全文摘要
本实用新型公开了一种检测燃料电池正负单片电压的装置及其控制方法，该装置包括主控单元和若干个检测单元，检测单元采用分组测量，以若干片串联的燃料电池为一组，采集一组燃料电池的所有路电压值，每个检测单元的检测控制器MCU通过译码器依次打开每个选通开关，将单片电压模拟信号送入信号调理电路，通过其内部单电源供电的两路差分放大器以及双控开关K和“与”门电路，实现正负单片电压的判别和检测，再经信号调理电路的限幅滤波后送入A\/D转换模块，单片数字电压信号通过内部CAN子网传送至主控单元，实现了整个燃料电池堆的单片电压检测，解决了电压累势过高的问题，提高了采集精度，能对电池异常负压进行采集，能够对电池正负压进行判别和检测。
主设计要求
1.一种检测燃料电池正负单片电压的装置，其特征在于：包括主控单元、FC控制器和若干个检测单元；检测单元采用分组测量，以若干片串联的燃料电池为一组，采集一组燃料电池的所有路电压值，检测单元包括若干个选通开关、两个译码器、信号调理电路、光耦隔离电路、检测控制器MCU、两个光耦和CAN收发器，每个选通开关的一端依次与燃料电池两端相连、另一端与信号调理电路输入端相连、控制端依次交替与两个译码器的输出端相连，译码器的地址输入端与检测控制器MCU的接口相连，信号调理电路的输出端与光耦隔离电路输入端相连，光耦隔离电路的输出端与检测控制器MCU的ND转换模块相连，检测控制器MCU的CAN模块与2个光耦的输入端相连，2个光耦的输出端共同连接到CAN收发器的输入端，CAN收发器的输出端连接到CAN子网上，每个检测单元通过CAN子网与主控单元进行通讯，主控单元通过CAN主网与FC控制器进行通讯；每个检测单元能接收主控单元发送的启动命令，检测控制器MCU通过译码器依次打开选通开关，将单片电压模拟信号送入信号调理电路，通过信号调理电路内部单电源供电的两路差分放大器以及双控开关K和“与”门电路，实现正负单片电压的判别和检测，再经信号调理电路的限幅滤波后送入检测控制器MCU内部的A\/D转换模块，各检测单元同步完成所有单片电压值的检测并向主控单元请求数据发送，得到允许指令后，各检测单元的检测控制器MCU依次将单片数字电压信号通过内部CAN子网传送至主控单元，从而实现了整个燃料电池堆的单片电压检测。
设计方案
1.一种检测燃料电池正负单片电压的装置，其特征在于：包括主控单元、FC控制器和若干个检测单元；检测单元采用分组测量，以若干片串联的燃料电池为一组，采集一组燃料电池的所有路电压值，检测单元包括若干个选通开关、两个译码器、信号调理电路、光耦隔离电路、检测控制器MCU、两个光耦和CAN收发器，每个选通开关的一端依次与燃料电池两端相连、另一端与信号调理电路输入端相连、控制端依次交替与两个译码器的输出端相连，译码器的地址输入端与检测控制器MCU的接口相连，信号调理电路的输出端与光耦隔离电路输入端相连，光耦隔离电路的输出端与检测控制器MCU的ND转换模块相连，检测控制器MCU的CAN模块与2个光耦的输入端相连，2个光耦的输出端共同连接到CAN收发器的输入端，CAN收发器的输出端连接到CAN子网上，每个检测单元通过CAN子网与主控单元进行通讯，主控单元通过CAN主网与FC控制器进行通讯；
每个检测单元能接收主控单元发送的启动命令，检测控制器MCU通过译码器依次打开选通开关，将单片电压模拟信号送入信号调理电路，通过信号调理电路内部单电源供电的两路差分放大器以及双控开关K和“与”门电路，实现正负单片电压的判别和检测，再经信号调理电路的限幅滤波后送入检测控制器MCU内部的A\/D转换模块，各检测单元同步完成所有单片电压值的检测并向主控单元请求数据发送，得到允许指令后，各检测单元的检测控制器MCU依次将单片数字电压信号通过内部CAN子网传送至主控单元，从而实现了整个燃料电池堆的单片电压检测。
2.根据权利要求1所述的检测燃料电池正负单片电压的装置，其特征在于：信号调理电路包括差分放大器A、差分放大器B、单电源、加法器、限幅器、滤波器，双控开关K以及“与”门电路；
