專利名稱：一種燃料電池單片電壓檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池電壓檢測(cè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及ー種燃料電池單片電壓檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在標(biāo)準(zhǔn)條件下，質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的理論電動(dòng)勢(shì)為1. 229V，但由于存在活化極化、歐姆極化和濃差極化等電壓損失，電池工作過程中的實(shí)際輸出電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于按熱力學(xué)方法計(jì)算出來的理論電動(dòng)勢(shì)。為了滿足負(fù)載的電壓要求，傳統(tǒng)雙極電堆常采用串聯(lián)方式將許多單片燃料電池串聯(lián)連接在一起，一片電池的陰極與下一片電池的陽極相連。 顯然，單片電池的性能影響著整個(gè)電池堆的性能?，F(xiàn)有的能夠?qū)崿F(xiàn)燃料電池單片電壓檢測(cè)的設(shè)備，存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本較高的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供ー種燃料電池單片電壓檢測(cè)系統(tǒng)，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低的特點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種燃料電池單片電壓檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換單元、MCU和LCD，燃料電池堆的負(fù)極與信號(hào)調(diào)理電路的接地端連接，燃料電池堆中單片燃料電池的正極與所述信號(hào)調(diào)理電路的輸入端依次連接，所述信號(hào)調(diào)理電路的輸出端依次與所述A/D轉(zhuǎn)換單元的輸入端連接，所述A/D轉(zhuǎn)換單元的輸出端與所述MCU的輸入端連接，所述MUC的輸出端與所述LCD的輸入端連接。所述系統(tǒng)還包括報(bào)警單元和上位機(jī)，所述報(bào)警単元的輸入端與所述MCU的輸出端連接，所述上位機(jī)通過串ロ與所述MCU連接。所述信號(hào)調(diào)理電路包括與需要檢測(cè)的燃料電池堆中的單片燃料電池?cái)?shù)量相同的信號(hào)調(diào)理單元，所述信號(hào)調(diào)理單元包括電阻R1-R5、放大器Ul和ニ極管D1-D2，所述電阻Rl 的一端接所述放大器Ul的2腳，所述電阻R2和R3的一端接所述放大器Ul的3腳，所述電阻R3的另一端接系統(tǒng)偏置電壓Vref，所述電阻R4的一端接所述放大器Ul的1腳，所述電阻R4的另一端為所述信號(hào)調(diào)理電路的ー個(gè)輸出端，所述電阻R5的一端接所述放大器Ul的 2腳，所述電阻R5的另一端接所述放大器Ul的1腳，所述ニ極管Dl的正極接地，所述ニ極管Dl的負(fù)極接所述ニ極管D2的正扱，所述ニ極管D2的負(fù)極接電源電壓Vcc，所述ニ極管 Dl和D2的結(jié)點(diǎn)接所述放大器Ul的1腳，所述放大器Ul的4腳和11腳分別接放大器工作電壓V2和Vl ；
所述信號(hào)調(diào)理電路的接地端為第一個(gè)信號(hào)調(diào)理單元中電阻Rl的懸空端，所述第一個(gè)信號(hào)調(diào)理單元中電阻R2的懸空端與第二個(gè)信號(hào)調(diào)理電路中電阻Rl的懸空端連接，所述第 ー個(gè)信號(hào)調(diào)理單元中電阻R2與所述第二個(gè)信號(hào)調(diào)理單元中電阻Rl的結(jié)點(diǎn)為所述信號(hào)調(diào)理電路的第一個(gè)輸入端，其余各個(gè)信號(hào)調(diào)理單元依次按照上述信號(hào)調(diào)理單元與信號(hào)調(diào)理單元間的連接方式連接并設(shè)置相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路輸入端和輸出端，最后ー個(gè)信號(hào)調(diào)理單元中電阻R2的懸空端為所述信號(hào)調(diào)理電路的最后一個(gè)輸入端。