专利名称：一种燃料电池单片电压检测系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电池电压检测设备技术领域，尤其涉及ー种燃料电池单片电压检测系统。
背景技术：
在标准条件下，质子交換膜燃料电池(PEMFC)的理论电动势为1. 229V，但由于存在活化极化、欧姆极化和浓差极化等电压损失，电池工作过程中的实际输出电压远远低于按热力学方法计算出来的理论电动势。为了满足负载的电压要求，传统双极电堆常采用串联方式将许多单片燃料电池串联连接在一起，一片电池的阴极与下一片电池的阳极相连。 显然，单片电池的性能影响着整个电池堆的性能。现有的能够实现燃料电池单片电压检测的设备，存在着结构复杂、制造成本较高的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供ー种燃料电池单片电压检测系统，具有体积小、重量轻、结构简单、制造成本低的特点。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是一种燃料电池单片电压检测系统，其特征在于包括信号调理电路、A/D转换单元、MCU和LCD，燃料电池堆的负极与信号调理电路的接地端连接，燃料电池堆中单片燃料电池的正极与所述信号调理电路的输入端依次连接，所述信号调理电路的输出端依次与所述A/D转换单元的输入端连接，所述A/D转换单元的输出端与所述MCU的输入端连接，所述MUC的输出端与所述LCD的输入端连接。所述系统还包括报警单元和上位机，所述报警単元的输入端与所述MCU的输出端连接，所述上位机通过串ロ与所述MCU连接。所述信号调理电路包括与需要检测的燃料电池堆中的单片燃料电池数量相同的信号调理单元，所述信号调理单元包括电阻R1-R5、放大器Ul和ニ极管D1-D2，所述电阻Rl 的一端接所述放大器Ul的2脚，所述电阻R2和R3的一端接所述放大器Ul的3脚，所述电阻R3的另一端接系统偏置电压Vref，所述电阻R4的一端接所述放大器Ul的1脚，所述电阻R4的另一端为所述信号调理电路的ー个输出端，所述电阻R5的一端接所述放大器Ul的 2脚，所述电阻R5的另一端接所述放大器Ul的1脚，所述ニ极管Dl的正极接地，所述ニ极管Dl的负极接所述ニ极管D2的正扱，所述ニ极管D2的负极接电源电压Vcc，所述ニ极管 Dl和D2的结点接所述放大器Ul的1脚，所述放大器Ul的4脚和11脚分別接放大器工作电压V2和Vl ；
所述信号调理电路的接地端为第一个信号调理单元中电阻Rl的悬空端，所述第一个信号调理单元中电阻R2的悬空端与第二个信号调理电路中电阻Rl的悬空端连接，所述第 ー个信号调理单元中电阻R2与所述第二个信号调理单元中电阻Rl的结点为所述信号调理电路的第一个输入端，其余各个信号调理单元依次按照上述信号调理单元与信号调理单元间的连接方式连接并设置相应的信号调理电路输入端和输出端，最后ー个信号调理单元中电阻R2的悬空端为所述信号调理电路的最后一个输入端。采用上述技术方案所产生的有益效果在于所述系统由简单的几部分組成，体积小、重量轻，具有结构简単，制造成本低的特点，可以直接贴附于燃料电池堆表面，易干与燃料电池堆控制系统集成，实现了对单片燃料电池电压的实时检测。此外，所述系统将燃料电池堆的负极与信号调理电路接地端连接，保证了整个系统地信号的一致性，提高了所述系统的检测精度；所述系统采用差分电压检测方法，仅放大了差模信号，抑制了共模信号，从而提高了所述系统的检测精度；所述信号调理电路中引入了偏置电压Vref，巧妙的解决了 A/D转换单元无法检测负电压的问题；所述信号调理电路中还设有由ニ极管D1-D2和限流电阻R4組成的保护电路，使信号调理电路的输出电压钳位在-0. 7V与电源电压VCC之间， 保护信号调理电路的后续器件的安全，以免电路故障输出电压过大而损坏其它器件。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进ー步详细的说明。图1是本发明原理框图2是图1中信号调理电路的原理图； 其中1、信号调理单元。
