專(zhuān)利名稱(chēng)：燃料電池性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，特別涉及一種用于監(jiān)測(cè)燃料電池堆 中單電池電壓及單電池內(nèi)阻的燃料電池性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃料電池是由燃料和氧化劑產(chǎn)生電能的裝置，為了確保燃料電池能夠正 常工作并評(píng)估性能，需要監(jiān)測(cè)燃料電池的各種參數(shù)，這就需要提供燃料電池 性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
—個(gè)單體燃料電池(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為"單電池")所產(chǎn)生的理想電位是1.2V， 但在實(shí)際使用中電力損失會(huì)對(duì)理想電位造成不同程度的電位壓降，使會(huì)使單 電池的電壓下降0.4-0.8￥甚至更多，這樣單電池的工作電壓通常不到IV, 從而導(dǎo)致燃料電池的發(fā)電效率不佳，輸出功率不穩(wěn)定。因此燃料電池的單電 池電壓參數(shù)可作為判斷燃料電池發(fā)電性能的一個(gè)重要依據(jù)，所以目前常見(jiàn)的 燃料電池性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都是基于監(jiān)測(cè)燃料電池堆中的單電池兩端的輸出電 壓而實(shí)施的。但是由于膜電極失水現(xiàn)象和水淹現(xiàn)象都會(huì)導(dǎo)致質(zhì)子交換膜 (PEM)燃料電池兩極之間的直流電壓下降，因此僅監(jiān)測(cè)單電池電壓的性能 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅能起到一定的電池保護(hù)作用，并無(wú)法指示導(dǎo)致電池落后的原閑。
因此，為了對(duì)落后的電池做出更有效的診斷信息，燃料電池性能監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)還應(yīng)該具備測(cè)量單電池內(nèi)阻的功能，這樣就可以準(zhǔn)確判斷出膜電極狀態(tài)， 以便燃料電池控制系統(tǒng)制定落后電池恢復(fù)策略。
常見(jiàn)的測(cè)量電池內(nèi)阻的方法是通過(guò)在電池兩端加載交流激勵(lì)或交流負(fù) 載而獲得交流阻抗數(shù)據(jù)。CN1643390A提供了一種用來(lái)測(cè)量燃料電池單電池 電Hi和高頻內(nèi)阻的裝置和方法，該裝置包括電壓測(cè)量裝置、能夠與電化學(xué)裝置串聯(lián)連接的負(fù)載、以及連接并控制電壓測(cè)量裝，負(fù)黧的控制器，該裝置 利用控制器控制負(fù)載提供所需的直流和交流負(fù)載電流特性，電壓測(cè)量裝置利 用多通道的儀表放大器測(cè)量單電池電壓，配合負(fù)載電流特性，由控制器分析 獲得單電池電壓及單電池高頻阻抗。但是，該技術(shù)方案的缺點(diǎn)在于一方面由
于燃料電池的高累積電勢(shì)，而大量使用高共模抑制比的儀表放大器，從而增
加了測(cè)量裝置的成本；另一方面實(shí)時(shí)比較分析由儀表放大器所測(cè)量的單電池 電壓波形和負(fù)載電流波形，也使得控制器獲取電池內(nèi)阻數(shù)據(jù)復(fù)雜化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)燃料電 池電堆中單電池電壓及內(nèi)阻的燃料電池性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)的成 本較高、數(shù)據(jù)復(fù)雜的局限。
本發(fā)明提供的燃料電池性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)、低通濾波器、帶通 濾波器、直流分量數(shù)據(jù)采集單元、交流分量數(shù)據(jù)采集單元以及內(nèi)阻計(jì)算單元; 所述開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括順序排列的多個(gè)開(kāi)關(guān)元件，奇數(shù)序號(hào)開(kāi)關(guān)元件的信號(hào)輸出 端并聯(lián)成開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的第--輸出端，偶數(shù)序號(hào)開(kāi)關(guān)元件的信號(hào)輸出端并聯(lián)成開(kāi) 