專利名稱：一種可檢測正負(fù)電壓的燃料電池堆單片電壓巡檢系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種串聯(lián)電源各單體電壓巡檢系統(tǒng)，是一種可檢測正負(fù)電壓的燃料電池堆單片電壓巡檢系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它直接將貯存在燃料氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。根據(jù)實際應(yīng)用中對燃料電池功率要求，通常燃料電池堆由幾十片到幾百片單電池串聯(lián)組成，在燃料電池運行過程中，單片電池的異常會影響整個燃料電池堆的性能與安全，為了確保燃料電池的正常工作并評估其性能，應(yīng)對運行參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控。而單片電池電壓是電池發(fā)電性能的最直接反映，因此應(yīng)對其進(jìn)行實時監(jiān)測，將采集到的單片電壓數(shù)據(jù)發(fā)送給燃料電池主控制器，并將其顯示、存儲，方便科研人員分析研究，以維護燃料電池系統(tǒng)安全運行。目前的燃料電池單片電壓檢測裝置均存在一定的不足，如采用電阻分壓和多路模擬開關(guān)的方法會使測量精度達(dá)不到要求，且大量的分壓電阻會影響電堆的性能；基于多個檢測單元和一個CAN(控制局域網(wǎng))網(wǎng)絡(luò)控制器組成的雙CAN網(wǎng)絡(luò)燃料電池單片在測量大功率燃料電池堆時，所需檢測單元電路板過多，使整個電壓巡檢儀體積大，功耗較高，系統(tǒng)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于為燃料電池系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化提供易布局，功耗低，成本低，精確性和可靠性高，實時性較好，可擴展性強的單片電壓檢測裝置。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種可檢測正負(fù)電壓的燃料電池堆單片電壓巡檢系統(tǒng)，由巡檢主控制器、 CANBUS (控制局域網(wǎng)總線)和N個檢測單元組成；每個檢測單元檢測η片單電池電壓，每個檢測單元包括選通單元、精密基準(zhǔn)電壓源、信號調(diào)理單元、A/D轉(zhuǎn)換器、CAN收發(fā)器、微處理器MCU，其特點是各個檢測單元的每個單片電池的正負(fù)極分別與相對應(yīng)的每個選通單元的輸入端連接；選通單元的輸出端分別與信號調(diào)理單元的輸入端Vi和信號地GND相連接； 選通單元的控制端與譯碼器的輸出端連接；微控制器MCU的I/O 口與譯碼器的譯碼輸入端相連，控制選通單元任意時刻只有一片單電池在線，該單片電壓信號送入信號調(diào)理單元的輸入端Vi，調(diào)理單元的輸出端Vo與A/D轉(zhuǎn)換器輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換器輸出端通過SPI內(nèi)部總線與微控制器MCU相連，微控制器MCU通過內(nèi)部CAN通信模塊與CAN收發(fā)器連接，將獲取的各個單片電壓數(shù)字信號通過CANBUS發(fā)送至巡檢主控制器。上述每個檢測單元檢測30片單電池電壓，可以檢測總片數(shù)為30*N的燃料電池單片電壓。每個檢測單元包括選通單元、精密基準(zhǔn)電壓源、信號調(diào)理單元、A/D轉(zhuǎn)換器、CAN 收發(fā)器、微處理器MCU。其特點是巡檢系統(tǒng)各個檢測單元中的每個單片電池& (i = 1， 2......30)的正負(fù)極與選通單元的每個輸入端In(n = 0,1,......30)連接，選通單元中光電隔離繼電器Jn(n = 0,1,......30)的編號為偶數(shù)的輸出端On(n = 0,2,4......30)與信
