本发明专利技术涉及一种燃料电池交流阻抗在线测试系统与测控方法，该系统包括程控交流源、隔直电容、主控制器、CAN总线和多个交流阻抗测试单元，每个交流阻抗测试单元检测串联的n片燃料电池交流阻抗。该系统的测控方法有动态测控模式和静态测控模式两种工作模式，在动态测控模式下，系统在燃料电池堆发电时，主控制器通过CAN总线控制程控交流源和各个交流阻抗测试单元，进行测试并采集测试数据，得到所有单片燃料电池交流阻抗谱。在静态测控模式下，系统在燃料电池堆不发电时，手动设置检测任意片数的燃料电池在某一固定频率点的交流阻抗。本发明专利技术电路简洁、测量精度高、可靠性强，能够满足燃料电池交流阻抗实时高精度测试的需要。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于一种串联电源单体交流阻抗在线测试系统与测控方法，特别是。
技术介绍
燃料电池是一种通过电化学反应将储存在燃料和氧化剂中的化学能转换成电能的装置。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电堆的性能与安全，因此，为了确保燃料电池高效运行，必须对各单片燃料电池进行实时监控。毋庸置疑，燃料电池交流阻抗是燃料电池发电性能的关键数据，必须实时监测，并将数据显示，存储，方便科研人员分析研究。当前燃料电池的阻抗测试设备存在一些不足，如设备只能在实验设实验室环境下进行测量，无法在线实时测试；只能测试单片燃料电池阻抗，无法同时满足多片燃料电池同时测量；只能测试燃料电池在某一频率点的阻抗值。而且这些设备一般包括燃料电池测试台、电子负载、频率分析仪等高档复杂仪器，需要技术人员正确配置它们的硬件连线、软件程序和接口通信协议等，这使得该类测试操作复杂、成本很高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种简单、可靠的燃料电池交流阻抗在线测试系统与测控方法，以克服现有测试系统的不足。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是一种燃料电池交流阻抗在线测试系统，该系统包括程控交流源、隔直电容、主控制器、CAN总线、多个个交流阻抗测试单元，其特征在于所述每个交流阻抗测试单元检测串联的η片燃料电池交流阻抗，所述交流阻抗测试单元包括前置放大器、I/V转换电路、双路程控滤波器、低通滤波器、相位差检测电路、幅值检测电路以及MCU微控制器；其中程控交流源串接隔直电容后与负载和燃料电池堆输出端并联，主控制器通过CAN总线控制程控交流源输出不同频率的电流激励信号；前置放大器输入端与燃料电池堆中的各单电池相连采集各单片电池交直流电压信号，I/V转换电路与电流传感器的输出端相连采集燃料电池交直流电流信号，所采集的信号经过双路程控滤波器滤波后得到的交流信号，同时与相位差检测电路和幅值检测电路相连；MCU微控制器通过SPI接口与相位差检测电路和幅值检测电路进行通信，经过运算得到燃料电池不同频率的阻抗幅值和相位差数据；主控制器通过 CAN总线与各个交流阻抗测试单元相连，控制各个交流阻抗测试单元进行测试并采集测试数据，最终得到所有单片燃料电池交流阻抗谱。所述交流阻抗测试单元中前置放大器由译码器、差分放大电路和η个双路继电器组成，所述η片燃料电池Btl Blri分别输出电压信号VtlV1 VlriVn，燃料电池Btl输出电压信号VtlV1与双路继电器L1输入端连接，燃料电池B1输出电压信号V1V2与双路继电器L2输入端连接，以此类推燃料电池Blri输出电压信号VlriVn与双路继电器Ln连接；译码器输出信号分别接到双路继电器控制端，MCU微控制器通过I/O 口控制译码器依次选通双路继电器L1 Ln,每一时刻只有一个继电器处于接通状态，使得单片燃料电池输出电压信号VlriVn被选通， 并与差分放大电路输入端相连。上述前置放大器由16个双路继电器，4-16译码器和差分放大电路组成。燃料电池输出电压信号VtlV1和双路继电器L1输入端连接，V1V2和双路继电器L2输入端连接，以此类推V15V16和双路继电器L16连接。4-16译码器输出信号分别接到16个继电器控制端。