燃料电池的整合式电压量测系统

技术领域

本发明揭露一种电压量测系统，特别是有关于一种燃料电池的整合式电压量测系统。

背景技术

为了确保燃料电池堆的工作状态及性能，必须确认燃料电池电压能够在正常的工作电压下进行操作，且同时也必须监控各单电池的电压是否具有均一性。像是燃料电池中的单电池若发生电压波动幅度过大、电压过低等等的问题，若无法实时显示出燃料电池中单电池的电压量测结果，因而错失采取保护措施的最佳时机，则会导致损坏整个电池堆或降低整个电池系统的性能。因此，能够实时检测出燃料电池中单电池是否发生异常状况的技术实为重要。

在公知的燃料电池中，用来量测电压的系统为了读取燃料电池中每个单电池的电压值，如图1所示，电压量测模块3通过探针整合端子2与燃料电池1耦接，在电压量测模块3内的电路基板32除了与隔离信号线31a耦接外，还必须要耦接数量庞大的信号传输线31b。

虽然公知的信息总线也以模块化的态样来降低组装的复杂度，但在实际的应用中，尤其在高电压的燃料电池内，由于所需的单电池数量相当多，与其对应的信号传输线、隔离信号线的数量仍旧是相当的庞大，一旦在装配顺序上发生错误，或是装配不良发生掉落等情形发生时，容易因为信号传输线无法正常传输电压值信号，而导致电压量测模块发生电压过高的异常结果，使得整个燃料电池、电压量测模块均暴露在受损的风险中。

另外，除了上述的风险外，公知的电压量测模块还必须通过额外设置的独立电源来提供电力，整体系统所占的体积也会因此而变得难以缩减。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池的整合式电压量测系统，利用无线通讯的方式传输燃料电池中每个单电池的电压值，因此使得电压量测模块、连接模块及燃料电池之间无需使用信号线耦接，有效达到电压隔离效果。

本发明的目的是提供一种燃料电池的整合式电压量测系统，其中的电压量测模块的端子直接耦接于连接模块，整合式的结构能降低装配时发生错误的机率，降低因线路装配错误而导致燃料电池发生电压过高的风险。

本发明的目的是提供一种燃料电池的整合式电压量测系统，由于整合式电压量测系统与外部资料传输单元之间仅由隔离信号线耦接，因此即使发生装配上的错误，仅会出现电压量测模块与燃料电池产生失联的问题，而不会有电压过高导致受损的问题发生。

本发明的目的是提供一种燃料电池的整合式电压量测系统，直接整合于燃料电池，使电压量测模块所需的电力能直接由燃料电池供应，而无需额外加装独立的供电元件。

为了达到上述实施目的，本发明提出一种燃料电池的整合式电压量测系统，耦接于包括多个单电池的燃料电池，此燃料电池的整合式电压量测系统包括一电压量测模块及一连接模块，其中，电压量测模块包括一无线信号传输单元及多个端子部，连接模块包括一载座及多个电性连接件，电性连接件可拆卸式地设置于载座，各电性连接件包括一第一电性连接端及一第二电性连接端，电性连接件的第一电性连接端对应耦接于电压量测模块的端子部，电性连接件的第二电性连接端对应耦接于燃料电池的单电池，且电压量测模块的无线信号传输单元接收及输出单电池的无线电压信号。