號調(diào)理單元的信號地GND相連，光電隔離繼電器Jn(n = 0，1，......30)的編號為奇數(shù)的輸
出端0η(η= 1,3,5......29)與信號調(diào)理單元的輸入端Vi相連接，選通單元中每個發(fā)光二
極管陰極控制端Cn(n = 0，1，......30)分別與第一譯碼器I和第二譯碼器II輸出端化和
Dn’連接。微控制器MCU的I/0> = 1,2,3,4)和I/0n(n = 5，6，7，8)分別與第一譯碼器I 的譯碼輸入端= 1,2,3,4)和第二譯碼器II的譯碼輸入端(n = 1,2,3,4)相連，控制選通單元在任意時刻有且只有1片單電池在線，在線的單電池電壓信號送入信號調(diào)理單元的輸入端Vi，調(diào)理單元的輸出端Vo與A/D轉(zhuǎn)換器輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換器輸出端通過SPI 內(nèi)部總線與微控制器MCU相連，微控制器MCU將從A/D轉(zhuǎn)換器獲取的微處理器MCU的CAN 通訊模塊通過光電隔離器件連接CAN收發(fā)器與CANBUS相連，將電壓數(shù)字信號傳送至巡檢主控制器。巡檢主控制器發(fā)送命令，啟動各個檢測單元，完成每個檢測單元30片單片電壓的檢測，對燃料電池堆每個檢測單元進(jìn)行循環(huán)順序切換，接收各個檢測單元的單片電壓信號， 從而實現(xiàn)整個燃料電池堆的單片電壓檢測。上述每個選通單元由31個單路常開型光電隔離繼電器芯片Jn(n = OU......30)
組成，其輸入端的發(fā)光二極管陽極通過限流電阻R1接+V電源，發(fā)光二極管陰極偶數(shù)控制端
Cn(n = 0，2......30)與第一譯碼器I的輸出端1\(11 = 0,1,2......15)相連接，發(fā)光二極管
陰極奇數(shù)控制端Cn(n = 1,3......29)與第二譯碼器II的輸出端Dn' (η = 1,2......15)
相連接。光電隔離繼電器輸入端Itl, I1- · · I29, I3tl分別與相對應(yīng)燃料電池組的每片電池正、
負(fù)極相連，選通單元中的光電隔離繼電器編號為偶數(shù)的輸出端On(η = 0，2，4......30)與
信號地GND相連，光電隔離繼電器編號為奇數(shù)的輸出端On(η = 1,3,5......29)與信號調(diào)
理單元的輸入端Vi相連接。微處理器MCU的I/Op I/O2, 1/03、I/O4與第一譯碼器I的控制輸入端S。S2, S3、S4 相連，1/05、1/06、1/07、1/08與第二譯碼器II控制輸入端S/ ,S2' ,S3' >S4'相連；在微處理器 MCU 的控制下，I/Oi、I/O2, 1/03、1/04和 1/05、I/O6, I/O7, 1/08 分別依次從 OOOO 到 1111進(jìn)行16種狀態(tài)切換，第一譯碼器I輸出端Dtl-D15和第二譯碼器II輸出端Dc/ -D15' 分別依次輸出為低電平，即同一時刻第一譯碼器I和第二譯碼器II的輸出端1) 和Dn' (η
=0,1,......15)各自僅有1個輸出端同時為低電平，對應(yīng)的光電隔離繼電器Jn(n = 0，1，
2，......30)中相鄰的兩個開關(guān)同時處于閉合狀態(tài)，使該單片電池的電壓信號引入信號調(diào)
