專利名稱：一種安全準(zhǔn)確的燃料電池電壓監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及燃料電池，尤其涉及一種安全準(zhǔn)確的燃料電池電壓監(jiān)測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
電化學(xué)燃料電池是一種能夠?qū)浼把趸瘎┺D(zhuǎn)化成電能及反應(yīng)產(chǎn)物的裝置。該裝置的內(nèi)部核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly，簡(jiǎn)稱MEA)，膜電極(MEA)由一張質(zhì)子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導(dǎo)電的材料，如碳紙組成。在膜與碳紙的兩邊界面上含有均勻細(xì)小分散的引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，如金屬鉑催化劑。膜電極兩邊可用導(dǎo)電物體將發(fā)生電化學(xué)發(fā)應(yīng)過(guò)程中生成的電子，通過(guò)外電路引出，構(gòu)成電流回路。
在膜電極的陽(yáng)極端，燃料可以通過(guò)滲透穿過(guò)多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子，形成正離子，正離子可通過(guò)遷移穿過(guò)質(zhì)子交換膜，到達(dá)膜電極的另一端陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化劑(如氧氣)的氣體，如空氣，通過(guò)滲透穿過(guò)多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)得到電子，形成負(fù)離子。在陰極端形成的陰離子與陽(yáng)極端遷移過(guò)來(lái)的正離子發(fā)生反應(yīng)，形成反應(yīng)產(chǎn)物。
在采用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑(或純氧為氧化劑)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽(yáng)極區(qū)的催化電化學(xué)反應(yīng)就產(chǎn)生了氫正離子(或叫質(zhì)子)。質(zhì)子交換膜幫助氫正離子從陽(yáng)極區(qū)遷移到陰極區(qū)。除此之外，質(zhì)子交換膜將含氫氣燃料的氣流與含氧的氣流分隔開來(lái)，使它們不會(huì)相互混合而產(chǎn)生爆發(fā)式反應(yīng)。
在陰極區(qū)，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負(fù)離子，并與陽(yáng)極區(qū)遷移過(guò)來(lái)的氫正離子反應(yīng)，生成反應(yīng)產(chǎn)物水。在采用氫氣、空氣(氧氣)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，陽(yáng)極反應(yīng)與陰極反應(yīng)可以用以下方程式表達(dá)
陽(yáng)極反應(yīng)
陰極反應(yīng)
在典型的質(zhì)子交換膜燃料電池中，膜電極(MEA)一般均放在兩塊導(dǎo)電的極板中間，每塊導(dǎo)流極板與膜電極接觸的表面通過(guò)壓鑄、沖壓或機(jī)械銑刻，形成至少一條以上的導(dǎo)流槽。這些導(dǎo)流極板可以上金屬材料的極板，也可以是石墨材料的極板。這些導(dǎo)流極板上的流體孔道與導(dǎo)流槽分別將燃料和氧化劑導(dǎo)入膜電極兩邊的陽(yáng)極區(qū)與陰極區(qū)。在一個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池單電池的構(gòu)造中，只存在一個(gè)膜電極，膜電極兩邊分別是陽(yáng)極燃料的導(dǎo)流板與陰極氧化劑的導(dǎo)流板。這些導(dǎo)流板既作為電流集流板，也作為膜電極兩邊的機(jī)械支撐，導(dǎo)流板上的導(dǎo)流槽又作為燃料與氧化劑進(jìn)入陽(yáng)極、陰極表面的通道，并作為帶走燃料電池運(yùn)行過(guò)程中生成的水的通道。
為了增大整個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池的總功率，兩個(gè)或兩個(gè)以上的單電池通?？赏ㄟ^(guò)直疊的方式串聯(lián)成電池組或通過(guò)平鋪的方式聯(lián)成電池組。在直疊、串聯(lián)式的電池組中，一塊極板的兩面都可以有導(dǎo)流槽，其中一面可以作為一個(gè)膜電極的陽(yáng)極導(dǎo)流面，而另一面又可作為另一個(gè)相鄰膜電極的陰極導(dǎo)流面，這種極板叫做雙極板。一連串的單電池通過(guò)一定方式連在一起而組成一個(gè)電池組。電池組通常通過(guò)前端板、后端板及拉桿緊固在一起成為一體。
一個(gè)典型電池組通常包括(1)燃料及氧化劑氣體的導(dǎo)流進(jìn)口和導(dǎo)流通道，將燃料(如氫氣、甲醇或甲醇、天然氣、汽油經(jīng)重整后得到的富氫氣體)和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個(gè)陽(yáng)極、陰極面的導(dǎo)流槽中；(2)冷卻流體(如水)的進(jìn)出口與導(dǎo)流通道，將冷卻流體均勻分布到各個(gè)電池組內(nèi)冷卻通道中，將燃料電池內(nèi)氫、氧電化學(xué)放熱反應(yīng)生成的熱吸收并帶出電池組進(jìn)行散熱；(3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應(yīng)的導(dǎo)流通道，燃料氣體與氧化劑氣體在排出時(shí)，可攜帶出燃料電池中生成的液、汽態(tài)的水。通常，將所有燃料、氧化劑、冷卻流體的進(jìn)出口都開在燃料電池組的一個(gè)端板上或兩個(gè)端板上。
