔性扩散材料(如碳纸)组成，在质子交换膜与导电材料接触的两边界面上均匀分布有细小分散的可引发电化学反应的催化剂(如金属铂)。膜电极两边用导电物体将发生电化学反应过程中产生的电子通过外电路引出，就构成了电流回路。
在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(如碳纸)，并在催化剂表面发生电化学反应，失去电子形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端-阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体(如空气)，通过渗透穿过多孔性扩散材料(如碳纸)，并在催化剂表面发生电化学反应，得到电子形成负离子，该负离子进一步与从阳极端迁移过来的正离子结合，形成反应产物。
在以氢气为燃料、以含有氧气的空气为氧化剂(或以纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区发生失去电子的催化电化学反应，形成氢正离子(质子)，其电化学反应方程式为；氧气在阴极区发生得到电子的催化电化学反应，形成负离子，该负离子进一步与从阳极端迁移过来的氢正离子结合，形成反应产物水。其电化学反应方程式为。
燃料电池中的质子交换膜除了用于发生电化学反应以及迁移交换反应中产生的质子外，其作用还包括将含有燃料氢气的气流与含有氧化剂(氧气)的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆炸式反应。
在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极一般放在两块导电的极板之间，两极板上均开设有导流槽，因此又称作导流极板。导流槽开设在与膜电极接触的表面上，通过压铸、冲压或机械铣刻形成，其数量在一条以上。导流极板可以由金属材料制成，也可以由石墨材料制成。导流极板上的导流槽的作用是将燃料或氧化剂分别导入膜电极两边的阳极区或阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极和两块导流极板，两块导流极板分设在膜电极两边，一个作为阳极燃料的导流极板，另一个作为阴极氧化剂的导流极板。这两块导流极板既作为电流集流板，也是膜电极两边的机械支撑。导流极板上的导流槽既是燃料或氧化剂进入阳极或阴极表面的通道，也是将电池运行过程中生成的水带走的出水通道。
为了增大质子交换膜燃料电池的功率，通常将两个或两个以上的单电池通过直叠的方式或平铺的方式连在一起组成电池组，或称作电池堆。这种电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。在电池组中，位于两质子交换膜之间的极板的两面都设有导流槽，称为双极板。双极板的其中一面作为一个膜电极的阳极导流面，另一面则作为另一个相邻膜电极的阴极导流面。一个典型的电池组通常还包括1)、燃料及氧化剂气体的进口和导流通道。其作用是将燃料(如氢气、甲醇或由甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；2)、冷却流体(如水)的进、出口与导流通道。其作用是将冷却流体均匀地分布到各个电池组内的冷却通道中，吸收燃料电池内产生的反应热并将其带出电池组进行散热；3)、燃料与氧化剂气体的出口与导流通道。其作用是将没有参与反应的多余燃料气体和氧化剂排出，同时将反应生成的液态或气态的水带出。上述燃料进出口、氧化剂进出口和冷却流体的进出口通常都开设在燃料电池组的一个端板上或分别开设在两个端板上。
质子交换膜燃料电池可用作车、船等运载工具的动力系统，又可制作成移动式或固定式的发电系统。
在燃料电池发电系统中，现有燃料电池发动机散热是通过继电器触点地闭合、断开来驱动散热风扇的启停。采用这种控制方法线路板体积大，继电器触点频繁地接触，触点容易氧化引起接触不良，继电器触点在接触的过程中易产生火花，如果有氢气泄露，则可能引起爆炸，采用该方法控制的燃料电池发动机水温度也不稳定，会有波动。
实用新型内容本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种燃料电池发动机散热控制电路。
本实用新型的目的是这样实现的一种燃料电池发动机散热控制电路，其特征在于，包括输出控制信号的单片机U1，放大控制信号光电耦合器U2，场效应管V1，采集散热风扇M1温度的温度传感器U3，接受控制命令的CAN总线接口电路U4，所述电路中采用场效应管V1驱动散热风扇M1，所述电路中单片机U1通过光电耦合器U2连接场效应管V1输入端，场效应管V1输出端连接并驱动散热风扇M1，所述的单片机U1分别与温度传感器U3、CAN总线接口电路U4连接。
