專利名稱：一種燃料電池單片電壓檢測系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于電池電壓檢測設備技術領域，尤其涉及ー種燃料電池單片電壓檢測系統。
背景技術：
在標準條件下，質子交換膜燃料電池(PEMFC)的理論電動勢為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際輸出電壓遠遠低于按熱力學方法計算出來的理論電動勢。為了滿足負載的電壓要求，傳統雙極電堆常采用串聯方式將許多單片燃料電池串聯連接在一起，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電池堆的性能。現有的能夠實現燃料電池單片電壓檢測的設備，存在著結構復雜、制造成本較高的缺點。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供ー種燃料電池單片電壓檢測系統，具有體積小、重量輕、結構簡單、制造成本低的特點。為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是一種燃料電池單片電壓檢測系統，其特征在于包括信號調理電路、A/D轉換單元、MCU和LCD，燃料電池堆的負極與信號調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調理電路的輸入端依次連接，所述信號調理電路的輸出端依次與所述A/D轉換單元的輸入端連接，所述A/D轉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。所述系統還包括報警單元和上位機，所述報警単元的輸入端與所述MCU的輸出端連接，所述上位機通過串ロ與所述MCU連接。所述信號調理電路包括與需要檢測的燃料電池堆中的單片燃料電池數量相同的信號調理單元，所述信號調理單元包括電阻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調理電路的ー個輸出端，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的負極接所述ニ極管D2的正扱，所述ニ極管D2的負極接電源電壓Vcc，所述ニ極管 Dl和D2的結點接所述放大器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 ；
所述信號調理電路的接地端為第一個信號調理單元中電阻Rl的懸空端，所述第一個信號調理單元中電阻R2的懸空端與第二個信號調理電路中電阻Rl的懸空端連接，所述第 ー個信號調理單元中電阻R2與所述第二個信號調理單元中電阻Rl的結點為所述信號調理電路的第一個輸入端，其余各個信號調理單元依次按照上述信號調理單元與信號調理單元間的連接方式連接并設置相應的信號調理電路輸入端和輸出端，最后ー個信號調理單元中電阻R2的懸空端為所述信號調理電路的最后一個輸入端。采用上述技術方案所產生的有益效果在于所述系統由簡單的幾部分組成，體積小、重量輕，具有結構簡単，制造成本低的特點，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集成，實現了對單片燃料電池電壓的實時檢測。此外，所述系統將燃料電池堆的負極與信號調理電路接地端連接，保證了整個系統地信號的一致性，提高了所述系統的檢測精度；所述系統采用差分電壓檢測方法，僅放大了差模信號，抑制了共模信號，從而提高了所述系統的檢測精度；所述信號調理電路中引入了偏置電壓Vref，巧妙的解決了 A/D轉換單元無法檢測負電壓的問題；所述信號調理電路中還設有由ニ極管D1-D2和限流電阻R4組成的保護電路，使信號調理電路的輸出電壓鉗位在-0. 7V與電源電壓VCC之間， 保護信號調理電路的后續器件的安全，以免電路故障輸出電壓過大而損壞其它器件。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進ー步詳細的說明。圖1是本發明原理框圖2是圖1中信號調理電路的原理圖； 其中1、信號調理單元。
具體實施例方式如圖1所示，ー種燃料電池單片電壓檢測系統，包括信號調理電路、A/D轉換單元、 MCU和LCD。燃料電池堆的負極與信號調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調理電路的輸入端依次連接，所述信號調理電路的輸出端依次與所述A/ D轉換單元的輸入端連接，所述A/D轉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，所述系統還包括報警單元和上位機，所述報警単元的輸入端與所述 MCU的輸出端連接，所述上位機通過串ロ與所述MCU連接。如圖2所示，所述信號調理電路包括與需要檢測的燃料電池堆中的單片燃料電池數量相同的信號調理單元1，所述信號調理單元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調理電路的ー個輸出端；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的負極接所述ニ極管D2的正扱，所述ニ極管D2的負極接電源電壓Vcc，所述ニ極管Dl和D2的結點接所述放大器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，所述信號調理電路的接地端為第一個信號調理單元中電阻Rl的懸空端，所述第一個信號調理單元中電阻R2的懸空端與第二個信號調理電路中電阻Rl的懸空端連接；所述第一個信號調理單元中電阻R2與所述第二個信號調理單元中電阻Rl的結點為所述信號調理電路的第一個輸入端，其余各個信號調理單元1依次按照上述信號調理單元1與信號調理單元1間的連接方式連接并設置相應的信號調理電路輸入端和輸出端；最后ー個信號調理單元中電阻R2的懸空端為所述信號調理電路的最后一個輸入端。