本发明专利技术涉及一种可检测正负电压的燃料电池堆单片电压巡检系统，由巡检主控制器、CANBUS和N个检测单元组成；每个检测单元检测30片单电池电压，可以检测总片数为30*N的燃料电池单片电压。微控制器MCU通过译码器控制选通单元，保证任意时刻有且只有一片单电池在线，其电压信号送入信号调理单元，经A/D转换送入微控制器MCU，微控制器MCU将单片数字电压信号通过CANBUS传送至巡检主控制器。巡检主控制器发送命令，启动各个检测单元，完成每个检测单元30片单片电压的检测，依次循环接收各个检测单元的单片电压信号，从而实现整个燃料电池堆的单片电压检测。整个巡检系统电路简洁、清晰，可靠性高，成本较低，可扩展性强，能够实现对燃料电池堆单片电压的高精度检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于一种串联电源各单体电压巡检系统，是一种可检测正负电压的燃料电池堆单片电压巡检系统。
技术介绍
燃料电池是一种能量转换装置，它直接将贮存在燃料氧化剂中的化学能转化为电能。根据实际应用中对燃料电池功率要求，通常燃料电池堆由几十片到几百片单电池串联组成，在燃料电池运行过程中，单片电池的异常会影响整个燃料电池堆的性能与安全，为了确保燃料电池的正常工作并评估其性能，应对运行参数进行实时监控。而单片电池电压是电池发电性能的最直接反映，因此应对其进行实时监测，将采集到的单片电压数据发送给燃料电池主控制器，并将其显示、存储，方便科研人员分析研究，以维护燃料电池系统安全运行。目前的燃料电池单片电压检测装置均存在一定的不足，如采用电阻分压和多路模拟开关的方法会使测量精度达不到要求，且大量的分压电阻会影响电堆的性能；基于多个检测单元和一个CAN(控制局域网)网络控制器组成的双CAN网络燃料电池单片在测量大功率燃料电池堆时，所需检测单元电路板过多，使整个电压巡检仪体积大，功耗较高，系统成本较高。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于为燃料电池系统的产业化提供易布局，功耗低，成本低，精确性和可靠性高，实时性较好，可扩展性强的单片电压检测装置。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种可检测正负电压的燃料电池堆单片电压巡检系统，由巡检主控制器、 CANBUS (控制局域网总线)和N个检测单元组成；每个检测单元检测η片单电池电压，每个检测单元包括选通单元、精密基准电压源、信号调理单元、A/D转换器、CAN收发器、微处理器MCU，其特点是各个检测单元的每个单片电池的正负极分别与相对应的每个选通单元的输入端连接；选通单元的输出端分别与信号调理单元的输入端Vi和信号地GND相连接； 选通单元的控制端与译码器的输出端连接；微控制器MCU的I/O 口与译码器的译码输入端相连，控制选通单元任意时刻只有一片单电池在线，该单片电压信号送入信号调理单元的输入端Vi，调理单元的输出端Vo与A/D转换器输入端相连，A/D转换器输出端通过SPI内部总线与微控制器MCU相连，微控制器MCU通过内部CAN通信模块与CAN收发器连接，将获取的各个单片电压数字信号通过CANBUS发送至巡检主控制器。上述每个检测单元检测30片单电池电压，可以检测总片数为30*N的燃料电池单片电压。每个检测单元包括选通单元、精密基准电压源、信号调理单元、A/D转换器、CAN 收发器、微处理器MCU。其特点是巡检系统各个检测单元中的每个单片电池& (i = 1， 2......30)的正负极与选通单元的每个输入端In(n = 0,1,......30)连接，选通单元中光电隔离继电器Jn(n = 0,1,......30)的编号为偶数的输出端On(n = 0,2,4......30)与信号调理单元的信号地GND相连，光电隔离继电器Jn(n = 0，1，......30)的编号为奇数的输出端0η(η= 1,3,5......29)与信号调理单元的输入端Vi相连接，选通单元中每个发光二极管阴极控制端Cn(n = 0，1，......30)分别与第一译码器I和第二译码器II输出端化和Dn’连接。微控制器MCU的I/0> = 1,2,3,4)和I/0n(n = 5，6，7，8)分别与第一译码器I 的译码输入端= 1,2,3,4)和第二译码器II的译码输入端(n = 1,2,3,4)相连，控制选通单元在任意时刻有且只有1片单电池在线，在线的单电池电压信号送入信号调理单元的输入端Vi，调理单元的输出端Vo与A/D转换器输入端相连，A/D转换器输出端通过SPI 内部总线与微控制器MCU相连，微控制器MCU将从A/D转换器获取的微处理器MCU的CAN 通讯模块通过光电隔离器件连接CAN收发器与CANBUS相连，将电压数字信号传送至巡检主控制器。