具体实施例方式如图1所示，ー种燃料电池单片电压检测系统，包括信号调理电路、A/D转换单元、 MCU和LCD。燃料电池堆的负极与信号调理电路的接地端连接，燃料电池堆中单片燃料电池的正极与所述信号调理电路的输入端依次连接，所述信号调理电路的输出端依次与所述A/ D转换单元的输入端连接，所述A/D转换单元的输出端与所述MCU的输入端连接，所述MUC 的输出端与所述IXD的输入端连接。如图1所示，所述系统还包括报警单元和上位机，所述报警単元的输入端与所述 MCU的输出端连接，所述上位机通过串ロ与所述MCU连接。如图2所示，所述信号调理电路包括与需要检测的燃料电池堆中的单片燃料电池数量相同的信号调理单元1，所述信号调理单元1包括电阻R1-R5、放大器Ul和ニ极管 D1-D2。所述电阻Rl的一端接所述放大器Ul的2脚，所述电阻R2和R3的一端接所述放大器Ul的3脚，所述电阻R3的另一端接系统偏置电压Vref ；所述电阻R4的一端接所述放大器Ul的1脚，所述电阻R4的另一端为所述信号调理电路的ー个输出端；所述电阻R5的一端接所述放大器Ul的2脚，所述电阻R5的另一端接所述放大器Ul的1脚；所述ニ极管Dl 的正极接地，所述ニ极管Dl的负极接所述ニ极管D2的正扱，所述ニ极管D2的负极接电源电压Vcc，所述ニ极管Dl和D2的结点接所述放大器Ul的1脚；所述放大器Ul的4脚和11 脚分別接放大器工作电压V2和VI。如图2所示，所述信号调理电路的接地端为第一个信号调理单元中电阻Rl的悬空端，所述第一个信号调理单元中电阻R2的悬空端与第二个信号调理电路中电阻Rl的悬空端连接；所述第一个信号调理单元中电阻R2与所述第二个信号调理单元中电阻Rl的结点为所述信号调理电路的第一个输入端，其余各个信号调理单元1依次按照上述信号调理单元1与信号调理单元1间的连接方式连接并设置相应的信号调理电路输入端和输出端；最后ー个信号调理单元中电阻R2的悬空端为所述信号调理电路的最后一个输入端。放大器Ul选用通用功率放大器MC3403;A/D转换单元选用德州仪器公司的 TLC2543,TLC2543的通道号由MCU的I/O ロ控制，进行循环顺序选通，将多路单片燃料电池电压信号分别送入MCU ；MCU选用AVR系列中的ATmegal6系列单片机；IXD选用LCM12864ZK 串行液晶显示器，分页显示单片燃料电池的实时电压值，每隔5秒自动更新一页；当燃料电池堆中某片或某几片燃料电池工作异常吋，MCU输出报警信号，协助及时做出处理。上位机能够存储燃料电池堆的电压、电流和单片燃料电池的电压值，并将这些值作为历史文件保存到上位机中，方便查询每片单片燃料电池的历史及其电压变化趋势，方便分析与管理单片燃料电池。燃料电池堆中各单片燃料电池的正极通过探针与信号调理电路中相应的输入端连接，系统将燃料电池堆的负极与信号调理电路的接地端连接，保证整个系统地信号的一致性，提高了测试精度。燃料电池堆中各单片燃料电池电压信号为差模小信号，并含有较大的共模部分， 要求信号调理电路应具有较强的抑制共模信号的能力。所述系统采用差分电压测量方法， 仅放大差模信号，抑制共模信号。各个串联的单片燃料电池电压信号经信号调理电路后得到差分电压，即单片燃料电池电压放大信号。当燃料电池堆输出较大功率吋，部分性能不佳的单片燃料电池输出电压将降为0 V左右，甚至可能出现负电压，所述系统在信号调理电路中引入系统偏置电压Vref，该系统偏置电压Vref为2. 5V，单片燃料电池电压信号放大2倍后再加偏置电压Vref输出给A/D 转换单元，巧妙地解决了 A / D转换单元不能測量负电压的问题。