MCU 微控制器通过I/O 口控制4-16译码器依次选通继电器L1 L16，每一时刻只有一个继电器处于开通状态，使得单片燃料电池输出信号VnVlriOi= 1,2, ...16)被选通，并与差分放大电路输入端相连。差分放大电路可对输入信号\、Vn^1 (η = 1,2, ...16)进行差分式放大， 放大倍数为100倍，使得前置放大器可采集每片燃料电池上微弱的交流电压信号。上述双路程控滤波器由4个二阶带通滤波器A、B、C、D组成，其中二阶带通滤波器 A和B、C和D可分别组成两个四阶巴特沃斯带通滤波器。二阶带通滤波器A、C输入端分别与前置放大器输出信号Vv和I/V转换电路输出信号Vi相连，其输出信号Vv’、Vi ’分别与二阶带通滤波器B、D相连。二阶带通滤波器B输出信号V(v)同时与过零比较电路1和有效值检测电路1相连，二阶带通滤波器D输出信号V(i)同时与过零比较电路2和有效值检测电路2相连。MCU微控制器通过PWM端口发送Fclk信号与双路程控滤波器外部时钟输入端口相连。I/V转换电路输出信号Vi同时与低通滤波器输入端相连，低通滤波器输出信号 Vi(R)与幅值检测电路中A/D转换器C3端口连接。上述相位差检测电路由过零比较电路1、2和FPGA组成，其中FPGA可简化为异或门、D触发器、寄存器、计数器模块、SPI模块和时钟模块组成的组合逻辑电路。过零比较电路1、2输入端分别与交流信号V(v)、V(i)连接，过零比较电路1输出信号Vv(p)同时与异或门输入端I2和D触发器输入端Clk连接，过零比较电路2输出信号Vi (ρ)同时与异或门输入端I1和D触发器输入端D连接。异或门输出信号V(P)与计数器模块输入端相连，时钟模块为计数器模块提供时钟信号Fclk’。D触发器输出信号V(A)与寄存器输入端连接。 测试时，交流信号V(v)、V(i)经过过零比较电路后转变为方波信号Vv(P)和Vi(p)，当信号 Vv(P)和Vi (ρ)电平不相同时，异或门输出的信号V(P)为高电平，因此信号V(P) —个周期中高电平的时间T就为输入信号V(v)、V(i)相位相差的时间。当V(P)为高电平时启动计数器模块开始计时，V(P)变为低电平时计数器模块停止计时。其中当D触发器输出信号V(A) 为低电平是说明信号V(i)超前于V(v)，信号V(A)为高电平是说明信号V(i)滞后于V(v)。 测量结束后，计数器模块和寄存器分别把记数值和信号V(A)电平信息通过总线传输给SPI 模块，然后SPI模块通过SPIl接口把数据传输给MCU微控制器。上述幅值检测电路由有效值检测电路1、2，低通滤波电路1、2和A/D转换器组成。 有效值检测电路1、2输入端分别与信号V(v)、Vv(i)相连接。有效值检测电路1、2的输出信号Vv(M)和Vi (M)分别与低通滤波电路1、2输入端连接。A/D转换器CpC2和C3端口分别与低通滤波电路1、2输出信号Vv(M)’、Vi(M)’和低通滤波器输出信号Vi(R)连接。测量时，交流信号V(i)、V(ν)经过有效值检测电路1、2和滤波后转变为与其有效值大小相等的直流信号Vv (M) ’和Vi (M) ’。A/D转换器对信号Vv (M) ’和Vi (M) ’做模数转换后通过SPI2 接口把V(i)、V(v)幅值数据传输给MCU微控制器，MCU微控制器通过计算两路幅值数据的比值即可以得到燃料电池交流阻抗幅值比；A/D转换器通过采样低通滤波器输出的直流信号Vi (R)可以得到燃料电池电堆输出的直流电流大小。上述MCU微控制器通过SPI1、SPI2接口分别与相位差检测电路、幅值检测电路相连，并通过CAN总线控制程控交流源输出电流信号的频率。多个交流阻抗测试单元的MCU 微控制器通过CAN总线相连可组成CAN网络，能对任意多片燃料电池堆进行测量。本专利技术还提供了一种燃料电池交流阻抗在线测试系统的测控方法，该测控方法包括有动态测控本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：全书海，谢长君，张鸽，江竑旭，陈启宏，黄亮，全睿，肖朋，童亮，刘力，郑丽丽，郭邑城，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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