理單元；微處理器MCU不斷發(fā)送相應(yīng)控制指令實現(xiàn)相鄰兩個光電隔離繼電器的循環(huán)順序?qū)?br> 通。當(dāng)選定編號為奇數(shù)的單片電池Bi (i = 1，3......29)時，該片電池的正極通過光電隔離
繼電器的奇數(shù)輸出端On(η = 1,3,5......29)與信號調(diào)理單元輸入端Vi相連，負(fù)極通過相
鄰光電隔離繼電器的偶數(shù)輸出端On(η = 0，2，4......30)與信號調(diào)理單元信號地GND相連；
當(dāng)選定編號為偶數(shù)的單片電池Bi (i =，2......30)時，該片電池的正極通過光電隔離繼電
器的偶數(shù)輸出端0n(n = 0，2，4......30)與信號調(diào)理單元信號地GND相連；負(fù)極通過相鄰光
電隔離繼電器的奇數(shù)輸出端On(η = 1,3,5......29)與信號調(diào)理單元輸入端Vi相連，使單
片電池的電壓信號引入信號調(diào)理單元，實現(xiàn)單片電池正負(fù)電壓的測量。各光電隔離繼電器陣列中光電隔離繼電器芯片主要參數(shù)如下開啟電流典型值為1.2mA，關(guān)斷電流典型值為 1. ImA,導(dǎo)通電阻典型值為沈歐，開啟時間典型值約為0. 5ms,關(guān)斷時間典型值約為0. 08ms。信號調(diào)理單元由精密軌到軌運放構(gòu)成的電壓跟隨器和差分比例放大電路(其中Rn'采用精密電阻(η= 1，2，......7)構(gòu)成)。信號調(diào)理單元的輸入端Vi與1個二階低
通有源濾波電路的前級相連接，二階低通有源濾波電路后級的UlA輸出端6經(jīng)過電阻R3' 與差分比例放大電路的反相端9連接；電壓跟隨器UlB的輸入端3連接1個+2. 4V精密基準(zhǔn)電壓源，電壓跟隨器UlB輸出端1經(jīng)過電阻IV與差分比例放大電路UlC的同相端8連接，當(dāng)系統(tǒng)采集到單片電池為負(fù)電壓時，通過精密基準(zhǔn)電壓源電位的提升，使信號調(diào)理單元輸出為正電壓，實現(xiàn)了負(fù)電壓的檢測，滿足A/D轉(zhuǎn)換器的要求；電壓跟隨器UlB輸出端1經(jīng)過電阻IV與差分比例放大電路UlC的同相端8連接，信號調(diào)理單元的輸出端VO具有電阻 R7'、電容C3和穩(wěn)壓管組成的限幅輸出保護電路。使輸出電壓鉗位在0-VT，以保護后續(xù)元器件的安全。A/D轉(zhuǎn)換器將采集到的電壓信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)數(shù)字信號，通過SPI通信接口傳送至微處理器MCU，微處理器MCU的CAN通信模塊通過CAN收發(fā)器與總CANBUS網(wǎng)絡(luò)相連，進(jìn)行信息傳輸。CAN通信模塊與CAN收發(fā)器之間具有光電隔離器件。系統(tǒng)有分步檢測模式和同步檢測模式兩種工作模式；分步檢測模式下，巡檢主控制器首先通過CANBUS總線發(fā)送第1個檢測單元的啟動指令，第1個檢測單元收到指令后開始啟動電壓檢測，檢測完畢后將數(shù)據(jù)發(fā)還給巡檢主控制器，巡檢主控制器收到第1個檢測單元發(fā)來的數(shù)據(jù)后再發(fā)送第2個檢測單元的啟動指令，第2個檢測單元再啟動檢測工作，檢測完畢后再將數(shù)據(jù)發(fā)還給巡檢主控制器，如此依次下去，直至巡檢主控制器收到第N個檢測單元發(fā)送的檢測數(shù)據(jù)；同步檢測模式下，巡檢主控制器通過CANBUS總線廣播式發(fā)送啟動命令，N個檢測單元同時啟動電壓檢測，巡檢主控制器再發(fā)送第1個檢測單元的傳輸呼叫指令，第1個檢測單元收到傳輸呼叫指令后將檢測所得數(shù)據(jù)發(fā)給巡檢主控制器，巡檢主控制器收到后再發(fā)送第2個檢測單元的傳輸呼叫指令，依次下去，直至巡檢主控制器收到第N個檢測單元發(fā)送的檢測數(shù)據(jù)。整個巡檢系統(tǒng)電路簡潔、清晰，可靠性高，成本較低，可擴展性強，能夠?qū)崿F(xiàn)對燃料電池堆單片電壓的高精度檢測。