信号调理电路的“Vin<\/sub>”输入端与差分放大器A的“+”同相输入端相连、与差分放大器B的“-”反相输入端相连，信号调理电路的“VGND<\/sub>”输入端与差分放大器A的“-”反相输入端相连、与差分放大器B的“+”同相输入端相连，通过“与”门电路进行正负单片电压的判别和检测，差分放大器A和差分放大器B的输出端共同连接到加法器，经过加法器之后再依次连接限幅器和滤波器，经过滤波器之后信号调理电路的输出端连接到光耦隔离电路；
双控开关K的静触点“1”与差分放大器A的输出端相连、静触点“3”与差分放大器B的输出端相连、动触点“2”连接到“与”门的一个输入端，一个高电平“1”连接到“与”门的另一个输入端，“与”门的输出端连接到检测控制器MCU接口，实现正负单片电压的判别，差分放大器A和差分放大器B采用单电源供电，单电源的输出“+V”端分别与差分放大器A和差分放大器B的“+V”相连、“GND”接地端分别与差分放大器A和差分放大器B的“GND”相连。
3.根据权利要求1所述的检测燃料电池正负单片电压的装置，其特征在于：每个检测单元的所有选通开关的输入端依次连接在燃料电池的两端，编号为偶数的选通开关的输出端与信号调理电路的“VGND<\/sub>”输入端相连、控制端与译码器A的输出端相连，编号为奇数的选通开关的输出端与信号调理电路的“Vin<\/sub>”输入端相连、控制端与译码器B的输出端相连；
对于编号为奇数的单片燃料电池，当它被检测时，与此单片燃料电池“+”“-”两端相连的两个选通开关闭合，将电池的“+”端连接到信号调理电路的“Vin<\/sub>”输入端、“-”端连接到信号调理电路的“VGND<\/sub>”输入端；
对于编号为偶数的单片燃料电池，当它被检测时，与此单片燃料电池“+”“-”两端相连的两个选通开关闭合，将电池的“+”端连接到信号调理电路的“VGND<\/sub>”输入端、“-”端连接到信号调理电路的“Vin<\/sub>”输入端。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于燃料电池领域，具体涉及一种检测燃料电池正负单片电压的装置。
背景技术
燃料电池工作原理与传统电池相同，但燃料电池并不存储能量，它仅作为一种能量转化装置，其工作方式与热机发电类似，即只要连续地供应燃料和氧化剂并不断地排除产物就能连续发电，而且电极不被消耗，与传统电池相比具有效率高、污染地、噪声低、机动灵活、适用范围广等特点，可以高效地、环境友好地将储存在燃料中的化学能等温地转化为电能，因此广泛用于家用电器、手机、笔记本电脑\\发电站、电动汽车、航空航天等领域。
由于燃料电池结构复杂，因此其性能测试存在许多技术难点，给研发人员带来了极大的挑战，如，由于燃料电池堆的特殊构造，大功率串联燃料电池堆通常产生的累计电势的问题，给电压数据采集系统设计带来难度，使得电压数据采集系统成本高、结构复杂、精度达不到要求、稳定性不佳。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种检测燃料电池正负单片电压的装置，解决了电压累势过高的问题，提高了采集精度，能对电池异常负压进行采集，能够对电池正负压进行判别和检测。
本实用新型所采用的技术方案是：
一种检测燃料电池正负单片电压的装置，包括主控单元、FC控制器和若干个检测单元；检测单元采用分组测量，以若干片串联的燃料电池为一组，采集一组燃料电池的所有路电压值，检测单元包括若干个选通开关、两个译码器、信号调理电路、光耦隔离电路、检测控制器MCU、两个光耦和CAN收发器，每个选通开关的一端依次与燃料电池两端相连、另一端与信号调理电路输入端相连、控制端依次交替与两个译码器的输出端相连，译码器的地址输入端与检测控制器MCU的接口相连，信号调理电路的输出端与光耦隔离电路输入端相连，光耦隔离电路的输出端与检测控制器MCU的A\/D转换模块相连，检测控制器MCU的CAN模块与2个光耦的输入端相连，2个光耦的输出端共同连接到CAN收发器的输入端，CAN收发器的输出端连接到CAN子网上，每个检测单元通过CAN子网与主控单元进行通讯，主控单元通过CAN主网与FC控制器进行通讯；
