具有高精度高共模单体电压的检测系统的制作方法

本发明涉及燃料电池，尤其涉及电解槽单体电压检测，具体是指一种具有高精度高共模单体电压的检测系统。

背景技术：

1、传统多通道光耦轮询模拟采集方案精度较低，仅满足±5mv左右的采样误差，在燃料电池电堆、电解槽测试台应用场景中不能更好的、高精度的还原当前电压值。目前基于adi公司的ltc6806方案可满足车载精度使用要求，在燃料电池电堆、电解槽测试台应用场景中不能更好的、高精度的还原当前电压值，同时adi公司的ltc6806芯片价格过高，同时还需搭配adi的隔离spi通信芯片使用，总体研发成本过高。以及传统方案多采用单块采集板多路信号调理电路，因实际运算放大器存在参数的一致性问题，实际信号调理过程中每一路的运算放大器存在差异性导致实际数据精度差。在大功率多片数燃料电池电堆、电解槽应用场景中使用较为常规的接地方案，多块采集板在级联时也会存在共模电压限制的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种具有高精度高共模单体电压的检测系统。

2、为了实现上述目的，本发明的该具有高精度高共模单体电压的检测系统如下：

3、该具有高精度高共模单体电压的检测系统，其主要特点是，所述的系统包括：供电单元、检测单元、自检标定单元、主控单元mcu以及can通信单元，其中，

4、所述的供电单元用于从外部输入9v至32v直流电源，并通过所述的系统内部集成的双电源隔离模块对输入电流进行电源滤波、反接保护、过压保护、过流保护、欠压保护以及过温保护等处理，同时为燃料电池单片电压巡检仪cvm提供±15v电源轨；

5、所述的检测单元与所述的供电单元相连接，用于对燃料电池电堆及电解槽单体采用浮地方式巡检采样电压值；

6、所述的自检标定单元与所述的检测单元相连接，用于通过判断所述的检测单元内部的巡检切换通道中多路复用器的使能状态及主控单元mcu的驱动io输出状态，从而控制自检标定任务的执行；

7、所述的主控单元mcu与所述的检测单元和自检标定单元相连接，用于对各集成芯片进行逻辑控制以及数据交互处理；

8、所述的can通信单元与所述的供电单元、检测单元以及主控单元mcu相连接，所述的系统通过外部的can总线网络进行can通信处理，并以此实现针对燃料电池系统测试台或者电解槽测试台的检测处理。

9、较佳地，所述的供电单元具体包括：

10、外部直流供电电源，用于向燃料电池单片电压巡检仪cvm提供9至32v的直流电源；

11、cvm内部电源，其内部集成有双电源隔离模块ura2415s-6wr3及相应的外围电路，所述的外围电路一端与所述的外部直流供电电源相连接，另一端与所述的双电源隔离模块ura2415s-6wr3相连接，且所述的外围电路包括emi滤波电路和反接保护电路；所述的双电源隔离模块ura2415s-6wr3及外围电路用于提供±15v电源轨。

12、较佳地，所述的检测单元包括若干个固态继电器aqw210、两个16:1的单通道模拟多路复用器cd74hc4067、信号调理电路、第一高精度电压参考源adr4550、第二高精度电压参考源adr4525以及模数转换器sar adc芯片ads8353，其中，

13、第一个所述的固态继电器aqw210的第一输入端与燃料电池偶数节相连，第二输入端则与信号调理电路中的差动运算放大器ad629的同相输入端+in端相连接；与之相邻的另一个固态继电器aqw210的第一输入端与燃料电池奇数节相连，第二输入端则与信号调理电路中的差动运算放大器ad629的反相输入端－in端相连接；且若干个相邻的固态继电器aqw210两两一组，均按照上述方式将两个输入端与所述的差动运算放大器ad629相连接；

14、各个所述的固态继电器aqw210的控制端依次交替与两个16:1的单通道模拟多路复用器的输入端相连接，两个16:1的单通道模拟多路复用器的输出端及控制端与所述的主控单元mcu的gpio口相连接，并由所述的主控单元mcu控制相应通道切换的轮询；

15、通过所述的固态继电器aqw210与主控单元mcu的轮询切换，所述的检测单元将被测电压输入至信号调理电路的模拟前端，所述的模拟前端通过所述的差动运算放大器ad629以及第一高精度电压参考源adr4550对所述的被测电压做进一步的处理，并通过一滤波缓冲器将所述的被测电压输出至所述的模数转换器sar adc芯片ads8353的输入端。