圖1為本發(fā)明巡檢系統(tǒng)及檢測單元結(jié)構(gòu)原理框圖。圖2為本發(fā)明巡檢系統(tǒng)控制程序流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖1所示為一種可檢測正負(fù)電壓的燃料電池堆單片電壓巡檢系統(tǒng)，由巡檢主控制器、CANBUS和N個檢測單元組成；每個檢測單元檢測30片單電池電壓，可以檢測總片數(shù)為30*N的燃料電池單片電壓。每個檢測單元包括選通單元、精密基準(zhǔn)電壓源、信號調(diào)理單元、A/D轉(zhuǎn)換器、CAN收發(fā)器、微處理器MCU。以第1個檢測單元為例，其余類推；檢測
單元中的每個單電池BiG = 1,2......30)的正負(fù)極與選通單元的每個輸入端InOi = 0，
1，......30)相連接，選通單元中光電隔離繼電器Jn(n = 0，1，......30)的編號為偶數(shù)的
輸出端On(n = 0,2,4......30)與信號調(diào)理單元的信號地GND相連，光電隔離繼電器Jn(η
=0,1,......30)的編號為奇數(shù)的輸出端0η(η= 1，3，5......29)與信號調(diào)理單元的輸入
端Vi相連接，選通單元中每個發(fā)光二極管陰極控制端Cn(n = 0,1,......30)分別與第一譯碼器I和第二譯碼器II輸出端D1^PDn'連接。微控制器MCU的Ι/0η(η= 1，2，3，4)和I/ On(n = 5,6,7,8)分別與第一譯碼器I的譯碼輸入端= 1,2,3,4)和第二譯碼器II的譯碼輸入端(n = 1,2,3,4)相連，控制選通單元在任意時刻有且只有1片單電池在線， 在線的單電池電壓信號送入信號調(diào)理單元的輸入端Vi，調(diào)理單元的輸出端Vo與A/D轉(zhuǎn)換器輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換器輸出端通過SPI內(nèi)部總線與微控制器MCU相連，微控制器MCU與 A/D轉(zhuǎn)換器連接，將獲取的電壓數(shù)字信號通過內(nèi)部CAN通訊模塊經(jīng)光耦隔離后再通過CAN收發(fā)器傳送至CANBUS，再由巡檢主控制器接收。巡檢主控制器發(fā)送命令，啟動各個檢測單元， 完成每個檢測單元30片單片電壓的檢測，對燃料電池堆每個檢測單元進(jìn)行循環(huán)順序切換， 接收各個檢測單元的單片電壓信號，從而實現(xiàn)整個燃料電池堆的單片電壓檢測。每個選通單元由31個單路常開型光電隔離繼電器芯片Jn(n = OU......30)組
成，其輸入端的發(fā)光二極管陽極通過限流電阻R1接+V電源，發(fā)光二極管陰極偶數(shù)控制端
Cn(n = 0，2......30)與第一譯碼器I的輸出端1\(11 = 0,1,2......15)相連接，發(fā)光二極管
陰極奇數(shù)控制端Cn(n = 1,3......29)與第二譯碼器II的輸出端Dn' (η = 1,2......15)
相連接。。光電隔離繼電器輸入端Itl, I1- . . I29, 130分別與相對應(yīng)燃料電池組的每片電池正、
負(fù)極相連，選通單元中的光電隔離繼電器編號為偶數(shù)的輸出端On(η = 0，2，4......30)與
