一种燃料电池系统的断线检测装置以及系统的制作方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池系统的断线检测装置以及系统。


背景技术：

2.燃料电池是一种能量转换装置，它是通过电化学反应直接将燃料氧化剂中的化学能转化为电能。以氢氧燃料电池为例，其产物为水，因能源利用率高、无污染等特点被誉为新能源汽车的终极能源。
3.根据车载应用的功耗需求，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，而采集回路的连接正常与否直接影响燃料电池能否运行，所以检测其线路连接是否正常变的尤为重要，此断线检测设备可高效、快捷、准确的确认电压采集回路线束连接的是否正常。
4.目前的燃料电池断线检测装置主要：
①
利用万用表进行线束回路的测量。
②
电压比较法进行断线检测
5.利用万用表进行线束采集回路阻抗的确认主要存在以下几方面缺点：
①
操作繁琐，在燃料电池系统有时需要根据图纸进行线束排查才可进行测量
②
测量周期长，如果是单点测量周期还相对较短，如果是需要进行多点测量时其需要逐一测量其测量周期较长。
③
数据存储全部依靠仍记录相对低效。如现有技术中的中国专利(cn201510417050.4)采用电压比较法进行电池采集线束断线检测，此方案中是通过均衡电路电压和动力电磁电压来比较进行断线检测，当电阻阻值变化时是无法判定，不能量化采集线束的连接阻抗。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是：提供一种采用桥式电阻分压电路和高精密运放的组合电路来实现燃料电池系统单片采集线束回路的阻抗测量的燃料电池系统的断线检测装置和系统。
7.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
8.一种燃料电池系统的断线检测装置，燃料电池系统包括多个的单体电池，所述单体电池具有线束；所述装置包括
9.信号处理单元，包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；
10.光耦选通模块，包括多个光耦继电器，奇数的光耦继电器选通奇数的单体电池线束的两端，并连接第一输入端，偶数的光耦继电器选通偶数的单体电池线束的两端，并连接第二输入端；
11.mcu，所述mcu与光耦选通模块、第一输出端、第二输出端通讯连接，所述mcu控制继电器顺序开断相邻两片单体电池所对应连接的光耦以在任意时刻仅有一片单体电池线束
连接回路在线，该线束连接阻抗信息送入信号处理单元处理后送入mcu。
12.优选地，所述装置还包括译码器，所述mcu通过译码器实现对光耦选通模块的控制；所述mcu的输出端与所述译码器的控制端连接，所述译码器控制光耦继电器的开断。
13.优选地，所述光耦选通模块还包括与光耦继电器对应的发光二极管，所述发光二极管的控制端与译码器输出端连接。
14.优选地，所述译码器有两块。
15.优选地，所述信号处理单元包括两层的处理电路，所述处理电路包括桥式分压电路、二阶低通滤波电路和精密运放构成的电压跟随器；两层所述处理电路输出形成第一输出端和第二输出端；
16.所述第一输入端、第二输入端与其中一层的处理电路电性连接，与另一层的处理电路分别通过开关连接。
17.优选地，所述第一输出端和第二输出端依次通过a/d转换器和数字隔离器与mcu通讯连接。
18.优选地，所述装置还包括can收发器，所述mcu上具有can通讯接口，所述can收发器与mcu的can通讯接口电性连接。
19.优选地，所述mcu还和猴子有外部配置接口。
20.为了解决上述技术问题，本发明采用的另一技术方案为：
21.一种燃料电池系统的断线检测系统，包括can总线以及若干权利要求1
‑
8任意一项所述的的燃料电池系统的断线检测装置；
22.所述燃料电池系统的断线检测装置的mcu通过can收发器与can总线通讯。
23.本发明的有益效果在于：本发明使用桥式电阻分压电路和高精密运放的组合电路来实现燃料电池系统单片采集线束回路的阻抗测量，可量化线束连接阻抗；其测量周期短操作便捷同时测量数据可通过can通讯及时有效的发出。
附图说明
24.图1为本发明具体实施例二的一种燃料电池系统的断线检测系统的示意图；
25.图2为本发明具体实施例一的一种燃料电池系统的断线检测装置的燃料电池系统、光耦选通模块、译码器模块电路连接示意图；
