[发明专利]一种可检测正负电压的燃料电池堆单片电压巡检系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明采用的技术方案是：

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B_i(i＝1，2......30)的正负极与选通单元的每个输入端I_n(n＝0，1，......30)连接，选通单元中光电隔离继电器J_n(n＝0，1，......30)的编号为偶数的输出端O_n(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J_n(n＝0，1，......30)的编号为奇数的输出端O_n(n＝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C_n(n＝0，1，......30)分别与第一译码器I和第二译码器II输出端D_n和D_n’连接。微控制器MCU的I/O_n(n＝1，2，3，4)和I/O_n(n＝5，6，7，8)分别与第一译码器I的译码输入端S_n(n＝1，2，3，4)和第二译码器II的译码输入端S_n’(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。