[发明专利]一种燃料电池交流阻抗在线测试系统与测控方法

说明书

技术领域

本发明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，特别是一种燃料电池交流阻抗在线测试系统与测控方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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n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n个双路继电器组成，所述n片燃料电池B₀～B_n-1分别输出电压信号V₀V₁～V_n-1V_n，燃料电池B₀输出电压信号V₀V₁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B_n-1输出电压信号V_n-1V_n与双路继电器L_n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～L_n，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V_n-1V_n被选通，并与差分放大电路输入端相连。