專利名稱：一種燃料電池單片電壓檢測系統(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(xué)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(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的設(shè)備，存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本較高的缺點。

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系統(tǒng)，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低的特點。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系統(tǒng)，其特征在于包括信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換單元、MCU和LCD，燃料電池堆的負極與信號調(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調(diào)理電路的輸入端依次連接，所述信號調(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(diào)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(shù)量相同的信號調(diào)理單元，所述信號調(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調(diào)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(jié)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(diào)理電路的接地端為第一個信號調(diào)理單元中電阻Rl的懸空端，所述第一個信號調(diào)理單元中電阻R2的懸空端與第二個信號調(diào)理電路中電阻Rl的懸空端連接，所述第 ー個信號調(diào)理單元中電阻R2與所述第二個信號調(diào)理單元中電阻Rl的結(jié)點為所述信號調(diào)理電路的第一個輸入端，其余各個信號調(diào)理單元依次按照上述信號調(diào)理單元與信號調(diào)理單元間的連接方式連接并設(shè)置相應(yīng)的信號調(diào)理電路輸入端和輸出端，最后ー個信號調(diào)理單元中電阻R2的懸空端為所述信號調(diào)理電路的最后一個輸入端。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)由簡單的幾部分組成，體積小、重量輕，具有結(jié)構(gòu)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(tǒng)集成，實現(xiàn)了對單片燃料電池電壓的實時檢測。此外，所述系統(tǒng)將燃料電池堆的負極與信號調(diào)理電路接地端連接，保證了整個系統(tǒng)地信號的一致性，提高了所述系統(tǒng)的檢測精度；所述系統(tǒng)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(tǒng)的檢測精度；所述信號調(diào)理電路中引入了偏置電壓Vref，巧妙的解決了 A/D轉(zhuǎn)換單元無法檢測負電壓的問題；所述信號調(diào)理電路中還設(shè)有由ニ極管D1-D2和限流電阻R4組成的保護電路，使信號調(diào)理電路的輸出電壓鉗位在-0. 7V與電源電壓VCC之間， 保護信號調(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)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進ー步詳細的說明。圖1是本發(fā)明原理框圖2是圖1中信號調(diào)理電路的原理圖； 其中1、信號調(diào)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(tǒng)，包括信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換單元、 MCU和LCD。燃料電池堆的負極與信號調(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調(diào)理電路的輸入端依次連接，所述信號調(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(diào)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(shù)量相同的信號調(diào)理單元1，所述信號調(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調(diào)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(jié)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(diào)理電路的接地端為第一個信號調(diào)理單元中電阻Rl的懸空端，所述第一個信號調(diào)理單元中電阻R2的懸空端與第二個信號調(diào)理電路中電阻Rl的懸空端連接；所述第一個信號調(diào)理單元中電阻R2與所述第二個信號調(diào)理單元中電阻Rl的結(jié)點為所述信號調(diào)理電路的第一個輸入端，其余各個信號調(diào)理單元1依次按照上述信號調(diào)理單元1與信號調(diào)理單元1間的連接方式連接并設(shè)置相應(yīng)的信號調(diào)理電路輸入端和輸出端；最后ー個信號調(diào)理單元中電阻R2的懸空端為所述信號調(diào)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(zhuǎn)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(huán)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(dāng)燃料電池堆中某片或某幾片燃料電池工作異常吋，MCU輸出報警信號，協(xié)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(diào)理電路中相應(yīng)的輸入端連接，系統(tǒng)將燃料電池堆的負極與信號調(diào)理電路的接地端連接，保證整個系統(tǒng)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(diào)理電路應(yīng)具有較強的抑制共模信號的能力。所述系統(tǒng)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(lián)的單片燃料電池電壓信號經(jīng)信號調(diào)理電路后得到差分電壓，即單片燃料電池電壓放大信號。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)負電壓，所述系統(tǒng)在信號調(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)換單元不能測量負電壓的問題。每片燃料電池電壓信號經(jīng)信號調(diào)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(diào)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(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)由簡單的幾部分組成，體積小、重量輕，具有結(jié)構(gòu)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(tǒng)集成，實現(xiàn)了對單片燃料電池電壓的實時檢測。
權(quán)利要求
1.ー種燃料電池單片電壓檢測系統(tǒng)，其特征在于包括信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換單元、 MCU和LCD，燃料電池堆的負極與信號調(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調(diào)理電路的輸入端依次連接，所述信號調(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系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)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(jù)權(quán)利要求1所述的ー種燃料電池單片電壓檢測系統(tǒng)，其特征在于所述信號調(diào)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(shù)量相同的信號調(diào)理單元(1)，所述信號調(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調(diào)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(jié)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(diào)理電路的接地端為第一個信號調(diào)理單元中電阻Rl的懸空端，所述第一個信號調(diào)理單元中電阻R2的懸空端與第二個信號調(diào)理電路中電阻Rl的懸空端連接，所述第 ー個信號調(diào)理單元中電阻R2與所述第二個信號調(diào)理單元中電阻Rl的結(jié)點為所述信號調(diào)理電路的第一個輸入端，其余各個信號調(diào)理單元(1)依次按照上述信號調(diào)理單元(1)與信號調(diào)理單元(1)間的連接方式連接并設(shè)置相應(yīng)的信號調(diào)理電路輸入端和輸出端，最后ー個信號調(diào)理單元中電阻R2的懸空端為所述信號調(diào)理電路的最后一個輸入端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃料電池單片電壓檢測系統(tǒng)，屬于電池電壓檢測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。包括信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換單元、MCU和LCD，燃料電池堆的負極與信號調(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調(diào)理電路的輸入端依次連接，所述信號調(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)由簡單的幾部分組成，體積小、重量輕，具有結(jié)構(gòu)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(tǒng)集成，實現(xiàn)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(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 申請人:中國人民解放軍63908部隊