信號地GND相連，光電隔離繼電器編號為奇數(shù)的輸出端On(η = 1,3,5......29)與信號調(diào)
理單元的輸入端Vi相連接。微處理器MCU的I/Op I/O2, 1/03、I/O4與第一譯碼器I的控制輸入端S。S2, S3、S4 相連，1/05、1/06、1/07、1/08與第二譯碼器II控制輸入端S/ ,S2' ,S3' >S4'相連；在微處理器 MCU 的控制下，I/Oi、I/O2, 1/03、1/04和 1/05、I/O6, I/O7, 1/08 分別依次從 OOOO 到 1111進(jìn)行16種狀態(tài)切換，第一譯碼器I輸出端Dtl-D15和第二譯碼器II輸出端Dc/ -D15' 分別依次輸出為低電平，即同一時刻第一譯碼器I和第二譯碼器II的輸出端1) 和Dn' (η
=0,1,......15)各自僅有1個輸出端同時為低電平，對應(yīng)的光電隔離繼電器Jn(n = 0，1，
2，......30)中相鄰的兩個開關(guān)同時處于閉合狀態(tài)，使該單片電池的電壓信號引入信號調(diào)
理單元；微處理器MCU不斷發(fā)送相應(yīng)控制指令實現(xiàn)相鄰兩個光電隔離繼電器的循環(huán)順序?qū)?br> 通。當(dāng)選定編號為奇數(shù)的單片電池Bi (i = 1，3......29)時，該片電池的正極通過光電隔離
繼電器的奇數(shù)輸出端On(η = 1,3,5......29)與信號調(diào)理單元輸入端Vi相連，負(fù)極通過相
鄰光電隔離繼電器的偶數(shù)輸出端On(η = 0，2，4......30)與信號調(diào)理單元信號地GND相連；
當(dāng)選定編號為偶數(shù)的單片電池Bi (i =，2......30)時，該片電池的正極通過光電隔離繼電
器的偶數(shù)輸出端0n(n = 0，2，4......30)與信號調(diào)理單元信號地GND相連；負(fù)極通過相鄰光
電隔離繼電器的奇數(shù)輸出端On(η = 1,3,5......29)與信號調(diào)理單元輸入端Vi相連，使單
片電池的電壓信號引入信號調(diào)理單元，實現(xiàn)單片電池正負(fù)電壓的測量。各光電隔離繼電器陣列中光電隔離繼電器芯片主要參數(shù)如下開啟電流典型值為1.2mA，關(guān)斷電流典型值為 1. ImA,導(dǎo)通電阻典型值為沈歐，開啟時間典型值約為0. 5ms,關(guān)斷時間典型值約為0. 08ms。信號調(diào)理單元由精密軌到軌運放構(gòu)成的電壓跟隨器和差分比例放大電路(其中
Rn'采用精密電阻(η= 1，2，......7)構(gòu)成)。信號調(diào)理單元的輸入端Vi與1個2階低
通有源濾波電路的前級相連接，2階低通有源濾波電路后級的UlA輸出端6經(jīng)過電阻R3' 與差分比例放大電路的反相端9連接；電壓跟隨器UlB的輸入端3連接1個+2. 4V精密基準(zhǔn)電壓源，電壓跟隨器UlB輸出端1經(jīng)過電阻IV與差分比例放大電路UlC的同相端8連接，當(dāng)系統(tǒng)采集到單片電池為負(fù)電壓時，通過精密基準(zhǔn)電壓源電位的提升，使信號調(diào)理單元輸出為正電壓，實現(xiàn)了負(fù)電壓的檢測，滿足A/D轉(zhuǎn)換器的要求；電壓跟隨器UlB輸出端1經(jīng)過電阻IV與差分比例放大電路UlC的同相端8連接，信號調(diào)理單元的輸出端VO具有電阻 R7'、電容C3和穩(wěn)壓管組成的限幅輸出保護電路。使輸出電壓鉗位在0-VT，以保護后續(xù)元器件的安全。