燃料電池電堆巡檢（CVM）是什么？

巡檢的功能，用一句話來(lái)說(shuō)：采集單體電壓（或電堆總電壓）信號(hào)，并將其發(fā)送到燃料電池系統(tǒng)控制器，通過(guò)對(duì)單體電壓信號(hào)的檢查，來(lái)判斷燃料電池的工作狀態(tài)。

電壓巡檢通過(guò)巡檢信號(hào)采集線與燃料電池電堆上的單體電池進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)電壓的采集，在電壓巡檢中通過(guò)巡檢通訊（如CAN總線通訊）線束傳輸?shù)酵ㄓ嵐ぞ撸ㄈ鏑ANalyzer），后通過(guò)通訊工具與PC端（或上位機(jī)）連接，直接監(jiān)控或記錄采集到的電堆單體電壓。

為什么要安裝巡檢(CVM)？

燃料電池的健康狀態(tài)主要反映在其單體電壓上，過(guò)干、過(guò)濕、缺氣等不良操作條件及機(jī)械損傷等因素均會(huì)使燃料電池的單體電壓發(fā)生改變。因此，如果要診斷燃料電池的狀態(tài)或依靠單體電壓進(jìn)行燃料電池系統(tǒng)控制，就需要知道燃料電池的單體電壓，配合使用燃料電池（電堆）和巡檢。

那么可不可以不安裝巡檢呢？在目前燃料電池（電堆）不能*避免缺氣、水淹、反極、短路等各種失效的情況下，巡檢就如同燃料電池系統(tǒng)的眼睛一樣，其作用將在未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法替代，至少以筆者目前的了解，目前已有的燃料電池電堆和燃料電池系統(tǒng)均配備有巡檢。

結(jié)構(gòu)

就像人類的眼睛，幾乎每個(gè)人的眼睛都不同，對(duì)于電壓巡檢來(lái)說(shuō)，也存在不同的外形，一些電壓巡檢制造商可以根據(jù)特殊的巡檢殼體形狀申請(qǐng)外觀專li 。

安徽明天氫能科技有限公司，可以看出來(lái)，此電壓巡檢外形中規(guī)中矩，整體呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的立方體，單體電壓采樣線的接口與通訊和供電接口在同一側(cè)。

武漢泰歌氫能汽車有限公司，此電壓巡檢的外形整體也呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的立方體，單體電壓采樣線的接口與通訊和供電接口在不同方向。筆者認(rèn)為，在實(shí)際巡檢電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，武漢泰歌的電壓巡檢可能會(huì)比安徽明天的電壓巡檢表現(xiàn)出更好的電磁兼容性能，因?yàn)槲錆h泰歌的電壓巡檢電路板設(shè)計(jì)中，更容易將電堆采樣（“高壓電”）區(qū)和巡檢供電（“低壓電”）隔離開(kāi)，降低了由于電堆產(chǎn)生的電壓對(duì)巡檢自身供電產(chǎn)生電磁干擾的風(fēng)險(xiǎn)。

德國(guó)SMART estsolution GmbH公司推出了單個(gè)的，可組裝拓展的電壓巡檢。這種單個(gè)的可組裝拓展的電壓巡檢，可以很好的快速應(yīng)對(duì)不同功率大小的電堆產(chǎn)品，但筆者認(rèn)為，在產(chǎn)品尚未*成熟與驗(yàn)證時(shí)，保證單體品質(zhì)的一致性有一定的難度；當(dāng)單體品質(zhì)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，如何保證其它單體正常高效的工作是需要制造商思考的問(wèn)題。同時(shí)為了保證單品品質(zhì)的一致性，該電壓巡檢的成本會(huì)相對(duì)較高，影響其普適推廣。

德國(guó)SMART estsolution GmbH公司在2019年推出的一體式的G5S電壓巡檢系統(tǒng)。對(duì)比上面由單個(gè)電壓巡檢組裝的形式，G5S具有機(jī)械穩(wěn)定性高與集成度高的特點(diǎn)，但是需要定制開(kāi)發(fā)，一般開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)于上面組裝類型的巡檢。該款產(chǎn)品是德國(guó)SMART公司較早期的產(chǎn)品，可以看出早期電壓巡檢已經(jīng)充分考慮了其功能性，但產(chǎn)品的普適性或可拓展性不如后來(lái)開(kāi)發(fā)的單個(gè)可組裝拓展的電壓巡檢。筆者推測(cè)，在開(kāi)發(fā)電壓巡檢的過(guò)程中，由于各式各樣電堆的出現(xiàn)，倒逼電壓巡檢開(kāi)發(fā)商思考如何能夠開(kāi)發(fā)出快速應(yīng)對(duì)各種不同電堆的電壓巡檢。由此，快速催生了單體可組裝拓展式電壓巡檢。

德國(guó)HORIBA集團(tuán)FuelCon的電壓巡檢供應(yīng)商為SMAR Testsolution GmbH。結(jié)合德國(guó)HORIBA集團(tuán)FuelCon的電壓巡檢的外形及細(xì)節(jié)圖可以看出，SMART Testsolution公司的電壓巡檢可以進(jìn)行串聯(lián)組裝，按照電堆的大小進(jìn)行快速的開(kāi)發(fā)，產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期短。

德國(guó)SMAR Electronic Development GmbH推出的電壓巡檢CVMpro60/90-R3

綜上所述，巡檢的外形并不拘泥于某一特定的樣式，可以根據(jù)燃料電池電堆的樣式進(jìn)行相應(yīng)的開(kāi)發(fā)，來(lái)滿足布置方面的要求。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度看，開(kāi)發(fā)出普適性好，單個(gè)可組裝拓展的電壓巡檢將是一個(gè)大趨勢(shì)。