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于所述系統(tǒng)由簡(jiǎn)單的幾部分組成，體積小、重量輕，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単，制造成本低的特點(diǎn)，可以直接貼附于燃料電池堆表面，易干與燃料電池堆控制系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單片燃料電池電壓的實(shí)時(shí)檢測(cè)。此外，所述系統(tǒng)將燃料電池堆的負(fù)極與信號(hào)調(diào)理電路接地端連接，保證了整個(gè)系統(tǒng)地信號(hào)的一致性，提高了所述系統(tǒng)的檢測(cè)精度；所述系統(tǒng)采用差分電壓檢測(cè)方法，僅放大了差模信號(hào)，抑制了共模信號(hào)，從而提高了所述系統(tǒng)的檢測(cè)精度；所述信號(hào)調(diào)理電路中引入了偏置電壓Vref，巧妙的解決了 A/D轉(zhuǎn)換單元無法檢測(cè)負(fù)電壓的問題；所述信號(hào)調(diào)理電路中還設(shè)有由ニ極管D1-D2和限流電阻R4組成的保護(hù)電路，使信號(hào)調(diào)理電路的輸出電壓鉗位在-0. 7V與電源電壓VCC之間， 保護(hù)信號(hào)調(diào)理電路的后續(xù)器件的安全，以免電路故障輸出電壓過大而損壞其它器件。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)的說明。圖1是本發(fā)明原理框圖2是圖1中信號(hào)調(diào)理電路的原理圖； 其中1、信號(hào)調(diào)理單元。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，ー種燃料電池單片電壓檢測(cè)系統(tǒng)，包括信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換單元、 MCU和LCD。燃料電池堆的負(fù)極與信號(hào)調(diào)理電路的接地端連接，燃料電池堆中單片燃料電池的正極與所述信號(hào)調(diào)理電路的輸入端依次連接，所述信號(hào)調(diào)理電路的輸出端依次與所述A/ D轉(zhuǎn)換單元的輸入端連接，所述A/D轉(zhuǎn)換單元的輸出端與所述MCU的輸入端連接，所述MUC 的輸出端與所述IXD的輸入端連接。如圖1所示，所述系統(tǒng)還包括報(bào)警單元和上位機(jī)，所述報(bào)警単元的輸入端與所述 MCU的輸出端連接，所述上位機(jī)通過串ロ與所述MCU連接。如圖2所示，所述信號(hào)調(diào)理電路包括與需要檢測(cè)的燃料電池堆中的單片燃料電池?cái)?shù)量相同的信號(hào)調(diào)理單元1，所述信號(hào)調(diào)理單元1包括電阻R1-R5、放大器Ul和ニ極管 D1-D2。所述電阻Rl的一端接所述放大器Ul的2腳，所述電阻R2和R3的一端接所述放大器Ul的3腳，所述電阻R3的另一端接系統(tǒng)偏置電壓Vref ；所述電阻R4的一端接所述放大器Ul的1腳，所述電阻R4的另一端為所述信號(hào)調(diào)理電路的ー個(gè)輸出端；所述電阻R5的一端接所述放大器Ul的2腳，所述電阻R5的另一端接所述放大器Ul的1腳；所述ニ極管Dl 的正極接地，所述ニ極管Dl的負(fù)極接所述ニ極管D2的正扱，所述ニ極管D2的負(fù)極接電源電壓Vcc，所述ニ極管Dl和D2的結(jié)點(diǎn)接所述放大器Ul的1腳；所述放大器Ul的4腳和11 腳分別接放大器工作電壓V2和VI。如圖2所示，所述信號(hào)調(diào)理電路的接地端為第一個(gè)信號(hào)調(diào)理單元中電阻Rl的懸空端，所述第一個(gè)信號(hào)調(diào)理單元中電阻R2的懸空端與第二個(gè)信號(hào)調(diào)理電路中電阻Rl的懸空端連接；所述第一個(gè)信號(hào)調(diào)理單元中電阻R2與所述第二個(gè)信號(hào)調(diào)理單元中電阻Rl的結(jié)點(diǎn)為所述信號(hào)調(diào)理電路的第一個(gè)輸入端，其余各個(gè)信號(hào)調(diào)理單元1依次按照上述信號(hào)調(diào)理單元1與信號(hào)調(diào)理單元1間的連接方式連接并設(shè)置相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路輸入端和輸出端；最后ー個(gè)信號(hào)調(diào)理單元中電阻R2的懸空端為所述信號(hào)調(diào)理電路的最后一個(gè)輸入端。