放大器Ul選用通用功率放大器MC3403;A/D轉換單元選用德州儀器公司的 TLC2543,TLC2543的通道號由MCU的I/O ロ控制，進行循環順序選通，將多路單片燃料電池電壓信號分別送入MCU ；MCU選用AVR系列中的ATmegal6系列單片機；IXD選用LCM12864ZK 串行液晶顯示器，分頁顯示單片燃料電池的實時電壓值，每隔5秒自動更新一頁；當燃料電池堆中某片或某幾片燃料電池工作異常吋，MCU輸出報警信號，協助及時做出處理。上位機能夠存儲燃料電池堆的電壓、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中，方便查詢每片單片燃料電池的歷史及其電壓變化趨勢，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調理電路中相應的輸入端連接，系統將燃料電池堆的負極與信號調理電路的接地端連接，保證整個系統地信號的一致性，提高了測試精度。燃料電池堆中各單片燃料電池電壓信號為差模小信號，并含有較大的共模部分， 要求信號調理電路應具有較強的抑制共模信號的能力。所述系統采用差分電壓測量方法， 僅放大差模信號，抑制共模信號。各個串聯的單片燃料電池電壓信號經信號調理電路后得到差分電壓，即單片燃料電池電壓放大信號。當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，甚至可能出現負電壓，所述系統在信號調理電路中引入系統偏置電壓Vref，該系統偏置電壓Vref為2. 5V，單片燃料電池電壓信號放大2倍后再加偏置電壓Vref輸出給A/D 轉換單元，巧妙地解決了 A / D轉換單元不能測量負電壓的問題。每片燃料電池電壓信號經信號調理電路輸出后加輸出保護電路，所述輸出保護電路由ニ極管D1-D2和限流電阻R4組成，所述輸出保護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，使信號調理電路的輸出電壓鉗位于-0. 7V到電源電壓VCC之間，保護信號調理電路后續器件的安全，以免電路故障輸出電壓過大而損壞其它器件。所述系統由簡單的幾部分組成，體積小、重量輕，具有結構簡単，制造成本低的特點，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集成，實現了對單片燃料電池電壓的實時檢測。
權利要求
1.ー種燃料電池單片電壓檢測系統，其特征在于包括信號調理電路、A/D轉換單元、 MCU和LCD，燃料電池堆的負極與信號調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調理電路的輸入端依次連接，所述信號調理電路的輸出端依次與所述A/ D轉換單元的輸入端連接，所述A/D轉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.根據權利要求1所述的ー種燃料電池單片電壓檢測系統，其特征在于所述系統還包括報警單元和上位機，所述報警単元的輸入端與所述MCU的輸出端連接，所述上位機通過串ロ與所述MCU連接。
3.根據權利要求1所述的ー種燃料電池單片電壓檢測系統，其特征在于所述信號調理電路包括與需要檢測的燃料電池堆中的單片燃料電池數量相同的信號調理單元(1)，所述信號調理單元(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調理電路的ー個輸出端，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的負極接所述ニ極管D2的正扱，所述ニ極管D2的負極接電源電壓Vcc，所述ニ極管Dl和D2的結點接所述放大器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 ；所述信號調理電路的接地端為第一個信號調理單元中電阻Rl的懸空端，所述第一個信號調理單元中電阻R2的懸空端與第二個信號調理電路中電阻Rl的懸空端連接，所述第 ー個信號調理單元中電阻R2與所述第二個信號調理單元中電阻Rl的結點為所述信號調理電路的第一個輸入端，其余各個信號調理單元(1)依次按照上述信號調理單元(1)與信號調理單元(1)間的連接方式連接并設置相應的信號調理電路輸入端和輸出端，最后ー個信號調理單元中電阻R2的懸空端為所述信號調理電路的最后一個輸入端。
全文摘要
本發明公開了一種燃料電池單片電壓檢測系統，屬于電池電壓檢測設備技術領域。包括信號調理電路、A/D轉換單元、MCU和LCD，燃料電池堆的負極與信號調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調理電路的輸入端依次連接，所述信號調理電路的輸出端依次與所述A/D轉換單元的輸入端連接，所述A/D轉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。所述系統由簡單的幾部分組成，體積小、重量輕，具有結構簡單，制造成本低的特點，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集成，實現了對單片燃料電池電壓的實時檢測。
文檔編號G01R19/252GK102540095SQ20121000305
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者呂艷梅, 王勝開, 閻群, 陳國順 申請人:中國人民解放軍63908部隊