每个检测单元能接收主控单元发送的启动命令，检测控制器MCU通过译码器依次打开选通开关，将单片电压模拟信号送入信号调理电路，通过信号调理电路内部单电源供电的两路差分放大器以及双控开关K和“与”门电路，实现正负单片电压的判别和检测，再经信号调理电路的限幅滤波后送入检测控制器MCU内部的A\/D转换模块，各检测单元同步完成所有单片电压值的检测并向主控单元请求数据发送，得到允许指令后，各检测单元的检测控制器MCU依次将单片数字电压信号通过内部CAN子网传送至主控单元，从而实现了整个燃料电池堆的单片电压检测。
进一步地，信号调理电路包括差分放大器A、差分放大器B、单电源、加法器、限幅器、滤波器，双控开关K以及“与”门电路；
信号调理电路的“Vin<\/sub>”输入端与差分放大器A的“+”同相输入端相连、与差分放大器B的“-”反相输入端相连，信号调理电路的“VGND<\/sub>”输入端与差分放大器A的“-”反相输入端相连、与差分放大器B的“+”同相输入端相连，通过“与”门电路进行正负单片电压的判别和检测，差分放大器A和差分放大器B的输出端共同连接到加法器，经过加法器之后再依次连接限幅器和滤波器，经过滤波器之后信号调理电路的输出端连接到光耦隔离电路；
双控开关K的静触点“1”与差分放大器A的输出端相连、静触点“3”与差分放大器B的输出端相连、动触点“2”连接到“与”门的一个输入端，一个高电平“1”连接到“与”门的另一个输入端，“与”门的输出端连接到检测控制器MCU接口，实现正负单片电压的判别，差分放大器A和差分放大器B采用单电源供电，单电源的输出“+V”端分别与差分放大器A和差分放大器B的“+V”相连、“GND”接地端分别与差分放大器A和差分放大器B的“GND”相连。
进一步地，每个检测单元的所有选通开关的输入端依次连接在燃料电池的两端，编号为偶数的选通开关的输出端与信号调理电路的“VGND<\/sub>”输入端相连、控制端与译码器A的输出端相连，编号为奇数的选通开关的输出端与信号调理电路的“Vin<\/sub>”输入端相连、控制端与译码器B的输出端相连。
对于编号为奇数的单片燃料电池，当它被检测时，与此单片燃料电池“+”“-”两端相连的两个选通开关闭合，将电池的“+”端连接到信号调理电路的“Vin<\/sub>”输入端、“-”端连接到信号调理电路的“VGND<\/sub>”输入端；
对于编号为偶数的单片燃料电池，当它被检测时，与此单片燃料电池“+”“-”两端相连的两个选通开关闭合，将电池的“+”端连接到信号调理电路的“VGND<\/sub>”输入端、“-”端连接到信号调理电路的“Vin<\/sub>”输入端。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型通过使用选通开关对燃料电池堆不同电池进行切换，保证了同一时刻只测量一片电池，解决电压累势过高的问题；信号调理电路能够放大小信号，提高采集精度，同时使用单电源供电，使检测单元不仅能采集电池的正压，也能对电池异常负压进行采集；通过“与”门电路的加入，使得检测单元对异常负电压采集的同时，检测控制器MCU能够对电池正负压进行判别和检测。
附图说明
图1是本实用新型实施例的总体结构框图。
图2是本实用新型实施例的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，在本实施例中，检测燃料电池正负单片电压的装置包括主控单元、FC控制器和若干个检测单元；检测单元采用分组测量，以30片串联的燃料电池为一组，采集一组燃料电池的30路电压值，检测单元包括31个选通开关、两个译码器、信号调理电路、光耦隔离电路、检测控制器MCU、两个光耦和CAN收发器，每个选通开关的一端依次与燃料电池两端相连、另一端与信号调理电路输入端相连、控制端依次交替与两个译码器的输出端相连，译码器的地址输入端与检测