質(zhì)子交換膜燃料電池既可以用作車、船等運(yùn)載工具的動(dòng)力系統(tǒng)，又可用作移動(dòng)式或固定式發(fā)電站。
質(zhì)子交換膜燃料電池一般由若干個(gè)單電池組成，將這些單電池以串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接起來(lái)構(gòu)成質(zhì)子交換膜燃料電池堆，將質(zhì)子交換膜燃料電池堆與其他運(yùn)行支持系統(tǒng)組合起來(lái)構(gòu)成整個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。
由于每個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池堆模塊一般由若干個(gè)單電池串聯(lián)或并聯(lián)而成，因此對(duì)燃料電池工作電壓，特別是所有單電池工作電壓監(jiān)控與安全報(bào)警自動(dòng)控制尤為重要。因?yàn)檎麄€(gè)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的任何不正常情況，如過(guò)電流，超出正常工作溫度等都會(huì)表現(xiàn)出一些單電池工作電壓處于異常狀態(tài)。特別是當(dāng)出現(xiàn)電極擊穿時(shí)，該電極所在的單電池輸出電壓會(huì)達(dá)到異常數(shù)值，如接近于零，甚至出現(xiàn)負(fù)值，而其他正常的單電池工作輸出電壓一般在1.2～0.5V之間。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在負(fù)值的電極會(huì)造成永久損壞和存在不安全因素。所以對(duì)燃料電池堆每個(gè)模塊的單電池監(jiān)測(cè)是非常重要的，當(dāng)個(gè)別或一些單電池工作電壓低于其他單電池正常工作電壓時(shí)，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)報(bào)警，甚至執(zhí)行停機(jī)，切斷負(fù)載，切斷氫氣供應(yīng)等命令。
參閱圖1，圖2。圖1為原有燃料電池電壓?jiǎn)坞姵仉妷簷z測(cè)器電方框圖，包括燃料電池堆101，若干光電開關(guān)102，A/D轉(zhuǎn)換器103和CPU 104。圖2為原有燃料電池電壓監(jiān)測(cè)裝置原理圖，包括燃料電池堆201，燃料電池電壓?jiǎn)坞姵仉妷簷z測(cè)器202，燃料電池控制器203，CAN總線204。
如圖2所示，在傳統(tǒng)控制方式中，燃料電池電壓監(jiān)測(cè)器測(cè)得監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓后，把每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量值都通過(guò)CAN總線發(fā)送給控制器。由于受CAN總線通訊速率、每個(gè)燃料電池需要監(jiān)測(cè)的往往是成幾十至幾百個(gè)單電極運(yùn)行狀況等因素的制約，通常采用循環(huán)間隔發(fā)送的方法向燃料電池控制器發(fā)送每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓值，控制器對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到燃料電池電極性能是否正常。通常有采取增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的燃料電池電極的數(shù)目來(lái)彌補(bǔ)通訊速度的不足。上述做法存在以下不足
1.由于向控制器發(fā)送了所有的監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓，這樣控制器得到每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)前后兩次電壓值的時(shí)間相差往往在幾百毫秒至1000毫秒以上?？刂破鳠o(wú)法實(shí)時(shí)判斷燃料電池電極工作是否正常。
2.大量的數(shù)據(jù)在CAN總線上傳輸，降低了通訊的可靠性。
3.控制器需要對(duì)大量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
4.增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)目不能完全彌補(bǔ)通訊速率的不足，同時(shí)會(huì)造成在燃料電池電極發(fā)生故障時(shí)，由于一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量了太多的電極而無(wú)法確定具體是哪一張電極出現(xiàn)故障。
上海神力公司“一種適合大規(guī)模集成式燃料電池的電壓監(jiān)測(cè)與監(jiān)控裝置”(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?004100175089；實(shí)用新型申請(qǐng)?zhí)?004200216703)。該專利實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種適合大規(guī)模集成式燃料電池的電壓監(jiān)測(cè)與監(jiān)控裝置。該裝置中所采用的單電池電壓監(jiān)測(cè)器包括具有控制器區(qū)域總線(CAN總線)通訊接口的單片機(jī)、若干光電開關(guān)裝置，光電開關(guān)裝置與需監(jiān)控的單電池一一連接，單片機(jī)的輸出信號(hào)巡回控制相應(yīng)光電開關(guān)裝置的導(dǎo)通或閉合，并將采集到的數(shù)值過(guò)濾處理后通過(guò)CAN總線發(fā)送到分析控制器。其單電池電壓監(jiān)測(cè)器的原理示意圖如圖2所示。