關(guān)網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端，用于輸出一個(gè)單電池兩端的電壓信號(hào)；所述低通濾波 器和帶通濾波器分別與開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的第--輸出端和第二輸出端連接，分別用于 接收第--輸出端和第二輸出端輸出的電壓信號(hào)，通過(guò)濾波分別得到直流電壓 信號(hào)和交流波動(dòng)電壓信號(hào)，并分別將得到的信號(hào)輸出到直流分量數(shù)據(jù)采集單 元和交流分量數(shù)據(jù)采集單元；所述直流分量數(shù)據(jù)采集單元用于接收來(lái)自低通 濾波器的直流電壓信號(hào)并根據(jù)該信號(hào)獲取直流電壓值；所述交流分量數(shù)據(jù)采 集單元用于接收來(lái)自帶通濾波器的交流波動(dòng)電壓信號(hào)、根據(jù)該信號(hào)獲取交流 波動(dòng)電壓值并將該交流波動(dòng)電壓值輸出到內(nèi)阻計(jì)算單元；所述內(nèi)阻計(jì)算單元 用于計(jì)算單電池的內(nèi)阻。
本發(fā)明所提供的燃料電池性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)工作時(shí)，在串聯(lián)的單電池兩端施加交流波動(dòng)電流，然后將開(kāi)關(guān)元件的輸入端連接到早龜池兩端的電壓輸出 端，通過(guò)每次僅閉合一對(duì)相鄰的開(kāi)關(guān)元件(也就是相鄰的奇數(shù)序號(hào)開(kāi)關(guān)元件 和偶數(shù)序號(hào)元件)而將燃料電池堆中的單獨(dú)一個(gè)單電池接入到該監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 中，這樣可以監(jiān)測(cè)該接入的單電池的電壓值和內(nèi)阻值。燃料電池堆在工作時(shí) 會(huì)產(chǎn)生直流電流，再加上施加的交流波動(dòng)電流，使得通過(guò)燃料電池堆的電流 為疊加有交流波動(dòng)電流的直流電流。由于燃料電池的內(nèi)阻因素，交流波動(dòng)電 流產(chǎn)生交流波動(dòng)電壓，因此燃料電池兩端的電壓也就是疊加有交流波動(dòng)電壓 的直流電壓。通過(guò)低通濾波器及直流分量數(shù)據(jù)采集單元、帶通濾波器及交流 分量數(shù)據(jù)采集單元分別獲取單電池上的直流電壓值及交流波動(dòng)電壓值。所獲 取的直流電壓值即是該單電池當(dāng)前的電壓。而所獲取的交流波動(dòng)電壓值被輸 送到內(nèi)阻計(jì)算單元，并由內(nèi)阻計(jì)算單元根據(jù)交流波動(dòng)電壓值以及所施加的交 流波動(dòng)電流值即可獲得單電池的內(nèi)阻。依次使得相鄰序號(hào)的一對(duì)開(kāi)關(guān)元件閉 合，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)燃料電池堆中各單電池電壓及內(nèi)阻的'腔測(cè)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在 于利用對(duì)應(yīng)燃料電池單電池的開(kāi)關(guān)元件實(shí)現(xiàn)多通道測(cè)量，減少使用昂貴的高
共模抑制比儀表放大器的數(shù)量，降低了成本；采用低通濾波器及帶通濾波器 分離疊加交流波動(dòng)的直流電壓，簡(jiǎn)化了獲取內(nèi)阻數(shù)據(jù)的方法。


閣1為根據(jù)本發(fā)明的燃料電池性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的框圖2為開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)具體實(shí)施方式
的電路原理圖3為電流激勵(lì)源的一個(gè)具體實(shí)施方式
的電路原理圖4為可控負(fù)載的一個(gè)具體實(shí)施方式
的電路原理圖5為差分放大器的-'個(gè)具體實(shí)施方式
的電路原理圖6為低通濾波器的一個(gè)具體實(shí)施方式
的電路原理圖7為帶通濾波器的一個(gè)具體實(shí)施方式
的電路原理圖8為集成開(kāi)關(guān)控制器、直流分量數(shù)據(jù)采集單元、交流分量數(shù)據(jù)采集單元、內(nèi)阻計(jì)算單元的控制器的---個(gè)具體實(shí)施^:的電路源理衝。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
