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，過干、過濕、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，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)，但是需要定制開發(fā)，一般開發(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)開發(fā)的單個(gè)可組裝拓展的電壓巡檢。筆者推測(cè)，在開發(fā)電壓巡檢的過程中，由于各式各樣電堆的出現(xiàn)，倒逼電壓巡檢開發(fā)商思考如何能夠開發(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)行快速的開發(fā)，產(chǎn)品的開發(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)的開發(fā)，來(lái)滿足布置方面的要求。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度看，開發(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，并通過外部蓋板進(jìn)行密封。這樣做的原因，筆者猜測(cè)是通過對(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。