在本发明的实施例中，无线信号传输单元的资料传输方式为主动式无线传输方法和/或被动式无线传输方法。

在本发明的实施例中，无线信号传输单元还读取一外部资料传输单元所传送的各单电池的无线电压信号。

在本发明的实施例中，外部资料传输单元为被动式，则电压量测模块中的无线信号传输单元还通过一主动式读取器来读取外部资料传输单元所采集到的无线电压信号。

在本发明的实施例中，外部资料传输单元与燃料电池的整合式电压量测系统仅以至少一信号隔离件耦接。

在本发明的实施例中，隔离信号件仅用来传输数字信号。

在本发明的实施例中，隔离信号件为同步序列界面。

在本发明的实施例中，电压量测模块的端子部与连接模块的第一电性连接端还为可插拔式。

在本发明的实施例中，电压量测模块的端子部与连接模块的第一电性连接端还为一体式。

在本发明的实施例中，电压量测模块的端子部与连接模块的第一电性连接端为一体式，还能通过后制程或直接一体成型制程来实现。

在本发明的实施例中，载座为绝缘的。

在本发明的实施例中，连接模块的载座具有多个贯穿孔及至少一固定部，贯穿孔位于载座，固定部连接载座与燃料电池，且电性连接件可拆卸式地设置于载座的贯穿孔内。

在本发明的实施例中，载座还沿贯穿孔，与单电池间形成多个延伸部，且所述的延伸部的材料为绝缘材料。

在本发明的实施例中，第二电性连接端的外表面还形成一绝缘层。

在本发明的实施例中，电性连接件还具有至少一卡合部。

在本发明的实施例中，燃料电池的整合式电压量测系统所需的电力由燃料电池直接供应。

综上所述，在本发明所揭露的一种燃料电池的整合式电压量测系统中，由于电压量测模块与连接模块以直接耦接的方式电性连接，且电压量测模块通过无线通讯的方式接收并输送无线电压信号，因此，在整合式电压量测系统的装配上，不采用引线的方式，降低了装配错误的发生机率，同时也由于电压值的检测通过无线通讯方式以实现，避免了因装配错误而导致电压过高、电路与元件受损的情形。另外，电压量测模块的电力来源由燃料电池反应后自供电，无需额外加装外部电源来提供电力给电压量测模块，能有效缩小整体系统的尺寸。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为公知燃料电池的电压量测模块的结构示意图；

图2为本发明揭露的燃料电池的整合式电压量测系统的结构示意图；

图3为本发明揭露的燃料电池的整合式电压量测系统的方块示意图；

图4A为本发明揭露的燃料电池的整合式电压量测系统的局部截面结构示意图；

图4B为本发明揭露的燃料电池的整合式电压量测系统的立体结构示意图；

符号说明：

1、燃料电池，2、探针整合端子，3、电压量测模块，31a、隔离信号线，31b、信号传输线，32、电路基板，4、燃料电池，41、单电池，5、整合式电压量测系统，51、电压量测模块，51a、无线信号传输单元，51b、端子部，52、连接模块，52a、载座，52aa、贯穿孔，52ab、固定部，52ac、延伸部，52b、电性连接件，52ba、第一电性连接端，52bb、第二电性连接端，52bc、绝缘层，52bd、卡合部，6、外部资料传输单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请同时参阅图2、图3、图4A及图4B所示，其中，图2为本发明揭露的燃料电池的整合式电压量测系统的结构示意图，图3为本发明揭露的燃料电池的整合式电压量测系统的方块示意图，图4A为本发明揭露的燃料电池的整合式电压量测系统的局部截面结构示意图，图4B为本发明揭露的燃料电池的整合式电压量测系统的立体结构示意图。

本发明揭露的燃料电池的整合式电压量测系统5能应用在包括有多个单电池41、燃料电池4，各单电池41具有一无线电压信号，本发明揭露的整合式电压量测系统5包括有一电压量测模块51及一连接模块52。

其中，整合式电压量测系统5中的电压量测模块51包括一无线信号传输单元51a及多个端子部51b，连接模块52包括一载座52a以及多个电性连接件52b，载座52a具有多个贯穿孔52aa及至少一固定部52ab，贯穿孔52aa位于载座52a，固定部52ab连接载座52a与燃料电池4，电性连接件52b可拆卸式地连接载座52a的贯穿孔52aa内，其中，固定部52ab为卡扣、卡榫、勾体、滑块、滑槽或上述的组合。每一个电性连接件52b包括有一第一电性连接端52ba及一第二电性连接端52bb，第一电性连接端52ba对应耦接于电压量测模块51的该些端子部51b，每一个电性连接件52b的第二电性连接端52bb对应耦接于燃料电池4的单电池41。

首先，在所述的连接模块52中，载座52a为绝缘的，且对于有高电压需求的燃料电池4而言，电池堆包括的单电池41数量通常相当的多，单电池41之间的间距也相对地窄，为避免因碰触而导致的短路问题，在电性连接件52b的外表面上，尤其是在第二电性连接端52bb的外表面上，还会形成一绝缘层52bc，以避免电性连接件52b与相邻的单电池41发生碰触而导致短路。此外，为了避免电性连接件52b与相邻的单电池41发生短路，还能将连接模块52中的本体52a，沿着贯穿孔52aa的方向与单电池41之间形成多个绝缘的延伸部52ac。

另外，由于在多个燃料电池4进行装配时，为了节省空间及提升组装的体积能量密度，多半采用紧密的连接而使得相邻的燃料电池4上的各个连接模块52变得难以装卸，因此，在本发明中揭露的连接模块52中，相对应于贯穿孔52aa的另一端的载座52a还能作为拿持的结构，使得连接模块52的组装或拆卸能直接用夹具或人工的方式来进行装卸。而在连接模块52中，电性连接件52b还能按照不同的机构设计，设计为具有不同长度、外观的结构，使在装配时能降低安装错误的机率。