A/D轉(zhuǎn)換器將采集到的電壓信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)數(shù)字信號，通過SPI通信接口傳送至微處理器MCU，微處理器MCU的CAN通訊模塊通過CAN收發(fā)器與總CANBUS相連，CANBUS連接有巡檢主控制器、終端電阻Rl和R2，進(jìn)行信息傳輸。CAN通訊模塊與CAN收發(fā)器之間具有光電隔離器件。 如測量由300片燃料電池組成的燃料電池堆的各單片電壓。電堆累計電壓接近 300V，選通單元中光電隔離繼電器芯片的主要參數(shù)如下開啟電流典型值為1.2mA，關(guān)斷電流典型值為1. 1mA，導(dǎo)通電阻典型值為沈歐，開啟時間典型值約為0. 5ms，關(guān)斷時間典型值約為0. 08ms。信號調(diào)理電路中運算放大器可選擇精密運放TLV274 ；A/D轉(zhuǎn)換器選擇單通道 12位以上的A/D轉(zhuǎn)換芯片，如TI公司的TLV2541 ；微處理器MCU選擇帶有SPI、CAN模塊的芯片，如 MICROCHIP 公司的 PIC18F258。 整個電堆中單片電池數(shù)為300片，故檢測單元數(shù)(也即選通單元數(shù))為300 + 30 = 10組。系統(tǒng)有分步檢測模式與同步檢測模式兩種工作模式，如圖2所示。為了在上位機實時顯示數(shù)據(jù)，可以選擇工作在分步檢測模式下，采用定時周期為30ms切換的方式，由巡檢主控制器給第1個檢測單元的MCU發(fā)送命令啟動該檢測單元進(jìn)入工作狀態(tài)20ms，實現(xiàn)該檢測單元30片單片電壓的檢測，然后停止該檢測單元并延時IOms ；再啟動下1個檢測單元， 如此循環(huán)，實現(xiàn)整個燃料電池堆的單片電壓檢測。由于整個系統(tǒng)的實時性主要取決于選通單元中光電隔離繼電器芯片的開關(guān)時間，在所選取器件允許的情況下，可以減小定時周期， 使得實時性更高。系統(tǒng)工作在同步檢測模式下時，由巡檢主控制器通過CANBUS總線廣播式發(fā)送啟動命令，N個檢測單元同時啟動電壓檢測，巡檢主控制器再發(fā)送第1個檢測單元的傳輸呼叫指令，第1個檢測單元收到傳輸呼叫指令后將檢測所得數(shù)據(jù)發(fā)給巡檢主控制器，巡檢主控制器收到后再發(fā)送第2個檢測單元的傳輸呼叫指令，依次下去，直至巡檢主控制器收到第N個檢測單元發(fā)送的檢測數(shù)據(jù)。同步檢測模式可以測得在同一個時刻，各個單片燃料電池的電壓值。對于每個檢測單元的30片電池所需兩個4線-16線譯碼器芯片，由微處理器MCU 對兩片4線-16線譯碼器芯片進(jìn)行片選，確保每片電池正負(fù)極兩端同時選中。采集時依次將在線傳送過來的電壓信號通過信號調(diào)理電路進(jìn)行電壓調(diào)理，由A/D轉(zhuǎn)換器將其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)數(shù)字信號，再通過SPI內(nèi)部總線送入微處理器MCU，完成當(dāng)前在線單片電池電壓檢測， 依次對各單電池順序切換，完成各個檢測單元30片單片電壓的檢測，從而實現(xiàn)整個燃料電池堆單片電壓的檢測。最后，本發(fā)明的實施僅用于說明技術(shù)方案而非限制。一切根據(jù)本發(fā)明的本質(zhì)進(jìn)行的修改、等效組合，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種可檢測正負(fù)電壓的燃料電池堆單片電壓巡檢系統(tǒng)，由巡檢主控制器、CANBUS和 N個檢測單元組成；每個檢測單元檢測η片單電池電壓，每個檢測單元包括選通單元、精密基準(zhǔn)電壓源、信號調(diào)理單元、A/D轉(zhuǎn)換器、CAN收發(fā)器、微處理器MCU，其特征在于各個檢測單元的每個單片電池的正負(fù)極分別與相對應(yīng)的每個選通單元的輸入端連接；選通單元的輸出端分別與信號調(diào)理單元的輸入端Vi和信號地GND相連接；選通單元的控制端與譯碼器的輸出端連接；微控制器MCU的I/O 