參見(jiàn)圖i，本發(fā)明提供的燃料電池性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)、低通濾
波器4、帶通濾波器5、直流分量數(shù)據(jù)采集單元6、交流分量數(shù)據(jù)采集單元7 以及內(nèi)阻計(jì)算單元8。
所述開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括順序排列的多個(gè)開(kāi)關(guān)元件2，奇數(shù)序號(hào)開(kāi)關(guān)元件2的 信號(hào)輸出端并聯(lián)成開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端COMA,偶數(shù)序號(hào)開(kāi)關(guān)元件2的信 號(hào)輸出端并聯(lián)成開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端COMB,用于輸出--個(gè)單電池兩端的 電壓信號(hào)。所述開(kāi)關(guān)元件2的個(gè)數(shù)比燃料電池堆中單電池的個(gè)數(shù)多1。也就 是說(shuō)每個(gè)單電池兩端都連接有兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件2，如圖1所示。
當(dāng)本系統(tǒng)在使用時(shí)，開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)中有且僅有一對(duì)相鄰的開(kāi)關(guān)元件2被同時(shí) 閉合。這也就是說(shuō)，在 個(gè)特定時(shí)刻，該開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)中只有一對(duì)相鄰的開(kāi)關(guān)元 件2 (例如第1個(gè)與第2個(gè))被閉合，而其他開(kāi)關(guān)元件2保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，這 樣這閉合的兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件2之間的僅- -個(gè)單獨(dú)的單電池1被接入到監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 中，例如當(dāng)閉合第1個(gè)開(kāi)關(guān)元件2和第2個(gè)開(kāi)關(guān)元件2時(shí)，第l個(gè)單電池l 就被接入到系統(tǒng)中。從而該系統(tǒng)通過(guò)依次閉合一對(duì)相鄰的開(kāi)關(guān)元件2而將各 個(gè)單電池1依次單獨(dú)地接入到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，達(dá)到了多通道監(jiān)測(cè)的目的。
該開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)關(guān)元件2可以是手動(dòng)控制的開(kāi)關(guān)，也可以是具有控制端 的開(kāi)關(guān)，可以由電信號(hào)進(jìn)行控制，例如雙路光電隔離繼電器AQW210。因此， 該開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)還包括開(kāi)關(guān)控制器(未圖示)，開(kāi)關(guān)控制器的輸出端與開(kāi)關(guān)元件2 的控制端連接，該開(kāi)關(guān)控制器用于控制開(kāi)關(guān)元件2的狀態(tài)，以每次接入一個(gè) 單電池1的方式控制開(kāi)關(guān)元件2,即在一個(gè)特定時(shí)刻時(shí)有且僅有--對(duì)相鄰的 開(kāi)關(guān)元件2被閉合。所述開(kāi)關(guān)控制器可以執(zhí)行對(duì)應(yīng)于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的組合邏輯時(shí) 序控制程序，從而可以以輪流依次接入每個(gè)單電池1的方式或者以特定的次序(例如根據(jù)實(shí)際需要)接入每個(gè)單電池1的方式進(jìn)fi^監(jiān)測(cè)。
圖2為開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)具體實(shí)施方式
的電路原理圖，其中開(kāi)關(guān)元件2采 用雙路光電隔離繼電器AQW210,每個(gè)AQW210的控制端連接到4線/16線 譯碼器SN74HC154 Ul和U2的輸出端，奇數(shù)序號(hào)開(kāi)關(guān)元件的控制端被連接 到第一個(gè)譯碼器Ul,偶數(shù)序號(hào)開(kāi)關(guān)元件的控制端被連接到第二個(gè)譯碼器U2, 譯碼器的地址輸入端及數(shù)據(jù)輸入端被連接到開(kāi)關(guān)控制器。