該專利技術(shù)雖然可以對(duì)大規(guī)模集成式燃料電池中的一個(gè)單電池或一組單電池的輸出電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但也存在一些技術(shù)缺陷，該技術(shù)的工作原理為通過(guò)單片機(jī)的CPU的I/O口切換所對(duì)應(yīng)的光電開關(guān)關(guān)閉或打開，CPU工作時(shí)需保證保證每次只接通2路相鄰的光電開關(guān)，相鄰2路單電極的電壓差被送到單片機(jī)中的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，CPU將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量和電壓值對(duì)應(yīng)，從而獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓。但是當(dāng)單片機(jī)CPU受到干擾時(shí)，其控制光電開關(guān)的I/O端口上的信號(hào)可能發(fā)生翻轉(zhuǎn)，由0變1或由1變0，當(dāng)信號(hào)是由0變1時(shí)，將造成I/O端口上的信號(hào)同為1的兩個(gè)電極發(fā)生短路，使得該路單電極電壓也串入CPU中。較高的電壓加到了CPU上，輕則造成燒壞CPU，重則造成燒壞電極的后果。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種安全準(zhǔn)確的燃料電池電壓監(jiān)測(cè)裝置。
本實(shí)用新型的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種安全準(zhǔn)確的燃料電池電壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，該裝置包括單電池電壓檢測(cè)器、燃料電池控制器，所述的單電池電壓檢測(cè)器包括若干差分放大器、若干多路開關(guān)、具有控制器區(qū)域總線(CAN總線)通訊接口的單片機(jī)，所述的單片機(jī)包括A/D轉(zhuǎn)換器和CPU，所述的若干差分放大器與需要監(jiān)測(cè)的單電池一一對(duì)應(yīng)連接，監(jiān)測(cè)燃料電池電堆的兩片單電極間的電壓差，所述的多路開關(guān)在CPU的控制下輪流切換斷開或?qū)?，所述的A/D轉(zhuǎn)換器將多路開關(guān)導(dǎo)通時(shí)獲取的差分放大器輸出電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所述的CPU獲取該數(shù)字信號(hào)并經(jīng)過(guò)分析得到對(duì)燃料電池電壓的監(jiān)測(cè)信息，單片機(jī)將該監(jiān)測(cè)信息通過(guò)CAN總線發(fā)送到燃料電池控制器。
所述的差分放大器為一種精確的低功耗單位增益差分放大器，在通常模式下有較大的輸入范圍，它由一個(gè)帶超高精度薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)的超精密雙極運(yùn)算放大器組成，有較精確的1V/1差分增益和在共模方式下有較高的抑制比，電阻網(wǎng)絡(luò)卓越的溫度特性曲線，適用于-40℃到+85℃工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。
所述的燃料電池的每相鄰兩塊單電極使用一個(gè)差分放大器，監(jiān)測(cè)具有多個(gè)單電極的燃料電池電堆電壓時(shí)，順序采用多片差分放大器；所述的差分放大器有低、高兩個(gè)電壓信號(hào)輸入端Vin-、Vin+，一個(gè)輸出端Vo；燃料電池的每個(gè)單電極有一個(gè)電壓輸出端；燃料電池電堆中第一片單電極的電壓輸出端僅與第一片差分放大器的低電壓輸入端Vin-相連，最末一片單電極的電壓輸出端僅與最末一片差分放大器的高電壓輸入端Vin+相連，其它每一個(gè)單電極的電壓輸出端分為兩路，分別與相鄰兩差分放大器的高、低電壓輸入端相連。
所述的多路開關(guān)輸入端與差分放大器的輸出端對(duì)應(yīng)連接，當(dāng)差分放大器的個(gè)數(shù)超過(guò)一個(gè)多路開關(guān)的輸入端連接數(shù)時(shí)，采用多個(gè)多路開關(guān)，多路開關(guān)在CPU控制下輪流導(dǎo)通。
所述的A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端與多路開關(guān)的輸出端相連，當(dāng)采用多個(gè)多路開關(guān)時(shí)，對(duì)應(yīng)采用多個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器。
所述的燃料電池堆根據(jù)所組成的單電池總數(shù)的多少，可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)這種燃料電池單電池電壓監(jiān)測(cè)器。
所述的監(jiān)測(cè)裝置可以實(shí)時(shí)對(duì)所監(jiān)測(cè)的燃料電池電極的性能進(jìn)行分析，所述的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分析信息包括電壓最低的一個(gè)或幾個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的編號(hào)及電壓值，當(dāng)某個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓低于燃料電池電極所允許的極限值并超過(guò)允許時(shí)間時(shí)產(chǎn)生的關(guān)機(jī)信息，當(dāng)某個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓低于燃料電池電極所允許的故障值并超過(guò)允許時(shí)間時(shí)產(chǎn)生的故障信息，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的總電壓值。