值得注意的是，在整合式电压量测系统5中电压量测模块51及连接模块52，在电性耦接的方式中，能根据不同的需求而有不同的机构连接设计，举例来说，电压量测模块51的端子部51b与连接模块52的第一电性连接端52ba可以为可插拔式的连接关系，换言之，类似于图4B所示的态样，电压量测模块51的端子部51b能通过插拔方式耦接于连接模块52的第一电性连接端52ba，或是，在其它态样中，电压量测模块51的端子部51b与连接模块52的第一电性连接端52ba为一体式的连接关系，举例来说，电压量测模块51的端子部51b与连接模块52的第一电性连接端52ba可以是通过焊接或其它后制程方式来固定式的耦接，或是电压量测模块51的端子部51b与连接模块52的第一电性连接端52ba可以是一体成型的结构，换言之，电压量测模块51与连接模块52在结构上及电性上均为一体成型的连接关系。

此外，整合式电压量测系统5与外部资料传输单元6的信号传输方式可分成有线或无线的通讯模式，举例来说，整合式电压量测系统5与外部资料传输单元6的信号传输方式为有线通讯模式时，可利用隔离信号线(图未显示)来作为耦接的实体线路，通常可采用同步序列界面(Serial Peripheral Interface，SPI)，由于隔离信号件6仅用来传输数字信息，而不传递类比式的无线电压信号，因此即使线路意外地脱落、装配时发生错误或任何不可预期的错误发生时，仅会与燃料电池4发生失联，而不会因为电压过高导致整合式电压量测系统5及燃料电池4受到损害的问题。

而当整合式电压量测系统5与外部资料传输单元6的信号传输方式为无线通讯模式时，则直接通过电压量测模块51的无线通讯传输单元51a，除了能用来接收及输出燃料电池4的多个无线电压信号外，还读取外部资料传输单元6所传送的无线电压信号，其中，所述的无线信号传输单元的资料传输方式为主动式无线传输方法和/或被动式无线传输方法，举例来说，无线信号传输单元51a的资料传输方式可利用主动射频技术，像是利用现有的ZIGBEE、ANT、BT等等以作为传输的界面，或是利用被动式的射频标签以作为传输的界面，而当无线信号传输单元51a采用被动式的传输界面时，通常会与外部再搭配一个主动式读取器(图未显示)以读回无线电压信号，换言之，本发明中电压量测模块51的无线通讯传输单元51a对于燃料电池4的无线电压信号是以无线通讯的方式来接收，但与外部资料传输单元6之间的传输模式，则是按照不同的需求设计，通过有线或无线通讯的方式来达到资料传输的目的。

根据上一段落的叙述可知，由于电压量测模块7采用无线通讯的方式来接收燃料电池4中每个单电池41的无线电压信号，除了能降低因电子元件密度过高(像是大量用来传输类比信号的信号传输线)而产生彼此电气干扰的问题之外，也能有效缩短整合式电压量测系统5与燃料电池4之间的距离。

再者，由于本发明的整合式电压量测系统5中的电压量测模块7由于与连接模块5整合为一，因此，电压量测模块7所需的电力能直接通过燃料电池4供应，而无需再额外配置一个独立的电池以作为电源供应。

因此，本发明揭露的燃料电池的整合式电压量测系统，其利用无线通讯的方式传输燃料电池中每个单电池的电压值，因此使得电压量测模块、连接模块及燃料电池之间无需使用信号线耦接，有效达到电压隔离效果。且，由于其中的电压量测模块的端子直接耦接连接模块，整合式的结构可降低装配时发生错误的机率，降低因线路装配错误而导致燃料电池发生电压过高的风险。另外，由于整合式电压量测系统与外部资料传输单元之间仅由隔离信号线耦接，因此即使发生装配上的错误，仅会使得电压量测模块与燃料电池产生失联的问题，而不会有电压过高导致受损的问题发生。且由于整合式电压量测系统直接整合于燃料电池，使电压量测模块所需的电力直接由燃料电池供应，而无需额外加装独立的供电元件。

承上所述可知，在本发明所揭露的一种燃料电池的整合式电压量测系统中，将电压量测模块整合于燃料电池的连接模块上，且电压量测模块与连接模块仅以端子的方式彼此耦接，且电压量测模块通过无线通讯的方式接收并输送无线电压信号，因此，在整合式电压量测系统的装配上，不采用引线的方式，降低了装配错误的发生机率，同时也由于电压值的检测通过无线通讯方式实现，避免了因装配错误而导致电压过高、电路与元件受损的情形。另外，电压量测模块的电力来源由燃料电池反应后自供电，无需额外加装外部电源来提供电力给电压量测模块，能有效缩小整体系统的尺寸。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。