由于要向燃料電池堆施加交流波動(dòng)電流，則該系統(tǒng)還可以包括交流波動(dòng) 電流產(chǎn)生器3，如圖l所示，與燃料電池堆的電壓輸出端并聯(lián)，用于向燃料 電池堆施加交流波動(dòng)電流。
所述交流波動(dòng)電流產(chǎn)生器3可以為任何可以產(chǎn)生交流波動(dòng)電流的裝覽， 優(yōu)選為電流激勵(lì)源或可控負(fù)載。電流激勵(lì)源或可控負(fù)載的作用是相同的，都 是使燃料電池堆提供疊加有固定交流波動(dòng)電流的輸出電流。不管是采用電流 激勵(lì)源還是可控負(fù)載，所述交流波動(dòng)電流產(chǎn)生器3所施加的交流波動(dòng)電流值 都足已知的。
所述電流激勵(lì)源優(yōu)選為交流恒流激勵(lì)源，例如加載1kHz、有效值為1A 的交流恒流激勵(lì)源。優(yōu)選情況下可以由激勵(lì)源控制器來(lái)控制電流激勵(lì)源輸出 的電流的大小。圖3所示為電流激勵(lì)源的一個(gè)具體實(shí)施方式
的電路原理閣， 其中使用集成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器ICL8038和功率放大器OPA549作為電流激勵(lì) 源。利用分壓裝置，！CL8(B8輸出lkHz、有效值為IV的交流電壓信號(hào)， OPA549連接成電壓-電流轉(zhuǎn)換電路，從而實(shí)現(xiàn)了 lkHz、有效值為1A的交流 恒流激勵(lì)源,激勵(lì)源通過(guò)隔直電容Cl 、C2加載到燃料電池堆的兩端。OPA549 具有使能端VE/S,可以控制VE/S端電平的狀態(tài)從而控制交流恒流激勵(lì)源的 開(kāi)關(guān)狀態(tài)，這樣可以在不需要監(jiān)測(cè)內(nèi)阻的時(shí)候關(guān)閉該激勵(lì)源，以降低系統(tǒng)功 耗。
所述可控負(fù)載優(yōu)選為交流恒流負(fù)載，例如構(gòu)成lkHz、有效值為1A的交 流恒流激勵(lì)源。圖4所示為可控負(fù)載的一個(gè)具體實(shí)施方式
的電路原理圖，其中使用集成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器ICL8038并利用勞壓裝置，輸出1kHz、有效值 為1V的交流電壓信號(hào)，使用MOSFETIRF460作為負(fù)載，利用由運(yùn)算放大 器OP07組成比較器的方式構(gòu)成恒流源，交流電壓信號(hào)作為參考電壓輸入 OP07同相端，對(duì)電流的1歐姆采樣電阻RS上電壓輸入OP07反相端，由此 實(shí)現(xiàn)lkHz、冇效值為1A的交流恒流負(fù)載，交流恒流負(fù)載回路連接隔直電容 C200、 C201，彿保燃料電池對(duì)可控負(fù)載僅輸出交流電流。該電路在交流電 壓信號(hào)及運(yùn)算放大器同相端間加入開(kāi)關(guān)元件SW,如繼電器，通過(guò)控制開(kāi)關(guān) 元件VE/S端的高低電平，從而控制可控負(fù)載的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，這樣可以在不需 要監(jiān)測(cè)內(nèi)阻的時(shí)候關(guān)閉該可控負(fù)載，以降低系統(tǒng)功耗。
這樣，由上所述，通過(guò)交流波動(dòng)電流產(chǎn)生器3向燃料電池堆施加交流波 動(dòng)電流，再加上燃料電池堆工作時(shí)產(chǎn)生的直流電流，所以流經(jīng)燃料電池堆的 電流為疊加有交流波動(dòng)電流的直流電流。從而在單電池1的兩端產(chǎn)生的電壓 也就為疊加有交流波動(dòng)電壓的直流電壓，這樣的電壓信號(hào)通過(guò)第--輸出端 COMA和第二輸出端COMB被輸出到低通濾波器4和帶通濾波器5中。
開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的第--輸出端COMA和開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端COMB輸出的 電壓信號(hào)為差分信號(hào)，且由于第一輸出端COMA相對(duì)于第二輸出端COMB 的電壓隨著不同開(kāi)關(guān)元件2的閉合或正或負(fù)，因此為了方便后續(xù)的濾波及電 壓采集，本發(fā)明提供的系統(tǒng)優(yōu)選還包括差分放大器，見(jiàn)圖5,輸入端與開(kāi)關(guān) 網(wǎng)絡(luò)的第--輸出端COMA、第二輸出端COMB相連接，輸出端與低通濾波 器4、帶通濾波器5的輸入端相連接，用于將開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)輸出的差分的電壓信 號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)，并置該差分放大器一正向參考電壓VREF,以確保差分 放大器始終輸出正電壓。