控制器MCU的I\/O1<\/sub>～I\/O8<\/sub>接口相连，信号调理电路的输出端与光耦隔离电路输入端相连，光耦隔离电路的输出端与检测控制器MCU的A\/D转换模块相连，检测控制器MCU的CAN模块与2个光耦的输入端相连，2个光耦的输出端共同连接到CAN收发器的输入端，CAN收发器的输出端连接到CAN子网上，每个检测单元通过CAN子网与主控单元进行通讯，实现燃料电池电池单片电压的发送，同时主控单元通过CAN主网与FC控制器进行通讯；每个检测单元接收主控单元发送的启动命令，每个检测单元的检测控制器MCU通过译码器依次打开每个选通开关，将单片电压模拟信号送入信号调理电路，通过其内部单电源供电的两路差分放大器以及双控开关K和“与”门电路，实现正负单片电压的判别和检测，再经信号调理电路的限幅滤波后送入检测控制器MCU内部的A\/D转换模块，各检测单元同步完成30个单片电压值的检测并向主控单元请求数据发送，得到允许指令后，各检测单元的检测控制器MCU依次将单片数字电压信号通过内部CAN子网传送至主控单元，从而实现了整个燃料电池堆的单片电压检测。
如图1所示，在本实施例中，信号调理电路包括差分放大器A、差分放大器B、单电源、加法器、限幅器、滤波器、双控开关K以及“与”门电路，信号调理电路的输出端具有电阻R0、电容C2<\/sub>和双向瞬变抑制二极管D1<\/sub>组成的限幅器，使输出电压钳位在0～VT<\/sub>，以保护后续元器件的安全，同时由电感L1<\/sub>、电阻R1<\/sub>组成的滤波器，消除输出电压中的纹波噪声，使输出电压更加稳定。
在本实施例中，信号调理电路输出端连接到由HCNR201组成的线性光耦隔离电路。核心芯片HCNR201由一个高性能发光二极管led和两个相邻匹配的光敏二极管pd1和pd2组成，这两个光敏二极管有完全相同的性能参数。led是隔离信号的输入端，光敏二极管pd1起负反馈作用用于消除led的非线性和偏差特性带来的误差，改善输入与输出电路间的线性和温度特性，稳定电路性能，光敏二极管pd2是线性光耦的输出端，接收由led发出的光线而产生与光强成正比的输出电流，达到输入及输出电路间电流隔离的作用。HCNR201内部的封装结构、pd1与pd2的严格比例关系及pd1负反馈的作用保证了线性光耦隔离的高稳定性和高线性度。
如图1所示，在本实施例中，每个检测单元的信号调理电路的“Vin<\/sub>”输入端与差分放大器A的“+”同相输入端相连，与差分放大器B的“-”反相输入端相连；信号调理电路的“VGND<\/sub>”输入端与差分放大器A的“-”反相输入端相连，与差分放大器B的“+”同相输入端相连。通过“与”门电路进行正负单片电压的判别和检测，差分放大器A和差分放大器B的输出端共同连接到加法器，经过加法器之后再依次连接限幅器、滤波器，经过滤波器之后信号调理电路的输出端连接到光耦隔离电路。
如图1所示，在本实施例中，双控开关K的静触点“1”与差分放大器A的输出端相连，双控开关K的静触点“3”与差分放大器B的输出端相连，双控开关K的动触点“2”连接到“与”门的一个输入端，一个高电平“1”连接到“与”门的另一个输入端，“与”门的输出端连接到检测控制器MCU的I\/O0<\/sub>接口，实现正负单片电压的判别。
如图1所示，在本实施例中，差分放大器A和差分放大器B采用单电源供电，单电源的输出“+V”端分别与差分放大器A和差分放大器B的“+V”相连，单电源的“GND”接地端分别与差分放大器A和差分放大器B的“GND”相连。单电源的输出“+V”端为+5V，“GND”接地端为公共地，因此只能输出正电压，负电压为零。当电池“+”端接信号调理电路的“Vin”输入端，电池“-”端接信号调理电路的“VGND<\/sub>”输入端时，此时电池电压从差分放大器A“+”同相输入端输入，从差分放大器B“-”反相输入端输入，因此对于差分放大器A输出为正常放大电压，差分放大器B输出为0；当电池“-”端接信号调理电路的“Vin<\/sub>”输入端，电池“+”端接信号调理电路的“VGND<\/sub>”输入端时，此时电池电压从差分放大器A“-”反相输入端输入，从差分放大器B“+”同相输入端输入，因此对于差分放大器A输出为0，差分放大器B输出为正常放大电压。