所述的監(jiān)測(cè)裝置可選擇發(fā)送所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓值。
本實(shí)用新型由于采用了以上技術(shù)方案，克服了原有技術(shù)中的缺陷。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)
1.由于每?jī)蓚€(gè)電極之間采用一片差分放大器，因此電極之間不會(huì)產(chǎn)生短路現(xiàn)象，保證了電極和CPU的安全。
2.由于采用了高精度的差分運(yùn)算放大器，提高了電池電壓的測(cè)量精度。
3.控制器可以實(shí)時(shí)得到電極工作性能。
4.減少了數(shù)據(jù)通訊量。
5.大大減少了控制器的數(shù)據(jù)處理量。每個(gè)電壓監(jiān)測(cè)器對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓的進(jìn)行分析信息，通知控制器是否進(jìn)行緊急關(guān)機(jī)、故障處理等動(dòng)作。
6.可以迅速得知出現(xiàn)故障電極的位置。


圖1為原有燃料電池電壓?jiǎn)坞姵仉妷簷z測(cè)器電方框圖2為原有燃料電池電壓監(jiān)測(cè)裝置原理圖3為現(xiàn)燃料電池電壓?jiǎn)坞姵仉妷簷z測(cè)器電方框圖4為現(xiàn)燃料電池電壓監(jiān)測(cè)裝置原理圖5為差分運(yùn)算放大器的輸入輸出口示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
參閱圖3，圖4。圖3是為本實(shí)用新型的燃料電池電壓?jiǎn)坞姵仉妷簷z測(cè)器的一種實(shí)例的電方框圖，包括若干差分放大器302、若干多路開關(guān)303、單片機(jī)中包括的A/D轉(zhuǎn)換器304和CPU 305，若干差分放大器302與需要監(jiān)測(cè)的單電池301一一對(duì)應(yīng)連接，監(jiān)測(cè)燃料電池電堆301的兩片單電極間的電壓差，多路開關(guān)303在CPU 305的控制下輪流切換斷開或?qū)ǎ珹/D轉(zhuǎn)換器304將多路開關(guān)303導(dǎo)通時(shí)獲取的差分放大器輸出電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，CPU305獲取該數(shù)字信號(hào)并經(jīng)過(guò)分析得到對(duì)燃料電池電壓的監(jiān)測(cè)信息。結(jié)合圖4，燃料電池電壓?jiǎn)坞姵仉妷簷z測(cè)器中的單片機(jī)將監(jiān)測(cè)信息通過(guò)CAN總線404發(fā)送到燃料電池控制器403。在該圖中，該裝置檢測(cè)單電池總數(shù)為32路。
參閱圖5，為差分運(yùn)算放大器的輸入輸出口示意圖，Vin+、Vin-為差分放大器的兩個(gè)高低電壓輸入端，Vo為差分放大器的電壓輸出端。
實(shí)施例1
結(jié)合具體的元器件型號(hào)對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的敘述。
結(jié)合圖2，差分放大器采用INA148±200V共模電壓差分放大器，CPU采用PHILIPS公司的LPC2119單片32位ARM芯片，它內(nèi)帶4路A/D轉(zhuǎn)換器，帶CAN總線接口，多路開關(guān)采用74HC4051八通道多路轉(zhuǎn)換器，其工作過(guò)程如下
1.用INA148測(cè)出兩片電極間的電壓差Vo＝(Vin+)-(Vin-)
2.用8選1多路開關(guān)在8片電極間輪流切換。
3.將Vo送A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
4.將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量和電壓值對(duì)應(yīng)。
5.重復(fù)以上1-4步，得到32路電極的電壓值。
6.將各個(gè)電極之間的電壓差用程序相加得到總電壓。
實(shí)施例2
結(jié)合測(cè)量燃料電池電堆的第4，5兩片電極的電壓差時(shí)的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的方法作進(jìn)一步的敘述。
結(jié)合圖2，當(dāng)需要測(cè)量燃料電池電堆的4，5兩片電極的電壓差時(shí)，工作過(guò)程如下
1.接在4，5兩片電極之間的INA148得到了電極4和電極5電壓差的模
擬信號(hào)Vo＝(Vin+)-(Vin-)。
2.用LPC2119的P0.16，P0.17，P0.18三個(gè)I/O口對(duì)多路開關(guān)1進(jìn)行選通，選通狀態(tài)表如下
編制軟件程序控制可使P0.18＝0，P0.17＝1，P0.16＝1，選通多路開關(guān)。
3.用A/D1對(duì)Vo進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。
4.將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量和電壓值對(duì)應(yīng)。
5.獲得到4，5兩片電極的電壓差。
實(shí)施例3