由于串聯(lián)燃料電池堆中的單電池1兩端電壓具有共模電壓，且串聯(lián)的單 電池越多，最大共模電壓就越大，因此當(dāng)串聯(lián)的單電池l較少時(shí)，例如少于 10個(gè)，本系統(tǒng)可采用低共模抑制比的差分放大器，如由運(yùn)算放大器OP07構(gòu) 成的差分放大器；當(dāng)串聯(lián)的單電池l較多時(shí)，例如多于10個(gè)，需采用高共模抑制比的差分放大器，如INA117或AD629。
所述低通濾波器4的輸入端連接差分放大器的輸出端，用于得到直流電 壓信號(hào)并將該信號(hào)輸出到直流分量數(shù)據(jù)采集單元6。低通濾波器4為能有效 濾除疊加在當(dāng)前單電池1上的交流波動(dòng)電壓的低通濾波器，可以為無(wú)源低 通濾波器、有源低通濾波器。圖6為低通濾波器4的---個(gè)具體實(shí)施方式
， 其中利用精密運(yùn)算放大器TLC279構(gòu)成二階有源低通濾波器，輸出直流電 壓信號(hào)AD0。
所述帶通濾波器5的輸入端連接差分放大器的輸出端，用于得到交流電 壓信號(hào)并將該信號(hào)輸出到交流分量數(shù)據(jù)釆集單元7。帶通濾波器5為能有效 濾除單電池1兩端的直流電壓成分及高頻干擾并保留突流波動(dòng)成分的帶通 濾波器，，可以為無(wú)源帶通濾波器、有源帶通濾波器，濾波器在通帶可具有 一定增益，增益的范圍為1V/V-100V/V。圖7為帶通濾波器5的一個(gè)具休 實(shí)施方式，其中利用精密運(yùn)算放大器TLC279構(gòu)成六階、10V/V增益的有 源帶通濾波器。
所述:良流分量數(shù)據(jù)采集單元6用于接收來(lái)自低通濾波器4的直流電壓信 號(hào)并根據(jù)該信號(hào)獲取直流電壓值。該直流分量數(shù)據(jù)采集單元6為A/D轉(zhuǎn)換 單元，其通過(guò)對(duì)模擬的直流電壓信號(hào)(如圖4中的ADO)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換而 得到數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)即為直流電壓值，代表單電池兩端的電壓。該 :rt流電壓值可以被存儲(chǔ)到存儲(chǔ)單元(未圖示)中。所述A/D轉(zhuǎn)換的過(guò)程和 實(shí)施對(duì)本領(lǐng)域人員來(lái)說(shuō)是公知的。
所述交流分量數(shù)據(jù)采集單元7用于接收來(lái)自帶通濾波器5的交流波動(dòng)電 壓信號(hào)、根據(jù)該信號(hào)獲取交流波動(dòng)電壓值并將該交流波動(dòng)電壓值輸出到內(nèi) 阻計(jì)算單元8。該交流分量數(shù)據(jù)采集單元7為A/D轉(zhuǎn)換單元，其通過(guò)對(duì)模 擬的交流波動(dòng)電壓信號(hào)(如圖S中的AD1)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換而得到數(shù)字信號(hào)， 該數(shù)字信號(hào)即為交流波動(dòng)電壓值。需要說(shuō)明的是該交流波動(dòng)電壓值為交流 波動(dòng)電壓的有效值(也就是峰值除以^)。該交流波動(dòng)電壓值可以被輸出到內(nèi)阻計(jì)算單元8中。所述A/D轉(zhuǎn)換的過(guò)程和實(shí)施對(duì)本領(lǐng)域人員來(lái)說(shuō)是公 知的。
所述內(nèi)阻計(jì)算單元8用于根據(jù)接收到的交流波動(dòng)電壓值和所述交流波動(dòng) 電流產(chǎn)生器3所施加的交流波動(dòng)電流值計(jì)算得到單電池的內(nèi)阻。其中交流 波動(dòng)電壓值山交流分量數(shù)據(jù)采集單元7提供，交流波動(dòng)電流值從交流波動(dòng) 電流產(chǎn)生器3獲取，都是有效值。如上所述，單電池內(nèi)阻由高頻阻抗的有 效值進(jìn)行表征，即用交流波動(dòng)電壓(有效)值除以交流波動(dòng)電流(有效) 值得到。該內(nèi)阻計(jì)算單元8的具體實(shí)施對(duì)本領(lǐng)域人員來(lái)說(shuō)是公知的，可以 通過(guò)硬件或程序?qū)嵤?。?jì)算得到的單電池內(nèi)阻數(shù)據(jù)可以被存儲(chǔ)到存儲(chǔ)單元 (未圖示)中。
