燃料电池阻抗测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种燃料电池阻抗测量装置及方法，装置包括：被测功率端、信号激励电路、控制单元和信号采集电路。本发明专利技术通过无感采样电阻来获取低频到高频的电流模拟信号，利用无感采样电阻优秀的高频响应性能，能够提高测量精度，此外控制单元通过切换第一耦合电容切换电路和第二耦合电容切换电路中对应容值的耦合电容来准确去除电流信号和电压信号中的直流分量，能够快速准确的测量出多个频率的大功率燃料电池的交流阻抗，测量频率广且测量精度高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池阻抗测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池测量领域，特别涉及一种燃料电池阻抗测量装置及方法。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器；它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。燃料电池的交流阻抗是燃料电池性能的关键数据，进行燃料电池的交流阻抗测量可以识别有问题的燃料电磁组件和其他在组装过程中产生的误差；有助于确定燃料电池系统中的运动阻力，欧姆电阻，以及反应物的运输限制。
[0003]传统的燃料电池交流阻抗测量过程中，一般是采用交流注入法，将检测装置外接一个信号发生器注入燃料电池中，产生微弱的交流信号接入通用低速ADC芯片，再通过单片机进行运算，计算出燃料电池的交流阻抗。此装置接线复杂，而且无法测量高压及大功率电池。同时燃料电池能量密度大，一般在测量时都是运行的，通入氢氧等燃料时需带重载，即通入上百安电流燃料电池才正常工作，交流成分叠加在大直流电流上，对测量交流信号时形成干扰，造成测量的精度低，无法准确获取燃料电池的交流阻抗，此外现有的测量装置仅能测量固定频率的交流阻抗。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种燃料电池阻抗测量装置及方法，能够准确获取燃料电池的交流阻抗且测量频率广。
[0005]根据本专利技术第一方面实施例的燃料电池阻抗测量装置，连接燃料电池，包括：被测功率端，所述被测功率端包括MOS管、电流反馈电阻和无感采样电阻，所述MOS管的漏极连接燃料电池的正极，所述MOS管的源极通过串联的电流反馈电阻和无感采样电阻连接燃料电池的负极；信号激励电路，所述电流反馈电阻的两端分别连接所述信号激励电路的第一输入端以用于反馈被测功率端的电流，所述信号激励电路的输出端连接所述MOS管的栅极以用于根据被测功率端的电流调节MOS管的导通程度形成恒流控制环路；控制单元，所述控制单元的编程信号输出端连接所述信号激励电路的第二输入端以用于通过编程信号控制信号激励电路的输出；信号采集电路，所述信号采集电路包括第一ADC、第二ADC、第一耦合电容切换电路、第二耦合电容切换电路、第一差分放大器和第二差分放大器，所述第一差分放大器的同相端和反相端分别连接无感采样电阻的两端以用于采集燃料电池的电流信号，所述第一差分放大器的输出端连接第一耦合电容切换电路的输入端以用于通过耦合电容消除电流信号中的直流分量，所述第一耦合电容切换电路的输出端连接所述第一ADC的输入端，所述第一ADC的输出端连接所述控制单元的第一信号输入端；所述第二差分放大器的同相端和反相端分别通过第二耦合电容切换电路连接燃料电池的两端以用于采集燃料电池的电压信号并通过第二耦合电容切换电路消除电压信号中的直流分量，所述第二差分放大器的输出端连接所述第二ADC的输入端，所述第二ADC的输出端连接所述控制单元的第二信
号输入端，所述控制单元分别连接所述第一耦合电容切换电路和所述第二耦合电容切换电路的控制端以用于根据信号频率和线路负载电阻计算并控制切换对应的耦合电容。
[0006]根据本专利技术第一方面实施例的燃料电池阻抗测量装置，至少具有如下有益效果：本专利技术实施方式中通过被测功率端连接被测的燃料电池，控制单元生成编程信号给信号激励电路，一方面生成直流电信号拉载燃料电池正常工作并同时输出一个交流电信号，信号激励电路根据直流电信号和交流电信号在被测功率端产生对应的电流流经燃料电池，控制单元通过无感采样电阻采集燃料电池不同频率的电流信号，通过差分采样采集燃料电池的电压信号，然后通过信号频率和线路负载电阻计算并控制切换第一耦合电容切换电路和第二耦合电容切换电路中对应容值的耦合电容来准确去除电流信号和电压信号中的直流分量，然后通过第一ADC和第二ADC获得交流电压电流数据，控制单元根据交流电压电流数据计算出燃料电池的交流阻抗。
[0007]本专利技术通过无感采样电阻来获取低频到高频的电流模拟信号，利用无感采样电阻优秀的高频响应性能，能够提高测量精度，此外控制单元通过切换第一耦合电容切换电路和第二耦合电容切换电路中对应容值的耦合电容来准确去除电流信号和电压信号中的直流分量，能够快速准确的测量出多个频率的大功率燃料电池的交流阻抗，测量频率广且测量精度高。
[0008]根据本专利技术的一些实施例，所述信号激励电路包括第三差分放大器、误差放大器、DAC单元，所述控制单元连接所述DAC单元的输入端以用于产生电流信号，所述DAC单元的输出端连接所述误差放大器的同相端，所述第三差分放大器的同相端和反相端分别连接所述电流反馈电阻的两端，所述第三差分放大器的输出端连接所述误差放大器的反相端，所述误差放大器的输出端连接所述MOS管的栅极。