26.图3为本发明具体实施例一的一种燃料电池系统的断线检测装置的信号处理单元电路示意图；
27.图4为本发明具体实施例一的一种燃料电池系统的断线检测装置的mcu、can电路连接示意图。
具体实施方式
28.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
29.实施例一
30.请参照图2至图4，一种燃料电池系统的断线检测装置，燃料电池系统包括15片燃料电池单体的线束连接，所述单体电池具有线束；所述装置包括
31.光耦选通模块，由16个单通道光耦继电器组成，光耦继电器输入端in(n＝0.1.2...15)依次与u0、u1
…
u14相连(此处un为指代单体电池部分，与第一输出端u0和第二输出端u0’
为不同意思)，偶数光耦继电器输出端on(n＝0.2.4...14)与信号处理单元uin2相连，奇数光耦继电器输出端on(n＝1.3.5...15)与信号处理单元uin1相连，所以单片线束连接阻抗信号输入到信号处理单元。光耦继电器发光二极管测输入端jn(n＝0.1.2.3..15)经过限流电阻r5连接到电源v2，光耦继电器的发光二极管控制端cn(n＝0.1.2.3..7)与依次与译码器1的d0、d1
…
d7，光耦继电器的发光二极管控制端cn(8.9.10...15)与依次与译码器2的d8、d9
…
d15相连。
32.译码器模块，译码器模块由2两块3选8的译码器组成，其译码器1的控制端是s1、s2、s3分别于mcu的i/o口1、2、3相连，译码器2的控制端是s1’、s2’、s3’分别于mcu的i/o口4、5、6相连，通过设置i/0口的高低电平进行选通要采集的单片，当要选通第n片时需将dn(n＝0.1.2...14)和dn+1设为低电平，任意时刻仅有有一片单片被选通，且单片检测为依次顺序选通第0片到第14片。
33.信号处理单元，包括第一输入端uin1、第二输入端uin2、第一输出端u0和第二输出端u0’
；由桥式分压电路和精密运放构成的电压跟随器组成。运放u1a和u2a由5v隔离电源供电，差分信号由uin1、uin2输入经过由r1、r2、r3组成的桥式分压电路再经过由r5，r6，c1，c1’构成二阶低通滤波接入运放u1a，运放u1a的输出端u0经过r4、c4经过d3钳位二极管d3到ad转换模块，当线束回路连接阻抗较大时差分信号由uin1、uin2输入通过k1，k2再经过由r1’、r2’、r3’组成的桥式分压电路经过和由r5’，r6’，c2，c2’构成二阶低通滤波接入运放u2a，运放u2a的输出端u0经过r4’、c4’经过d3’钳位二极管d3到ad转换模块。设rx为被测电阻其计算公式为：(v2
‑
vin)/vin＝((r1+r2)/r1*r2)/((r3+rx)/r3*rx)。
34.mcu，所述mcu与光耦选通模块、第一输出端、第二输出端通讯连接，所述mcu控制继电器顺序开断相邻两片单体电池所对应连接的光耦以在任意时刻仅有一片单体电池线束连接回路在线，该线束连接阻抗信息送入信号处理单元处理后送入mcu。信号处理单元输出u0’
送到a/d装换器将采集到的电压信号转换为相应的数字信号，通过spi通讯接口经数字隔离器传送至微处理器mcu同时对其进行了隔离，使光耦选通单元及信号处理单元与单片机电路之间进行了地隔离。从而防止燃料电池的电环境对单片机电路的干扰，提高了电磁兼容性。单个检测单元通过can通讯与其他设备进行信息交互，所以其可扩展性较强，可以同时扩展多个模块，其增加单片采集多通道的回路线束连接阻抗。mcu具备外部配置接口，可通过i/o口spl0、spl1、spl2进行配置，当多个模块同时使用时需区分主从，具体信息详见下表一的控制器配置真值表。本实施例以预留的3个i/o配置通道所以最多可扩展8控制器同时使用进行示例说明，但此处并不仅限于只有3个i/0配置通道，当增加4个时则可扩展至16块检测单元同时使用，以此类推。同时多个检测单元可同步件单片采集，大大缩短了采集周期。
35.表一
[0036][0037]
实施例二
[0038]
参照图1，一种燃料电池系统的断线检测系统，包括can总线以及三个实施例一所述的的燃料电池系统的断线检测装置；
[0039]
所述燃料电池系统的断线检测装置的mcu通过can收发器与can总线通讯。
[0040]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。