放大器Ul選用通用功率放大器MC3403;A/D轉(zhuǎn)換單元選用德州儀器公司的 TLC2543,TLC2543的通道號(hào)由MCU的I/O ロ控制，進(jìn)行循環(huán)順序選通，將多路單片燃料電池電壓信號(hào)分別送入MCU ；MCU選用AVR系列中的ATmegal6系列單片機(jī)；IXD選用LCM12864ZK 串行液晶顯示器，分頁顯示單片燃料電池的實(shí)時(shí)電壓值，每隔5秒自動(dòng)更新一頁；當(dāng)燃料電池堆中某片或某幾片燃料電池工作異常吋，MCU輸出報(bào)警信號(hào)，協(xié)助及時(shí)做出處理。上位機(jī)能夠存儲(chǔ)燃料電池堆的電壓、電流和單片燃料電池的電壓值，并將這些值作為歷史文件保存到上位機(jī)中，方便查詢每片單片燃料電池的歷史及其電壓變化趨勢(shì)，方便分析與管理單片燃料電池。燃料電池堆中各單片燃料電池的正極通過探針與信號(hào)調(diào)理電路中相應(yīng)的輸入端連接，系統(tǒng)將燃料電池堆的負(fù)極與信號(hào)調(diào)理電路的接地端連接，保證整個(gè)系統(tǒng)地信號(hào)的一致性，提高了測(cè)試精度。燃料電池堆中各單片燃料電池電壓信號(hào)為差模小信號(hào)，并含有較大的共模部分， 要求信號(hào)調(diào)理電路應(yīng)具有較強(qiáng)的抑制共模信號(hào)的能力。所述系統(tǒng)采用差分電壓測(cè)量方法， 僅放大差模信號(hào)，抑制共模信號(hào)。各個(gè)串聯(lián)的單片燃料電池電壓信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路后得到差分電壓，即單片燃料電池電壓放大信號(hào)。當(dāng)燃料電池堆輸出較大功率吋，部分性能不佳的單片燃料電池輸出電壓將降為0 V左右，甚至可能出現(xiàn)負(fù)電壓，所述系統(tǒng)在信號(hào)調(diào)理電路中引入系統(tǒng)偏置電壓Vref，該系統(tǒng)偏置電壓Vref為2. 5V，單片燃料電池電壓信號(hào)放大2倍后再加偏置電壓Vref輸出給A/D 轉(zhuǎn)換單元，巧妙地解決了 A / D轉(zhuǎn)換單元不能測(cè)量負(fù)電壓的問題。每片燃料電池電壓信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路輸出后加輸出保護(hù)電路，所述輸出保護(hù)電路由ニ極管D1-D2和限流電阻R4組成，所述輸出保護(hù)電路一方面限制輸出電流，另一方面也限制輸出電壓的幅值，使信號(hào)調(diào)理電路的輸出電壓鉗位于-0. 7V到電源電壓VCC之間，保護(hù)信號(hào)調(diào)理電路后續(xù)器件的安全，以免電路故障輸出電壓過大而損壞其它器件。所述系統(tǒng)由簡(jiǎn)單的幾部分組成，體積小、重量輕，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単，制造成本低的特點(diǎn)，可以直接貼附于燃料電池堆表面，易干與燃料電池堆控制系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單片燃料電池電壓的實(shí)時(shí)檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.