上述開(kāi)關(guān)控制器、激勵(lì)源控制器、直流分量數(shù)據(jù)采集單元6、交流分量 數(shù)據(jù)采集單元7、內(nèi)阻計(jì)算單元8可以分別由單獨(dú)的控制器實(shí)施，也可以由 一個(gè)控制器來(lái)實(shí)施，如圖7所示為集成了開(kāi)關(guān)控制器、直流分量數(shù)據(jù)采集 單元6、交流分量數(shù)據(jù)采集單元7、內(nèi)阻計(jì)算單元8的控制器，其中該控制 器采用C8051F005微控制器實(shí)施，該微控制器的A/D轉(zhuǎn)換端AIN0、 AIN1 分別連接到AD0和AD1, A/D轉(zhuǎn)換作為直流分量數(shù)據(jù)采集單元6和交流分 量數(shù)據(jù)采集單元7，微控制器的PO、 P1端連接開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的譯碼器U1、 U2 的地址控制端和數(shù)據(jù)控制端以控制開(kāi)關(guān)元件2,該微控制器還可以通過(guò)通信 線路將得到的單電池電壓和內(nèi)阻數(shù)據(jù)傳送到外部計(jì)算機(jī)或燃料電池系統(tǒng)總 控制器，以進(jìn)行外部分析，從而實(shí)現(xiàn)分布監(jiān)測(cè)或在線監(jiān)測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)、低通濾波器(4)、帶通濾波器(5)、直流分量數(shù)據(jù)采集單元(6)、交流分量數(shù)據(jù)采集單元(7)以及內(nèi)阻計(jì)算單元(8)；所述開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括順序排列的多個(gè)開(kāi)關(guān)元件(2)，奇數(shù)序號(hào)開(kāi)關(guān)元件(2)的信號(hào)輸出端并聯(lián)成開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端，偶數(shù)序號(hào)開(kāi)關(guān)元件(2)的信號(hào)輸出端并聯(lián)成開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端，用于輸出一個(gè)單電池兩端的電壓信號(hào)；所述低通濾波器(4)和帶通濾波器(5)分別與開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端和第二輸出端連接，分別用于接收第一輸出端和第二輸出端輸出的電壓信號(hào)，通過(guò)濾波分別得到直流電壓信號(hào)和交流波動(dòng)電壓信號(hào)，并分別將得到的信號(hào)輸出到直流分量數(shù)據(jù)采集單元(6)和交流分量數(shù)據(jù)采集單元(7)；所述直流分量數(shù)據(jù)采集單元(6)用于接收來(lái)自低通濾波器(4)的直流電壓信號(hào)并根據(jù)該信號(hào)獲取直流電壓值；所述交流分量數(shù)據(jù)采集單元(7)用于接收來(lái)自帶通濾波器(5)的交流波動(dòng)電壓信號(hào)、根據(jù)該信號(hào)獲取交流波動(dòng)電壓值并將該交流波動(dòng)電壓值輸出到內(nèi)阻計(jì)算單元(8)；所述內(nèi)阻計(jì)算單元(8)用于計(jì)算單電池的內(nèi)阻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中開(kāi)關(guān)元件(2)的個(gè)數(shù)比燃料電池 堆中單電池的個(gè)數(shù)多l(xiāng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中開(kāi)關(guān)元件(2)是具有控制端的開(kāi) 關(guān)，開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)還包括開(kāi)關(guān)控制器，用于通過(guò)控制端控制開(kāi)關(guān)元件(2)的狀 態(tài)，以每次接入一個(gè)單電池(1)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中開(kāi)關(guān)元件(2)為具有控制端的雙 路光電隔離繼電器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中開(kāi)關(guān)控制器執(zhí)行對(duì)應(yīng)于開(kāi)關(guān)狀態(tài) 