應(yīng)用

巡檢安裝的位置及布置方法，根據(jù)需求不同，應(yīng)用場(chǎng)景不同，其布置方法和位置也有所不同。

一種燃料電池電堆巡檢的安裝

我們可以從眾多各主機(jī)廠及電堆生產(chǎn)廠商看到有許多種巡檢的布置方法：

豐田Mirai的巡檢布置如下：

根據(jù)筆者了解，豐田Mirai將電壓巡檢直接布置集成在電堆殼體內(nèi)部，且在布置時(shí)遠(yuǎn)離了電堆高壓電輸出銅排，降低了電堆產(chǎn)生高壓電對(duì)電壓巡檢的電磁干擾。

現(xiàn)代Nexo的巡檢布置如下：

現(xiàn)代Nexo的電壓巡檢布置在電堆的側(cè)面，并用外殼蓋板將其密封起來(lái)，當(dāng)需要更換或維修電壓巡檢時(shí)，直接打開(kāi)巡檢蓋板即可操作。因此相比豐田Mirai，具有較好和較方便的維護(hù)性。

上海氫晨MS06型103kW金屬板電堆外形

上海氫晨MS06型電堆，將電壓巡檢布置于電堆上水平面，該布置不同于電堆側(cè)面布置，能夠防止水汽凝結(jié)后豎直延電壓信號(hào)線流入電壓巡檢電路板。

上海氫晨專為60kW系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的H280C型電堆

上海氫晨H280C型電堆，電壓巡檢采用側(cè)面布置，如豐田和現(xiàn)代，需要保證接插件有較好的防水性能

捷氫科技115KW自主研發(fā)電堆

從捷氫科技自主研發(fā)電堆看，將電壓巡檢布置在電堆側(cè)面，外界用巡檢蓋板進(jìn)行了密封，筆者猜測(cè)該設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)標(biāo)現(xiàn)代Nexo而衍生出來(lái)的。

安徽明天氫能

安徽明天的電堆沒(méi)有明確體現(xiàn)出電壓巡檢的布置位置，但是預(yù)留了電壓巡檢線束。筆者猜測(cè)，此舉是為了專心研發(fā)電堆，讓用戶根據(jù)自身需求去選購(gòu)定制電壓巡檢。

大連新源HYMOD@-70電堆模塊（圖片來(lái)源新聞網(wǎng)站）

大連新源HYMOD@-70電堆模塊（圖片來(lái)源其*網(wǎng)站）。筆者猜測(cè)，大連新源官wang上釋放的 HYMOD@-70電堆模塊上，電壓巡檢已經(jīng)移入電堆殼體內(nèi)部，并通過(guò)外部蓋板進(jìn)行密封。這樣做的原因，筆者猜測(cè)是通過(guò)對(duì)標(biāo)如現(xiàn)代等燃料電池系統(tǒng)的結(jié)果。移入電堆殼體內(nèi)部的巡檢是否有殼體包裹暫無(wú)法確定。

BMW集團(tuán)電堆模塊fuel cell X5集成

BMW采用了豐田Mirai相同的電堆，因此電壓巡檢位置與豐田相同。

某電堆測(cè)試臺(tái)巡檢布置（巡檢為德國(guó)SMAR Elecronic Development GmbH公司的產(chǎn)品，從圖中外形猜測(cè)產(chǎn)品型號(hào)為CVMpro60/90-R3）

通過(guò)堆上述各整車廠及電堆供應(yīng)商的電堆巡檢的分析，可以看出他們都存在一個(gè)共同的特點(diǎn)：即有電堆外殼或巡檢模塊自身外殼進(jìn)行包裹。筆者認(rèn)為，這樣的做法主要有三個(gè)出發(fā)點(diǎn)：1、保證巡檢的防水防塵的需求。電壓巡檢的主體是電子元器件，為了使其能在各種不同的環(huán)境下長(zhǎng)壽命的工作，防水防塵*，至少有電堆模塊外殼一層保護(hù)，給電壓巡檢模塊自身加外殼可以加強(qiáng)保護(hù)。2、機(jī)械防護(hù)的需求。不論是電堆模塊殼體還是電壓巡檢模塊殼體，絕大部分采用金屬外殼。金屬外殼一方面可以保障巡檢在不同安裝位置的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)保證了電壓巡檢一定的抗機(jī)械沖擊及抗機(jī)械振動(dòng)的能力，這一點(diǎn)在整車燃料電池的應(yīng)用上非常重要，車用燃料電池需要通過(guò)國(guó)標(biāo)或企標(biāo)中關(guān)于機(jī)械振動(dòng)沖擊方面的標(biāo)準(zhǔn)；3、電磁兼容性能的需求。電壓巡檢的金屬外殼可以有效的防止電磁干擾通過(guò)輻射直接影響到電壓巡檢的電路。燃料電池電堆作為能量轉(zhuǎn)化的化學(xué)反應(yīng)器，其對(duì)電壓巡檢產(chǎn)生的電磁干擾比較有限，因此如將電壓巡檢布入電堆殼體，則推薦對(duì)電壓巡檢自身也采用金屬外殼保護(hù)。

總而言之，燃料電池電壓巡檢的外形無(wú)具體的要求，可以根據(jù)用戶的燃料電池電堆來(lái)開(kāi)發(fā)，未來(lái)單體可拓展的形式市場(chǎng)可期。燃料電池的電壓的布置和外殼材料的方案確定，需要保證防水防塵、機(jī)械防護(hù)和電磁兼容性能。