巡检主控制器发送命令，启动各个检测单元，完成每个检测单元30片单片电压的检测，对燃料电池堆每个检测单元进行循环顺序切换，接收各个检测单元的单片电压信号， 从而实现整个燃料电池堆的单片电压检测。上述每个选通单元由31个单路常开型光电隔离继电器芯片Jn(n = OU......30)组成，其输入端的发光二极管阳极通过限流电阻R1接+V电源，发光二极管阴极偶数控制端Cn(n = 0，2......30)与第一译码器I的输出端1\(11 = 0,1,2......15)相连接，发光二极管阴极奇数控制端Cn(n = 1,3......29)与第二译码器II的输出端Dn' (η = 1,2......15)相连接。光电隔离继电器输入端Itl, I1- · · I29, I3tl分别与相对应燃料电池组的每片电池正、负极相连，选通单元中的光电隔离继电器编号为偶数的输出端On(η = 0，2，4......30)与信号地GND相连，光电隔离继电器编号为奇数的输出端On(η = 1,3,5......29)与信号调理单元的输入端Vi相连接。微处理器MCU的I/Op I/O2, 1/03、I/O4与第一译码器I的控制输入端S。S2, S3、S4 相连，1/05、1/06、1/07、1/08与第二译码器II控制输入端S/ ,S2' ,S3' >S4'相连；在微处理器 MCU 的控制下，I/Oi、I/O2, 1/03、1/04和 1/05、I/O6, I/O7, 1/08 分别依次从 OOOO 到 1111进行16种状态切换，第一译码器I输出端Dtl-D15和第二译码器II输出端Dc/ -D15' 分别依次输出为低电平，即同一时刻第一译码器I和第二译码器II的输出端1) 和Dn' (η=0,1,......15)各自仅有1个输出端同时为低电平，对应的光电隔离继电器Jn(n = 0，1，2，......30)中相邻的两个开关同时处于闭合状态，使该单片电池的电压信号引入信号调理单元；微处理器MCU不断发送相应控制指令实现相邻两个光电隔离继电器的循环顺序导通。当选定编号为奇数的单片电池Bi (i = 1，3......29)时，该片电池的正极通过光电隔离继电器的奇数输出端On(η = 1,3,5......29)与信号调理单元输入端Vi相连，负极通过相邻光电隔离继电器的偶数输出端On(η = 0，2，4......30)与信号调理单元信号地GND相连；当选定编号为偶数的单片电池Bi (i =，2......30)时，该片电池的正极通过光电隔离继电器的偶数输出端0n(n = 0，2，4......30)与信号调理单元信号地GND相连；负极通过相邻光电隔离继电器的奇数输出端On(η = 1,3,5......29)与信号调理单元输入端Vi相连，使单片电池的电压信号引入信号调理单元，实现单片电池正负电压的测量。各光电隔离继电器阵列中光电隔离继电器芯片主要参数如下开启电流典型值为1.2mA，关断电流典型值为 1. ImA,导通电阻典型值为沈欧，开启时间典型值约为0. 5ms,关断时间典型值约为0. 08ms。信号调理单元由精密轨到轨运放构成的电压跟随器和差分比例放大电路(其中Rn'采用精密电阻(η= 1，2，......7)构成)。信号调理单元的输入端Vi与1本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种可检测正负电压的燃料电池堆单片电压巡检系统，由巡检主控制器、ＣＡＮＢＵＳ和Ｎ个检测单元组成；每个检测单元检测ｎ片单电池电压，每个检测单元包括选通单元、精密基准电压源、信号调理单元、Ａ／Ｄ转换器、ＣＡＮ收发器、微处理器ＭＣＵ，其特征在于：各个检测单元的每个单片电池的正负极分别与相对应的每个选通单元的输入端连接；选通单元的输出端分别与信号调理单元的输入端Ｖｉ和信号地ＧＮＤ相连接；选通单元的控制端与译码器的输出端连接；微控制器ＭＣＵ的Ｉ／Ｏ口与译码器的译码输入端相连，控制选通单元任意时刻只有一片单电池在线，该单片电压信号送入信号调理单元的输入端Ｖｉ，调理单元的输出端Ｖｏ与Ａ／Ｄ转换器输入端相连，Ａ／Ｄ转换器输出端通过ＳＰ Ｉ内部总线与微控制器ＭＣＵ相连，微控制器ＭＣＵ通过内部ＣＡＮ通信模块与ＣＡＮ收发器连接，将获取的各个单片电压数字信号通过ＣＡＮＢＵＳ发送至巡检主控制器。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄亮，全书海，谢长君，吴昕，王树明，陈启宏，全睿，肖朋，邓超，丁静，闫金超，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83
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