[0009]根据本专利技术的一些实施例，所述DAC单元包括第一DAC、第二DAC和加法器，所述控制单元连接所述第一DAC的输入端以用于输出直流电流信号，所述控制单元连接所述第二DAC的输入端以用于输出交流电流信号，所述第一DAC和所述第二DAC的输出端皆连接所述加法器的输入端，所述加法器的输出端连接所述误差放大器的同相端。
[0010]根据本专利技术的一些实施例，所述控制单元包括MCU和FPGA，所述FPGA的编程信号输出端连接所述信号激励电路的第二输入端以用于通过编程信号控制信号激励电路的输出，所述FPGA分别连接所述第一耦合电容切换电路和所述第二耦合电容切换电路的控制端以用于根据信号频率和线路负载电阻计算并控制切换对应的耦合电容，所述第一ADC的输出端连接所述控制单元的第一信号输入端，所述第二ADC的输出端连接所述FPGA的第二信号输入端，所述MCU连接所述FPGA以用于写入配置参数并读取FPGA采集的电流电压信号计算燃料电池的交流阻抗。
[0011]根据本专利技术的一些实施例，所述控制单元还包括人机交互模块，所述人机交互模块连接所述MCU以用于手动设参并根据各个频率下燃料电池的交流阻抗值绘制出科尔
‑
科尔曲线图。
[0012]根据本专利技术的一些实施例，所述第一耦合电容切换电路包括第一模拟开关和第一耦合电容组，所述第一耦合电容组包括多个并联且不同容值的耦合电容，所述第一差分放大器的输出端连接所述第一模拟开关的输入端，所述第一模拟开关的输出端连接所述第一耦合电容组的输入端，所述第一耦合电容组的输出端连接所述第一ADC的输入端，所述控制
单元连接所述第一模拟开关的控制端以用于切换第一耦合电容组内不同的耦合电容。
[0013]根据本专利技术的一些实施例，所述第二耦合电容切换电路包括第二模拟开关、第二耦合电容组、第三模拟开关、第三耦合电容组，所述第二耦合电容组和第三耦合电容组皆包括多个并联且不同容值的耦合电容，所述燃料电池的正极连接所述第二模拟开关的输入端，所述第二模拟开关的输出端连接所述第二耦合电容组的输入端，所述第二耦合电容组的输出端连接所述第二差分放大器的同相端，所述控制单元连接所述第二模拟开关的控制端以用于切换第二耦合电容组内不同的耦合电容，所述燃料电池的负极连接所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池阻抗测量装置，连接燃料电池，其特征在于，包括：被测功率端，所述被测功率端包括MOS管、电流反馈电阻和无感采样电阻，所述MOS管的漏极连接燃料电池的正极，所述MOS管的源极通过串联的电流反馈电阻和无感采样电阻连接燃料电池的负极；信号激励电路，所述电流反馈电阻的两端分别连接所述信号激励电路的第一输入端以用于反馈被测功率端的电流，所述信号激励电路的输出端连接所述MOS管的栅极以用于根据被测功率端的电流调节MOS管的导通程度形成恒流控制环路；控制单元，所述控制单元的编程信号输出端连接所述信号激励电路的第二输入端以用于通过编程信号控制信号激励电路的输出；信号采集电路，所述信号采集电路包括第一ADC、第二ADC、第一耦合电容切换电路、第二耦合电容切换电路、第一差分放大器和第二差分放大器，所述第一差分放大器的同相端和反相端分别连接无感采样电阻的两端以用于采集燃料电池的电流信号，所述第一差分放大器的输出端连接第一耦合电容切换电路的输入端以用于通过耦合电容消除电流信号中的直流分量，所述第一耦合电容切换电路的输出端连接所述第一ADC的输入端，所述第一ADC的输出端连接所述控制单元的第一信号输入端以用于输入交流电流信号；所述第二差分放大器的同相端和反相端分别通过第二耦合电容切换电路连接燃料电池的两端以用于采集燃料电池的电压信号并通过第二耦合电容切换电路消除电压信号中的直流分量，所述第二差分放大器的输出端连接所述第二ADC的输入端，所述第二ADC的输出端连接所述控制单元的第二信号输入端以用于输入交流电压信号，所述控制单元分别连接所述第一耦合电容切换电路和所述第二耦合电容切换电路的控制端以用于根据信号频率和线路负载电阻计算并控制切换对应的耦合电容。2.根据权利要求1所述的燃料电池阻抗测量装置，其特征在于，所述信号激励电路包括第三差分放大器、误差放大器、DAC单元，所述控制单元连接所述DAC单元的输入端以用于产生电流信号，所述DAC单元的输出端连接所述误差放大器的同相端，所述第三差分放大器的同相端和反相端分别连接所述电流反馈电阻的两端，所述第三差分放大器的输出端连接所述误差放大器的反相端，所述误差放大器的输出端连接所述MOS管的栅极。3.根据权利要求2所述的燃料电池阻抗测量装置，其特征在于，所述DAC单元包括第一DAC、第二DAC和加法器，所述控制单元连接所述第一DAC的输入端以用于输出直流电流信号，所述控制单元连接所述第二DAC的输入端以用于输出交流电流信号，所述第一DAC和所述第二DAC的输出端皆连接所述加法器的输入端，所述加法器的输出端连接所述误差放大器的同相端。4.根据权利要求1所述的燃料电池阻抗测量装置，其特征在于，所述控制单元包括MCU和FPGA，所述FPGA的编程信号输出端连接所述信号激励电路的第二输入端以用于通过编程信号控制信号激励电路的输出，所述FPGA分别连接所述第一耦合电容切换电路和所述第二耦合电容切换电路的控制端以用于根据信号频率和线路负载电阻计算并控制切换对应的耦合电容，所述第一ADC的输出端连接所述控...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：湖南恩智测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：