ー種燃料電池單片電壓檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換單元、 MCU和LCD，燃料電池堆的負(fù)極與信號(hào)調(diào)理電路的接地端連接，燃料電池堆中單片燃料電池的正極與所述信號(hào)調(diào)理電路的輸入端依次連接，所述信號(hào)調(diào)理電路的輸出端依次與所述A/ D轉(zhuǎn)換單元的輸入端連接，所述A/D轉(zhuǎn)換單元的輸出端與所述MCU的輸入端連接，所述MUC 的輸出端與所述IXD的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種燃料電池單片電壓檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括報(bào)警單元和上位機(jī)，所述報(bào)警単元的輸入端與所述MCU的輸出端連接，所述上位機(jī)通過串ロ與所述MCU連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種燃料電池單片電壓檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)調(diào)理電路包括與需要檢測(cè)的燃料電池堆中的單片燃料電池?cái)?shù)量相同的信號(hào)調(diào)理單元(1)，所述信號(hào)調(diào)理單元(1)包括電阻R1-R5、放大器Ul和ニ極管D1-D2，所述電阻Rl的一端接所述放大器Ul的2腳，所述電阻R2和R3的一端接所述放大器Ul的3腳，所述電阻R3的另一端接系統(tǒng)偏置電壓Vref，所述電阻R4的一端接所述放大器Ul的1腳，所述電阻R4的另一端為所述信號(hào)調(diào)理電路的ー個(gè)輸出端，所述電阻R5的一端接所述放大器Ul的2腳，所述電阻 R5的另一端接所述放大器Ul的1腳，所述ニ極管Dl的正極接地，所述ニ極管Dl的負(fù)極接所述ニ極管D2的正扱，所述ニ極管D2的負(fù)極接電源電壓Vcc，所述ニ極管Dl和D2的結(jié)點(diǎn)接所述放大器Ul的1腳，所述放大器Ul的4腳和11腳分別接放大器工作電壓V2和Vl ；所述信號(hào)調(diào)理電路的接地端為第一個(gè)信號(hào)調(diào)理單元中電阻Rl的懸空端，所述第一個(gè)信號(hào)調(diào)理單元中電阻R2的懸空端與第二個(gè)信號(hào)調(diào)理電路中電阻Rl的懸空端連接，所述第 ー個(gè)信號(hào)調(diào)理單元中電阻R2與所述第二個(gè)信號(hào)調(diào)理單元中電阻Rl的結(jié)點(diǎn)為所述信號(hào)調(diào)理電路的第一個(gè)輸入端，其余各個(gè)信號(hào)調(diào)理單元(1)依次按照上述信號(hào)調(diào)理單元(1)與信號(hào)調(diào)理單元(1)間的連接方式連接并設(shè)置相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路輸入端和輸出端，最后ー個(gè)信號(hào)調(diào)理單元中電阻R2的懸空端為所述信號(hào)調(diào)理電路的最后一個(gè)輸入端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃料電池單片電壓檢測(cè)系統(tǒng)，屬于電池電壓檢測(cè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。包括信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換單元、MCU和LCD，燃料電池堆的負(fù)極與信號(hào)調(diào)理電路的接地端連接，燃料電池堆中單片燃料電池的正極與所述信號(hào)調(diào)理電路的輸入端依次連接，所述信號(hào)調(diào)理電路的輸出端依次與所述A/D轉(zhuǎn)換單元的輸入端連接，所述A/D轉(zhuǎn)換單元的輸出端與所述MCU的輸入端連接，所述MUC的輸出端與所述LCD的輸入端連接。所述系統(tǒng)由簡(jiǎn)單的幾部分組成，體積小、重量輕，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低的特點(diǎn)，可以直接貼附于燃料電池堆表面，易于與燃料電池堆控制系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單片燃料電池電壓的實(shí)時(shí)檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01R19/252GK102540095SQ20121000305
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者呂艷梅, 王勝開, 閻群, 陳國順 申請(qǐng)人:中國人民解放軍63908部隊(duì)