每片燃料电池电压信号经信号调理电路输出后加输出保护电路，所述输出保护电路由ニ极管D1-D2和限流电阻R4組成，所述输出保护电路一方面限制输出电流，另一方面也限制输出电压的幅值，使信号调理电路的输出电压钳位于-0. 7V到电源电压VCC之间，保护信号调理电路后续器件的安全，以免电路故障输出电压过大而损坏其它器件。所述系统由简单的几部分組成，体积小、重量轻，具有结构简単，制造成本低的特点，可以直接贴附于燃料电池堆表面，易干与燃料电池堆控制系统集成，实现了对单片燃料电池电压的实时检測。
权利要求
1.ー种燃料电池单片电压检测系统，其特征在于包括信号调理电路、A/D转换单元、 MCU和LCD，燃料电池堆的负极与信号调理电路的接地端连接，燃料电池堆中单片燃料电池的正极与所述信号调理电路的输入端依次连接，所述信号调理电路的输出端依次与所述A/ D转换单元的输入端连接，所述A/D转换单元的输出端与所述MCU的输入端连接，所述MUC 的输出端与所述IXD的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的ー种燃料电池单片电压检测系统，其特征在于所述系统还包括报警单元和上位机，所述报警単元的输入端与所述MCU的输出端连接，所述上位机通过串ロ与所述MCU连接。
3.根据权利要求1所述的ー种燃料电池单片电压检测系统，其特征在于所述信号调理电路包括与需要检测的燃料电池堆中的单片燃料电池数量相同的信号调理单元(1)，所述信号调理单元(1)包括电阻R1-R5、放大器Ul和ニ极管D1-D2，所述电阻Rl的一端接所述放大器Ul的2脚，所述电阻R2和R3的一端接所述放大器Ul的3脚，所述电阻R3的另一端接系统偏置电压Vref，所述电阻R4的一端接所述放大器Ul的1脚，所述电阻R4的另一端为所述信号调理电路的ー个输出端，所述电阻R5的一端接所述放大器Ul的2脚，所述电阻 R5的另一端接所述放大器Ul的1脚，所述ニ极管Dl的正极接地，所述ニ极管Dl的负极接所述ニ极管D2的正扱，所述ニ极管D2的负极接电源电压Vcc，所述ニ极管Dl和D2的结点接所述放大器Ul的1脚，所述放大器Ul的4脚和11脚分別接放大器工作电压V2和Vl ；所述信号调理电路的接地端为第一个信号调理单元中电阻Rl的悬空端，所述第一个信号调理单元中电阻R2的悬空端与第二个信号调理电路中电阻Rl的悬空端连接，所述第 ー个信号调理单元中电阻R2与所述第二个信号调理单元中电阻Rl的结点为所述信号调理电路的第一个输入端，其余各个信号调理单元(1)依次按照上述信号调理单元(1)与信号调理单元(1)间的连接方式连接并设置相应的信号调理电路输入端和输出端，最后ー个信号调理单元中电阻R2的悬空端为所述信号调理电路的最后一个输入端。
全文摘要
本发明公开了一种燃料电池单片电压检测系统，属于电池电压检测设备技术领域。包括信号调理电路、A/D转换单元、MCU和LCD，燃料电池堆的负极与信号调理电路的接地端连接，燃料电池堆中单片燃料电池的正极与所述信号调理电路的输入端依次连接，所述信号调理电路的输出端依次与所述A/D转换单元的输入端连接，所述A/D转换单元的输出端与所述MCU的输入端连接，所述MUC的输出端与所述LCD的输入端连接。所述系统由简单的几部分组成，体积小、重量轻，具有结构简单，制造成本低的特点，可以直接贴附于燃料电池堆表面，易于与燃料电池堆控制系统集成，实现了对单片燃料电池电压的实时检测。
文档编号G01R19/252GK102540095SQ20121000305
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者吕艳梅, 王胜开, 阎群, 陈国顺 申请人:中国人民解放军63908部队