結(jié)合單片機(jī)分析燃料電池電壓的監(jiān)測(cè)信息的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的方法作進(jìn)一步的敘述。
結(jié)合圖4，單片機(jī)分析燃料電池電壓的監(jiān)測(cè)信息的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下
1.采樣濾波
單片機(jī)通過(guò)片選選擇測(cè)量點(diǎn)，每隔5ms對(duì)燃料電池堆301中每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采樣一次，即每秒采樣200次。每20次的測(cè)量值，去除最大值、最低值后加權(quán)計(jì)算平均值得到測(cè)量值。這樣每隔100ms得到一次測(cè)量值。
2.數(shù)據(jù)通訊
首先累加上述測(cè)量值得到總電壓。根據(jù)上述測(cè)量值計(jì)算出電壓值最低的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的編號(hào)及電壓值。當(dāng)某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓低于燃料電池電極所允許的極限值并超過(guò)允許時(shí)間時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)關(guān)機(jī)信息。當(dāng)某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓低于燃料電池電極所允許的故障值并超過(guò)允許時(shí)間時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)故障信息。把上述信息通過(guò)一幀(多幀)數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線上。
3.其他
在使用到活化電極等需要知道每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓的場(chǎng)合時(shí)，允許用戶激活發(fā)送所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓值的功能。
例如，在50KW燃料電池發(fā)電站上，共有480張電極，每個(gè)電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)2張電極，共有240個(gè)電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)。燃料電池分為四個(gè)模塊，使用四個(gè)電壓監(jiān)測(cè)器，每個(gè)電壓監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)60個(gè)電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)。使用上述方法，每個(gè)電壓監(jiān)測(cè)器間隔0.2s向控制器發(fā)送一次所監(jiān)測(cè)的電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)的燃料電池電極運(yùn)行情況。四個(gè)電壓監(jiān)測(cè)器一共向控制器發(fā)送20幀CAN數(shù)據(jù)(通常的作法如果達(dá)到0.2s向控制器通知一次所有的電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)的情況，至少需要發(fā)送300幀CAN數(shù)據(jù)。電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)/每幀CAN最多電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)/時(shí)間間隔)。
權(quán)利要求1.一種安全準(zhǔn)確的燃料電池電壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，該裝置包括單電池電壓檢測(cè)器、燃料電池控制器，所述的單電池電壓檢測(cè)器包括若干差分放大器、若干多路開關(guān)、具有控制器區(qū)域總線CAN總線通訊接口的單片機(jī)，所述的單片機(jī)包括A/D轉(zhuǎn)換器和CPU，所述的若干差分放大器與需要監(jiān)測(cè)的單電池一一對(duì)應(yīng)連接，監(jiān)測(cè)燃料電池電堆的兩片單電極間的電壓差，所述的多路開關(guān)在CPU的控制下輪流切換斷開或?qū)?，所述的A/D轉(zhuǎn)換器將多路開關(guān)導(dǎo)通時(shí)獲取的差分放大器輸出電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所述的CPU獲取該數(shù)字信號(hào)并經(jīng)過(guò)分析得到對(duì)燃料電池電壓的監(jiān)測(cè)信息，單片機(jī)將該監(jiān)測(cè)信息通過(guò)CAN總線發(fā)送到燃料電池控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種安全準(zhǔn)確的燃料電池電壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述的差分放大器為一種低功耗單位增益差分放大器，它由一個(gè)帶超高精度薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)的超精密雙極運(yùn)算放大器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種安全準(zhǔn)確的燃料電池電壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