的組合邏輯時(shí)序控制程序，使得該開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)中有且僅有一對(duì)相鄰的開(kāi)關(guān)元件(2)被同時(shí)閉合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)還包括交流波動(dòng)電流產(chǎn)生 器(3)，用于與燃料電池堆的電壓輸出端并聯(lián)，向燃料電池堆施加交流波動(dòng) 屯流；所述內(nèi)阻計(jì)算單元(8)用于根據(jù)接收到的交流波動(dòng)電壓值和所述交流 波動(dòng)電流產(chǎn)生器(3)所施加的交流波動(dòng)電流值計(jì)算得到單電池的內(nèi)阻。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中交流波動(dòng)電流產(chǎn)生器(3)為電流 激勵(lì)源或可控負(fù)載。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中電流激勵(lì)源為交流恒流激勵(lì)源。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中可控負(fù)載為交流恒流負(fù)載。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中內(nèi)阻計(jì)算單元(8)用交流波動(dòng) 電壓值除以交流波動(dòng)電流值得到單電池內(nèi)阻。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)還包括差分放大器， 差分放大器的輸入端與開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的第--輸出端、第二輸出端相連接，輸出端 與低通濾波器(4)、帶通濾波器(5)的輸入端相連接，用于將開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)輸出的差分的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)，并置該差分放大器一正向參考電壓， 以確保差分放大器始終輸出正電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中直流分量數(shù)據(jù)采集單元(6)、交 流分量數(shù)據(jù)釆集單元(7)為A/D轉(zhuǎn)換單元。
全文摘要
一種燃料電池性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)、低通濾波器、帶通濾波器、直流分量數(shù)據(jù)采集單元、交流分量數(shù)據(jù)采集單元以及內(nèi)阻計(jì)算單元；開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括順序排列的多個(gè)開(kāi)關(guān)元件，奇數(shù)序號(hào)開(kāi)關(guān)元件的信號(hào)輸出端并聯(lián)成開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端，偶數(shù)序號(hào)開(kāi)關(guān)元件的信號(hào)輸出端并聯(lián)成開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端，用于輸出一個(gè)單電池兩端的電壓信號(hào)；低通濾波器和帶通濾波器分別得到直流電壓信號(hào)和交流波動(dòng)電壓信號(hào)；直流分量數(shù)據(jù)采集單元和交流分量數(shù)據(jù)采集單元獲取直流電壓值和交流波動(dòng)電壓值；內(nèi)阻計(jì)算單元用于計(jì)算單電池的內(nèi)阻。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用開(kāi)關(guān)元件實(shí)現(xiàn)多通道測(cè)量單電池電壓和內(nèi)阻，減少使用昂貴的高共模抑制比儀表放大器的數(shù)量，降低了成本。
文檔編號(hào)G01R31/36GK101303396SQ20071010177
公開(kāi)日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2007年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月9日
發(fā)明者振 張, 董俊卿, 趙志強(qiáng) 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司