所述的单片机U1输出的控制信号是PWM脉宽调制信号。
所述的场效应管V1为大功率MOSFET场效应管，该场效应管直接控制散热风扇M1电机的电流并实现无级调速。
所述的散热风扇M1电机得到的是脉动电流。
所述的散热风扇M1电机的运转速度可受来自CAN总线上其他指令控制器的命令控制，也可通过温度传感器U3直接控制。
所述的单片机(U1)芯片采用LPC2119ARM，该芯片带有PWM脉宽调制输出信号。
所述的光电耦合器(U2)采用PC817。
本实用新型由于采用了以上技术方案，克服了现有技术的缺陷。与现有技术相比，本实用新型燃料电池发动机散热控制装置采用大功率场效应管驱动散热风扇，体积小、重量轻，开关速度快、高频特性好、热稳定性优良，主电路工作在开关状态，导通损耗小，装置效率高，散热风扇无级变速避免给燃料电池带来温度波动冲击。
图1是本实用新型一种燃料电池发动机散热控制电路方框图；图2是本实用新型燃料电池发动机散热控制电路图。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步说明。
参见图2，图2是本实用新型的50kw燃料电池发动机中散热控制的一个实施例。单片机U1通过CAN总线接口电路U2接收CAN总线上其他指令控制器发出的散热风扇的电机的运转速度信号，从POT1口向光电耦合器U2输出PWM脉宽调制信号，光电耦合器U2输出端晶体管发射集所对管脚接地GND1，集电极所对管脚处接两条支路，一路经电阻R3接电源+12V，一路接场效应管V1栅极，场效应管V1的源极接地，栅极和源极间跨接电阻R2，场效应管V1漏极接散热风扇电机M1的负极，散热风扇电机M1的正极连接电源VCC。二极管V2并联在散热风扇电机M1两端，二极管V2阴极连接电源VCC，阳极连接场效应管V1漏极。
单片机U1采用LPC2119ARM，带有PWM脉宽调制输出信号，光电耦合器U2采用PC817。单片机芯片U1通过光电耦合器U2隔离驱动大功率场效应管V1，场效应管V1直接控制50kw燃料电池发动机散热风扇的电机M1的电流以达到调速的目的。该实例散热风扇的电机的运转速度是接收CAN总线上其他指令控制器的命令运转的，也可以加装温度采集器直接控制温度。
权利要求1.燃料电池发动机散热控制电路，其特征在于，包括输出控制信号的单片机(U1)，放大控制信号光电耦合器(U2)，场效应管(V1)，采集散热风扇(M1)温度的温度传感器(U3)，接受控制命令的CAN总线接口电路(U4)，所述电路中采用场效应管(V1)驱动散热风扇(M1)，所述电路中单片机(U1)通过光电耦合器(U2)连接场效应管(V1)输入端，场效应管(V1)输出端连接并驱动散热风扇(M1)，所述的单片机(U1)分别与温度传感器(U3)、CAN总线接口电路(U4)连接。
2.根据权利要求1所述的燃料电池发动机散热控制电路，其特征在于，所述的单片机(U1)输出的控制信号是PWM脉宽调制信号。
3.根据权利要求1所述的燃料电池发动机散热控制电路，其特征在于，所述的场效应管(V1)为大功率MOSFET场效应管，该场效应管直接控制散热风扇(M1)电机的电流并实现无级调速。
4.根据权利要求1所述的燃料电池发动机散热控制电路，其特征在于，所述的散热风扇(M1)电机得到的是脉动电流。
5.根据权利要求1所述的燃料电池发动机散热控制电路，其特征在于，所述的散热风扇(M1)电机的运转速度可受来自CAN总线上其他指令控制器的命令控制，也可通过温度传感器(U3)直接控制。
6.根据权利要求1所述的燃料电池发动机散热控制电路，其特征在于，所述的单片机(U1)芯片采用LPC2119ARM，该芯片带有PWM脉宽调制输出信号。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机散热控制电路，其特征在于，所述的光电耦合器(U2)采用PC817。
专利摘要本实用新型涉及燃料电池发动机散热控制电路，包括输出控制信号的单片机U1，放大控制信号光电耦合器U2，场效应管V1，采集散热风扇M1温度的温度传感器U3，接受控制命令的CAN总线接口电路U4，所述电路中采用场效应管V1驱动散热风扇M1，所述电路中单片机U1通过光电耦合器U2连接场效应管V1输入端，场效应管V1输出端连接并驱动散热风扇M1，所述的单片机U1分别与温度传感器U3、CAN总线接口电路U4连接。与现有技术相比，本实用新型具有体积小、重量轻、开关速度快、高频特性好、热稳定性优良等特点，此外，散热风扇采用无级变速，避免给燃料电池带来温度波动冲击。
文档编号H02P7/18GK2852224SQ200520047309
公开日2006年12月27日 申请日期2005年12月8日 优先权日2005年12月8日
发明者付明竹, 鲍军辉, 郭磊, 胡里清 申请人:上海神力科技有限公司