口與譯碼器的譯碼輸入端相連，控制選通單元任意時刻只有一片單電池在線，該單片電壓信號送入信號調(diào)理單元的輸入端Vi，調(diào)理單元的輸出端Vo 與A/D轉(zhuǎn)換器輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換器輸出端通過SP I內(nèi)部總線與微控制器MCU相連，微控制器MCU通過內(nèi)部CAN通信模塊與CAN收發(fā)器連接，將獲取的各個單片電壓數(shù)字信號通過CANBUS發(fā)送至巡檢主控制器。
2.如權(quán)利要求1所述的可檢測正負(fù)電壓的燃料電池堆單片電壓巡檢系統(tǒng)，其特征在于每個檢測單元檢測30片單電池電壓，30片單電池按順序編號為1-30，每個檢測單元的選通單元由31個單路常開型光電隔離繼電器芯片Jn組成，每個單路常開型光電隔離繼電器芯片Jn按順序編號為Jtl J3tl，每個單路常開型光電隔離繼電器芯片Jn中發(fā)光二極管的陽極通過限流電阻R1接+V電源，每個編號為偶數(shù)的常開型光電隔離繼電器芯片Jn中發(fā)光二極管陰極控制端與第一譯碼器I的輸出端Dn相連接；每個編號為奇數(shù)的常開型光電隔離繼電器芯片Jn中發(fā)光二極管陰極控制端與第二譯碼器II的輸出端Dn'相連接，光電隔離繼電器電器芯片Jn輸入端分別與相應(yīng)燃料電池正、負(fù)極相連，選通單元中編號為偶數(shù)的光電隔離繼電器電器芯片幾輸出端與信號地GND相連，編號為奇數(shù)的光電隔離繼電器電器芯片Jn輸出端與信號調(diào)理單元的輸入端Vi連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的燃料電池堆單片電壓巡檢系統(tǒng)，其特征在于所述微控制器MCU的I/O” 1/02、1/03、1/04 口分別與第一譯碼器I的控制輸入端S” S2, S3> S4相連，所述微控制器MCU的1/05、1/06、1/07、1/08 口分別與第二譯碼器II控制輸入端S/ ,S2'、 S3'、s/相連；在微處理器MCU的控制下，微控制器MCU的Ι/Ορ Α^ Α^ Α^Π和微控制器MCU的1/05、1/06、1/07、1/08 口分別依次從OOOO到1111進(jìn)行16種狀態(tài)切換，第一譯碼器I輸出端Dtl-D15和第二譯碼器II輸出端Dc/ -D15'分別依次輸出為低電平，即同一時刻第一譯碼器I和第二譯碼器II的輸出端Dn和Dn'各自僅有1個輸出端同時為低電平， 對應(yīng)的光電隔離繼電器電器芯片Jn中相鄰的兩個開關(guān)同時處于閉合狀態(tài)，使該單片電池的電壓信號引入信號調(diào)理單元；微處理器MCU不斷發(fā)送相應(yīng)控制指令實現(xiàn)相鄰兩個光電隔離繼電器的循環(huán)順序?qū)ā?br> 4.如權(quán)利要求1或2所述的燃料電池堆單片電壓巡檢系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)選定編號為奇數(shù)的單片電池時，該片電池的正極通過編號為奇數(shù)光電隔離繼電器電器芯片Jn的輸出端On與信號調(diào)理單元輸入端Vi相連，負(fù)極通過相鄰的編號為偶數(shù)的光電隔離繼電器電器芯片Jn的輸出端與信號調(diào)理單元信號地GND相連；當(dāng)選定編號為偶數(shù)的單片電池時，該片電池的正極通過編號為偶數(shù)的光電隔離繼電器電器芯片Jn的輸出端On與信號調(diào)理單元信號地GND相連；負(fù)極通過相鄰的編號為奇數(shù)的光電隔離繼電器電器芯片Jn的輸出端On與信號調(diào)理單元輸入端Vi相連，實現(xiàn)單片電池正負(fù)電壓的測量。