述的燃料電池的每相鄰兩塊單電極使用一個(gè)差分放大器，監(jiān)測(cè)具有多個(gè)單電極的燃料電池電堆電壓時(shí)，順序采用多片差分放大器；所述的差分放大器有低、高兩個(gè)電壓信號(hào)輸入端Vin-、Vin+和一個(gè)輸出端Vo；燃料電池的每個(gè)單電極有一個(gè)電壓輸出端；燃料電池電堆中第一片單電極的電壓輸出端僅與第一片差分放大器的低電壓輸入端Vin-相連，最末一片單電極的電壓輸出端僅與最末一片差分放大器的高電壓輸入端Vin+相連，其它每一個(gè)單電極的電壓輸出端分為兩路，分別與相鄰兩差分放大器的高、低電壓輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種安全準(zhǔn)確的燃料電池電壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述的多路開關(guān)輸入端與差分放大器的輸出端對(duì)應(yīng)連接，當(dāng)差分放大器的個(gè)數(shù)超過(guò)一個(gè)多路開關(guān)的輸入端連接數(shù)時(shí)，采用多個(gè)多路開關(guān)，多路開關(guān)在CPU控制下輪流導(dǎo)通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種安全準(zhǔn)確的燃料電池電壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述的A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端與多路開關(guān)的輸出端相連，當(dāng)采用多個(gè)多路開關(guān)時(shí)，對(duì)應(yīng)采用多個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種安全準(zhǔn)確的燃料電池電壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述的燃料電池堆根據(jù)所組成的單電池總數(shù)的多少，可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)這種燃料電池單電池電壓監(jiān)測(cè)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種安全準(zhǔn)確的燃料電池電壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述的監(jiān)測(cè)裝置可以實(shí)時(shí)對(duì)所監(jiān)測(cè)的燃料電池電極的性能進(jìn)行分析，所述的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分析信息包括電壓最低的一個(gè)或幾個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的編號(hào)及電壓值，當(dāng)某個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓低于燃料電池電極所允許的極限值并超過(guò)允許時(shí)間時(shí)產(chǎn)生的關(guān)機(jī)信息，當(dāng)某個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓低于燃料電池電極所允許的故障值并超過(guò)允許時(shí)間時(shí)產(chǎn)生的故障信息，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的總電壓值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種安全準(zhǔn)確的燃料電池電壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述的監(jiān)測(cè)裝置可選擇發(fā)送所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓值。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種安全準(zhǔn)確的燃料電池電壓監(jiān)測(cè)裝置，該裝置包括單電池電壓檢測(cè)器、燃料電池控制器，所述的單電池電壓檢測(cè)器包括若干差分放大器、若干多路開關(guān)、具有控制器區(qū)域總線(CAN總線)通訊接口的單片機(jī)，所述的單片機(jī)包括A/D轉(zhuǎn)換器和CPU，所述的若干差分放大器與需要監(jiān)測(cè)的單電池一一對(duì)應(yīng)連接，監(jiān)測(cè)燃料電池電堆的兩片單電極間的電壓差，所述的多路開關(guān)在CPU的控制下輪流切換斷開或?qū)?，所述的A/D轉(zhuǎn)換器將多路開關(guān)導(dǎo)通時(shí)獲取的差分放大器輸出電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所述的CPU獲取該數(shù)字信號(hào)并經(jīng)過(guò)分析得到對(duì)燃料電池電壓的監(jiān)測(cè)信息，單片機(jī)將該監(jiān)測(cè)信息通過(guò)CAN總線發(fā)送到燃料電池控制器。
文檔編號(hào)G01R19/00GK2828836SQ20052004052
公開日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2005年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月30日
發(fā)明者王立明, 付明竹, 葛栩栩, 胡里清 申請(qǐng)人:上海神力科技有限公司