“与”门电路判断电压正负主要依据是根据“与”门输出状态判断：
当双控开关K动触点“2”拨向静触点“1”时，此时“与”门的一个输入端是差分放大器A的输出端，另一个输入端是高电平“1”。对于编号为奇数的单片电池，当电池电压为正电压时，差分放大器A的输出值有效，而差分放大器B的输出为0，差分放大器A的输出端经过“与”门之后，“与”门输出为高电平，可判断电池为正电压；当电池电压为负电压时，差分放大器A的输出值为0，差分放大器B的输出值为有效，差分放大器A的输出端经过“与”门之后，“与”门出为低电平，可判断电池为负电压。对于编号为偶数的单片电池，当电池电压为正电压时，差分放大器A的输出值为0，而差分放大器B的输出为有效值，差分放大器A的输出端经过“与”门之后，“与”门输出为低电平，可判断电池为正电压；当电池电压为负电压时，差分放大器A的输出值为有效，差分放大器B的输出为0，差分放大器A的输出端经过“与”门之后，“与”门输出为高电平，可判断电池为负电压。
当双控开关K动触点“2”拨向静触点“3”时，此时“与”门的一个输入端是差分放大器B的输出端，另一个输入端是高电平“1”。对于编号为奇数的单片电池，当电池电压为正电压时，差分放大器A的输出值有效，而差分放大器B的输出为0，差分放大器B的输出端经过“与”门之后，“与”门输出为低电平，可判断电池为正电压；当电池电压为负电压时，差分放大器A的输出值为0，差分放大器B的输出值为有效，差分放大器B的输出端经过“与”门之后，“与”门输出为高电平，可判断电池为负电压。对于编号为偶数的单片电池，当电池电压为正电压时，差分放大器A的输出值为0，而差分放大器B的输出值为有效，差分放大器B的输出端经过“与”门之后，“与”门输出为高电平，可判断电池为正电压；当电池电压为负电压时，差分放大器A的输出值为有效，差分放大器B的输出为0，差分放大器B的输出端经过“与”门之后，“与”门输出为低电平，可判断电池为负电压。
本实用新型的每个检测单元的选通开关S0<\/sub>～S30<\/sub>的输入端依次连接在30片燃料电池B1<\/sub>～B30<\/sub>的两端，编号为偶数的选通开关的输出端与信号调理电路的“VGND<\/sub>”输入端相连，控制端与译码器A的输出端Y1<\/sub>～Y16<\/sub>相连；编号为奇数的选通开关的输出端与信号调理电路的“Vin<\/sub>”输入端相连，控制端与译码器B的输出端Y1<\/sub>～Y15<\/sub>相连。
本实施例中，电池选通开关是指型号AQX21444的光耦继电开关，它包括4个光耦继电开关，具有较高的隔离度。每个检测单元采集30片电池电压，由选通单元中的31个光耦继电开关进行控制开合，一个光耦继电开关由发光二极管和光敏三极管组成，其原理是用光耦驱动可控硅，控制光耦端给合适的电信号，光耦另一端光敏三极管得信号导通，使光耦开关导通。发光二极管的输入端通过上拉电阻连接电源，发光二极管的输出端即为选通开关的控制端，它与4线-16线的译码器的输出端相连，光敏三极管的输入端即为选通开关的输入端，它与电池的正负极依次相连，光敏三极管的输出端与即为选通开关的输入端，他与信号调理电路的“Vin<\/sub>”输入端和“VGND<\/sub>”输入端依次相连。
其中对于编号为奇数的单片燃料电池，当它被检测时，与此单片燃料电池“+”“-”两端相连的两个选通开关闭合，将电池的“+”端连接到信号调理电路的“Vin<\/sub>”输入端、电池的“-”端连接到信号调理电路的“VGND<\/sub>”输入端；
对于编号为偶数的单片燃料电池，当它被检测时，与此单片燃料电池“+”“-”两端相连的两个选通开关闭合，将电池的“+”端连接到信号调理电路的“VGND<\/sub>”输入端、电池的“-”端连接到信号调理电路的“Vin<\/sub>”输入端。