5.如權(quán)利要求1所述的燃料電池堆單片電壓巡檢系統(tǒng)，其特征在于所述信號調(diào)理單元由精密軌到軌運放構(gòu)成的電壓跟隨器和差分比例放大電路構(gòu)成，信號調(diào)理單元的輸入端Vi連接1個二階低通有源濾波電路，其UlA輸出端6經(jīng)過電阻IV與差分比例放大電路UlC 的反相端9連接，電壓跟隨器UlB的輸入端3連接1個+2. 4V精密基準(zhǔn)電壓源，電壓跟隨器 UlB輸出端1經(jīng)過電阻IV與差分比例放大電路UlC的同相端8連接，信號調(diào)理單元的輸出端W具有電阻R7'、電容C3和穩(wěn)壓管組成的限幅輸出保護電路，微處理器MCU的CAN通訊模塊通過光電隔離器件連接CAN收發(fā)器與CANBUS相連，CANBUS連接有巡檢主控制器、終端電阻Rl和R2，進(jìn)行信息傳輸。
6.如權(quán)利要求1所述的燃料電池堆單片電壓巡檢系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)有分步檢測模式和同步檢測模式兩種工作模式；分步檢測模式下，巡檢主控制器首先通過CANBUS總線發(fā)送第1個檢測單元的啟動指令，第1個檢測單元收到指令后開始啟動電壓檢測，檢測完畢后將數(shù)據(jù)發(fā)還給巡檢主控制器，巡檢主控制器收到第1個檢測單元發(fā)來的數(shù)據(jù)后再發(fā)送第2個檢測單元的啟動指令，第2個檢測單元再啟動檢測工作，檢測完畢后再將數(shù)據(jù)發(fā)還給巡檢主控制器，如此依次下去，直至巡檢主控制器收到第N個檢測單元發(fā)送的檢測數(shù)據(jù)；同步檢測模式下，巡檢主控制器通過CANBUS總線廣播式發(fā)送啟動命令，N個檢測單元同時啟動電壓檢測，巡檢主控制器再發(fā)送第1個檢測單元的傳輸呼叫指令，第1個檢測單元收到傳輸呼叫指令后將檢測所得數(shù)據(jù)發(fā)給巡檢主控制器，巡檢主控制器收到后再發(fā)送第2個檢測單元的傳輸呼叫指令，依次下去，直至巡檢主控制器收到第N個檢測單元發(fā)送的檢測數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可檢測正負(fù)電壓的燃料電池堆單片電壓巡檢系統(tǒng)，由巡檢主控制器、CANBUS和N個檢測單元組成；每個檢測單元檢測30片單電池電壓，可以檢測總片數(shù)為30*N的燃料電池單片電壓。微控制器MCU通過譯碼器控制選通單元，保證任意時刻有且只有一片單電池在線，其電壓信號送入信號調(diào)理單元，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入微控制器MCU，微控制器MCU將單片數(shù)字電壓信號通過CANBUS傳送至巡檢主控制器。巡檢主控制器發(fā)送命令，啟動各個檢測單元，完成每個檢測單元30片單片電壓的檢測，依次循環(huán)接收各個檢測單元的單片電壓信號，從而實現(xiàn)整個燃料電池堆的單片電壓檢測。整個巡檢系統(tǒng)電路簡潔、清晰，可靠性高，成本較低，可擴展性強，能夠?qū)崿F(xiàn)對燃料電池堆單片電壓的高精度檢測。
文檔編號G01R31/36GK102288813SQ20111020109
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者丁靜, 全書海, 全睿, 吳昕, 王樹明, 肖朋, 謝長君, 鄧超, 閆金超, 陳啟宏, 黃亮 申請人:武漢理工大學(xué)