16、较佳地，所述的cvm内部电源还包括：buck转换芯片lmr14010、第一ldo芯片tps7a4901、第二ldo芯片tps7a3001、第三ldo芯片tps74650，其中，

17、所述的buck转换芯片lmr14010和第一ldo芯片tps7a4901均与所述的双电源隔离模块ura2415s-6wr3的+15v电源轨相连接，所述的第二ldo芯片tps7a3001与所述的双电源隔离模块ura2415s-6wr3的－15v电源轨相连接；

18、所述的第一ldo芯片tps7a4901以及第二ldo芯片tps7a3001用于为所述的差动运算放大器ad629提供正负12v双轨供电需求；

19、所述的buck转换芯片lmr14010用于提供5.5v电源轨，并向第一高精度电压参考源adr4550和第三ldo芯片tps74650进行供电；

20、所述的第一高精度电压参考源adr4550用于为所述的差动运算放大器ad629提供5v的参考电源；

21、所述的第三ldo芯片tps74650用于提供5v电源轨，并为主控芯片、数字电路芯片、模数转换器adc ads8353、第二高精度电压参考源adr4525以及can通信单元提供供电需求。

22、较佳地，所述的信号调理电路的输出端与所述的模数转换器sar adc芯片ads8353的正极性模拟输入端相连接，所述的模数转换器sar adc芯片ads8353的负极性模拟输入端与所述的第二高精度电压参考源adr4525的输出端相连接；所述的模数转换器sar adc芯片ads8353内部还设置有adc_通道a、adc_通道b、adc模数转换模块、adc供电模块以及数字spi接口；其中，

23、所述的adc_通道a、adc_通道b和adc模数转换模块彼此相互连接，数字spi接口通过spi总线与主控单元mcu进行数据交互；

24、所述的信号调理电路通过一adc输入滤波驱动电路与所述的adc_通道a相连接；

25、所述的第二高精度电压参考源adr4525通过一参考电压源驱动电路与所述的adc_通道b相连接，用于检测获取到的电压值；

26、所述的数字spi接口通过spi总线与所述的主控单元mcu通信进行数据交互。

27、较佳地，所述的自检标定单元具体包括：机械继电器eb2-5nu以及继电器驱动电路，其中，所述的机械继电器eb2-5nu输出端分别与所述的差动运算放大器ad629的同相输入端和反相输入端相连接，所述的机械继电器eb2-5nu的控制端与所述的继电器驱动电路的输出端相连接，所述的继电器驱动电路通过内部设置的逻辑门判断所述的单通道模拟多路复用器cd74hc4067的使能状态及主控单元mcu的驱动io输出状态，从而控制自检标定任务的执行，以此确保自检标定过程中所述的信号调理电路输入端无燃料电池电压接入。

28、较佳地，所述的主控单元mcu的主芯片采用nxp mc9s08单片机，用于对各集成芯片进行逻辑控制，并与外置的所述的燃料电池系统测试台或者电解槽测试台的16位adc巡检电压采样数据进行交互，并通过所述的can通信单元与外部的can网络进行信息交互。

29、较佳地，所述的can通信单元具体包括数字隔离器adum5201以及can总线收发器tcan1042，所述的数字隔离器adum5201的第一端与所述的nxp mc9s08单片机相连接，所述的数字隔离器adum5201的另一端与所述的can总线收发器tcan1042相连接，所述的can总线收发器tcan1042的另一端与所述的emi滤波电路相连接，所述的emi滤波电路与外部的can总线网络相连接，所述的数字隔离器adum5201用于提供经过隔离后的5v电源轨，并对所述的can总线收发器提供隔离供电需求。

30、采用了本发明的该具有高精度高共模单体电压的检测系统，通过输入端浮地方案解决了级联时大功率多片数燃料电池电堆、电解槽共模电压的限制。同时，采用固态继电器输入隔离方案，解决了因光耦内阻过大引起的漏电流问题，极大减小了输入前端漏电流对信号调理端的影响。本技术方案中多通道采样仅需一路运算放大器调理信号，且可以满足燃料电池电堆、电解槽正负电压采样的需求，同时可以实现±1mv的采样误差及±0.02％rdg的精度和0.1mv的分辨率需求。通过采用外置ti公司的16位600ksps采样率sar型模数转换器，在满足精度及分辨率的情况下提高采样速率，还能够更好的还原被测对象当前电压值状态。