译码器A的输入端A1～A4与检测控制器MCU的l\/O1<\/sub>～I\/O4<\/sub>接口相连，译码器B的输入端A1<\/sub>～A4<\/sub>与检测控制器MCU的I\/O5<\/sub>～I\/Oa<\/sub>接口相连。在检测控制器MCU控制下，I\/O1<\/sub>～I\/O4<\/sub>和I\/O5<\/sub>～I\/O8<\/sub>分别依次从0000到1111进行16种状态切换，在同一时刻，译码器A和译码器B的输出端依次输出低电平，也就是说，可以保证同一时刻译码器A和译码器B的输出端各有且仅有一个低电平。选通开关在其控制端为低电平的情况下可以实现导通，因此在同一时刻，保证相邻的两个选通开关导通，一片燃料电池即可以接入电路。
如图2所示，本实用新型提供一种检测燃料电池正负单片电压的控制方法，系统通电后，单片电压检测装置启动，每个检测单元接收到主控单元启动指令，检测单元开始工作。每个检测单元的检测控制器MCU通过译码器选中被检测电池，根据“与”门的输入端不同的连接分两种情况进行判断：
当双控开关K动触点“2”拨向静触点“1”时，“与”门的一个输入端与差分放大器A的输出端相连，另一端与高电平“1”相连，对电池编号进行判断：当检测到编号为奇数的单片燃料电池时，若“与”门输出状态为“1”，可判断电池为正电压，差分放大器A输出值有效，若“与”门输出状态为“0”，可判断电池为负电压，差分放大器B输出值有效；当检测到编号为偶数的单片燃料电池时，若“与”门输出状态为“1”，可判断电池为负电压，差分放大器A输出值有效，若“与”门输出状态为“0”，可判断电池为正电压，差分放大器B输出值有效。
当双控开关K动触点“2”拨向静触点“3”时，“与”门的一个输入端与差分放大器B的输出端相连，另一端与高电平“1”相连，对电池编号进行判断：当检测到编号为奇数的单片燃料电池时，若“与”门输出状态为“1”，可判断电池为负电压，差分放大器B输出值有效，若“与”门输出状态为“0”，可判断电池为正电压，差分放大器A输出值有效；当检测到编号为偶数的单片燃料电池时，若“与”门输出状态为“1”，可判断电池为正电压，差分放大器B输出值有效，若“与”门输出状态为“0”，可判断电池为负电压，差分放大器A输出值有效。
每个检测单元工作时，在检测控制器MCU控制下，I\/O1<\/sub>～I\/O4<\/sub>和I\/O5<\/sub>～I\/O8<\/sub>分别依次从0000到1111进行16种状态切换，两片译码器分别依次输出为低电平，也就是同一时刻两片译码器各自有且仅有1个输出端同时为低电平，对应的选通开关中相邻的两个开关同时处于闭合状态，使该单片电池的电压信号引入信号调理电路；检测控制器MCU不断发送相应控制指令实现相邻两个选通开关的循环顺序导通。
当选定编号为奇数的单片电池B2n-1<\/sub>(n＝1)时，该片电池的“+”端通过编号为奇数的选通开关的输出端与信号调理电路的“Vin<\/sub>”输入端相连，“-”端通过相邻的编号为偶数的选通开关的输出端与信号调理电路的“VGND<\/sub>”输入端相连。将采集到的第2N-1片电池电压传输到信号调理电路，在差分放大器A中，电池电压由“+”同相输入端输入，经过差分放大得到V1<\/sub>＝3Vin；在差分放大器B中，电池电压由“-”反相输入端输入，由于此差分放大电路是单电源供电，不能输出负电压，因此差分放大输出电压V2<\/sub>＝0。由差分放大器A和B输出的电压V1<\/sub>、V2<\/sub>经过加法器后，输出电压最终为3Vin。
当选定编号为偶数的单片电池B2n<\/sub>(n＝1)时，该片电池的“+”端通过编号为偶数的的选通开关的输出端与信号调理电路的“VGND<\/sub>”输入端相连；“-”端通过相邻的编号为奇数的选通的输出端与信号调理电路的“Vin<\/sub>”输入端相连，使单片电池的电压信号引入信号调理电路，实现单片电池正负电压的测量。将采集到的第2N片电池电压传输到信号调理电路，在差分放大器A中，因电池“+”端与信号调理电路的“VGND<\/sub>”输入端相连，“-”端与“Vin<\/sub>”输入端相连，电池电压由“-”反相输入端输入，因差分放大电路是单电源供电，故差分放大器A的输出电压V1＝0；而在差分放大器B中，电池电压由“+”同相输入端输入，经过差分放大得到V2<\/sub>＝3Vin。由差分放大器A和B输出的电压V1<\/sub>、V2<\/sub>经过加法器后，输出电压最终也为3Vin。
将信号调理后的电池电压的模拟信号传送至检测控制器MCU的A\/D转换模块，完成模拟量到数字量的转换；检测控制器MCU判断30片电池电压是否采集完毕，如果已经采集完毕，则将转换后的数字信号保存，等待指令发送；否则检测控制器MCU控制译码器选中下一片电池。检测单元如此循环按顺序选通，依次实现该检测单元单片电压信号采集和发送，从而实现了整个燃料电池堆的单片电压检测。
本实施例中，每个检测单元用的检测控制器MCU选用型号为PIC18F258的8位单片机，工作范围是2.0-5.5V，具有高达32kb的程序存储器，高达1.5kb的用户SRAM及256kb的EEPROM，内部集成了丰富的外设功能模块，包括A\/D转换模块、同步串行接口(SPI、I2<\/sup>C)模块，WDT和CAN控制器模块等，简化了外围电路设计，增强了系统可靠性。
为了增强总线的差分发送和接收能力，控制器和物理总线之间的界面芯片采用Philips公司设计的CAN总线收发器82C250与高速光耦TLP113配合使用实现CAN信号的隔离收发，它不仅增大了通信距离，提高了系统瞬时抗干扰能力，也有保护总线的能力。根据通速率的不同，一般具有三种不同的工作模式：斜率、高速和备用。在本设计中，CAN总线的通信速率为250kbps，采用斜率工作模式。
通过实验测试发现，光电隔离继电器开启闭合时间是影响采集速率的主要因素，本文中选用的是日本松下电工生产的AQX21444，驱动电流1mA，无需专门驱动电路，没有噪音和开关次数限制，响应速度快，隔离电压高达1500V，灵敏度高，导通电阻稳定，开路漏电电流很小，小于1μA。相较于一般的无触点继电器开路时大到毫安级的漏电流，AQX21444在负载电压400V时，也小得只有1μA以下，对不到1V的单片电池电压影响极低。其光电隔离特性使光耦两端的信号在电气连接上完全隔离，确保了无论光耦输出端发生任何故障也不会给燃料电池造成任何影响。AQX21444光电继电器为四路集成器件，一个芯片可以实现四个开关的作用，通过控制端来控制开关的通断，有效节省了器件数量，减少了系统体积。在检测装置工作时光电隔离继电器每次耗时约0.5ms，因此每个检测单元测量30路单片电压时，光电隔离继电器需耗时约15ms。由于各个检测单元是同步工作的，所以整个检测装置在输入级的总耗时约15ms。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201822269591.9
申请日:2018-12-29
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:83(武汉)
授权编号:CN209690478U
授权时间:20191126
主分类号:G01R31/385
专利分类号:G01R31/385;G01R31/378;G01R19/25;G01R1/30
范畴分类:31F;
申请人:武汉理工大学;武汉海亿新能源科技有限公司
第一申请人:武汉理工大学
申请人地址:430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路122号
发明人:全书海;吕迎梅;全琎;谢长君;叶麦克;全欢
第一发明人:全书海
当前权利人:武汉理工大学
代理人:王丹;程力
代理机构:42102
代理机构编号:湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计