CN108461782A - 一种用于燃料电池单片电压的巡检系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于燃料电池单片电压的巡检系统，属于燃料电池监测和控制技术领域。所述用于燃料电池单片电压的巡检系统包括巡检控制单元、数据采集单元和对外通信单元,所述巡检控制单元、数据采集单元和对外通信单元均集成于同一块电路板上,所述数据采集单元与燃料电池连接，所述数据采集单元通过第一隔离供电通信模块与所述巡检控制单元连接，所述对外通信单元通过第二隔离供电通信模块与所述巡检控制单元连接。本发明巡检系统具有更好的实时性，更快的巡检速度，更高的采集精度和更强的抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池监测和控制技术领域，具体涉及一种用于燃料电池单片电压的巡检系统。
背景技术
燃料电池是一种将化学能直接转化成电能的装置，由于其效率高、零排放、启动温度低，非常适用于于交通运输、固定式发电以及便携式领域。近年来，世界各国都在积极研究将燃料电池作为动力源应用于多个领域，如汽车领域等。
燃料电池单片电压是反应燃料电池运行状态的重要参数，在燃料电池性能评估和燃料电池系统控制方面具有极其重要的作用。现有技术方案如多巡检模块级联方案、单通道轮询切换采集方案、多通道轮询切换采集方案、电子继电器切换方案、10位采集分辨率方案等，在应用过程中存在采集实时性差、采集速度慢、采集精度低和受动力线干扰大等问题，这些问题严重影响到燃料电池性能真实反馈和燃料电池系统控制准确性，进而降低燃料电池使用寿命。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是针对目前的燃料电池单片电压巡检系统存在的采集实时性差、采集速度较慢、采集精度低、受动力线干扰大的缺点，提供一种用于燃料电池单片电压的巡检系统，通过巡检燃料电池单片电压对燃料电池性能进行检测与评估和燃料电池系统运行进行控制。所述巡检系统具有更好的实时性，更快的巡检速度，更高的采集精度和更强的抗干扰能力。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于燃料电池单片电压的巡检系统，包括巡检控制单元、数据采集单元和对外通信单元,所述巡检控制单元、数据采集单元和对外通信单元均集成于同一块电路板上,所述数据采集单元与燃料电池连接，所述数据采集单元通过第一隔离供电通信模块与所述巡检控制单元连接，所述对外通信单元通过第二隔离供电通信模块与所述巡检控制单元连接；
所述巡检控制单元对所述数据采集单元的供电和通信进行控制，并行高速读取燃料电池单片电压数据，经过所述巡检控制单元的主控芯片内部数据处理后，所述巡检控制单元将数据传输到所述对外通信单元，通过所述对外通信单元将燃料电池单片电压和处理后的数据发送到外部CAN总线。
进一步地，所述巡检控制单元的主控芯片为32位微型控制器。
进一步地，所述主控芯片的型号为STM32F10X。
进一步地，所述数据采集单元包括多个最小采集单元，所述多个最小采集单元并联连接至所述巡检控制单元。
进一步地，每个所述最小采集单元包括n片燃料电池单片,所述n的值为0<n<6。
进一步地，所述最小采集单元通过模数转换芯片对n片燃料电池单片进行电压采集，所述模数转换芯片的分辨率为12-14位，采集精度在2mV之内。
进一步地，所述对外通信单元采用汽车级通信芯片，通信速率为1M以上。
进一步地，所述第一隔离供电通信模块包括相连接的第一隔离供电模块和隔离通信模块；所述第二隔离供电通信模块包括相连接的第二隔离供电模块和隔离通信模块。
进一步地，所述第一隔离供电模块由相连接的电源芯片和电感构成，所述第二隔离供电模块由直流电源隔离模块构成，所述隔离通信模块由高速数据隔离集成芯片构成。
进一步地，所述巡检系统的巡检速度为1000片/100mS。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：
本发明巡检系统由于具备以n片燃料电池为1个最小采集单元，多个最小采集单元并行通信，在供电和通信上都进行电气特性隔离，且多个最小采集单元均采用分辨率为12-14位的模数转换芯片作为采集芯片，采集精度在2mV之内，具备高精度采集特性，1块电路板可实现不少于500片单片电压测量等技术优势，最终使本发明具有更好的实时性，更快的巡检速度，更高的采集精度和更强的抗干扰能力。
附图说明
图1为本发明实施例一种用于燃料电池单片电压的巡检系统的结构框图。
图中，1-巡检控制单元，2-数据采集单元，21-最小采集单元，3-对外通信单元，4-第一隔离供电通信模块，41-第一隔离供电模块，42-隔离通信模块，5-第二隔离供电通信模块，51-第二隔离供电模块，6-供电线，7-CAN总线，8-燃料电池，9-电路板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例
如图1所示，一种用于燃料电池单片电压的巡检系统，由1块电路板9实现，外部供电要求DC9V-36V/2W，对外通信为CAN2.0B，与燃料电池8的连接方式为探针或排线，本实施例中优选为通过探针连接。所述用于燃料电池单片电压的巡检系统包括巡检控制单元1、数据采集单元2和对外通信单元3,所述巡检控制单元1、数据采集单元2和对外通信单元3均集成于同一块电路板9上。所述数据采集单元2与燃料电池8连接，所述数据采集单元2通过第一隔离供电通信模块4与所述巡检控制单元1连接，所述对外通信单元3通过第二隔离供电通信模块5与所述巡检控制单元1连接。其中，所述第一隔离供电通信模块4包括相连接的第一隔离供电模块41和隔离通信模块42，所述数据采集单元2均通过所述第一隔离供电模块41和隔离通信模块42与巡检控制单元1连接。所述第二隔离供电通信模块5包括相连接的第二隔离供电模块51和隔离通信模块42，所述对外通信单元3均通过所述第二隔离供电模块51和隔离通信模块42与巡检控制单元1连接。所述第一隔离供电模块41由相连接的电源芯片和电感构成，所述第二隔离供电模块51由直流电源隔离模块构成，所述隔离通信模块42由高速数据隔离集成芯片构成。
由于所述巡检控制单元1、数据采集单元2和对外通信单元3采用电气隔离的供电和通信进行连接，巡检系统在供电和通信都进行了电气特性隔离，使得巡检系统具有很强的抗干扰能力，尤其是对于整车动力系统的干扰具有特别的针对性。
所述巡检控制单元1对所述数据采集单元2的供电和通信进行控制，并行高速读取燃料电池8的单片电压数据，经过所述巡检控制单元1的主控芯片内部数据处理后，所述巡检控制单元1将数据传输到所述对外通信单元3，由对外通信单元3完成数据对外反馈。
巡检系统供电线6与所述巡检控制单元1连接，其中，本实施例所述巡检控制单元1采用32位微型控制器作为主控芯片，该主控芯片的型号为STM32F10X，工作频率高达72Mhz，数据处理能力强劲，用于对通过并行通信得到的单片电压数据进行高速处理，可计算出整堆单片电压中的最大值、最小值和平均值，可通过对外通信单元3将燃料电池8的单片电压和处理后的数据及时发送到巡检系统的CAN总线7。
所述数据采集单元2包括多个最小采集单元21，所述多个最小采集单元21并联连接至所述巡检控制单元1，且最小采集单元21通过探针或者排线连接到燃料电池8上。最小采集单元21中包括n片燃料电池单片，最小采集单元21将每n(0<n<6)片燃料电池单片分成1组进行采集，即形成1个最小采集单元21。最小采集单元21由模数转换芯片完成n片燃料电池8单片电压的采集，模数转换芯片的分辨率12-14位，采集精度在2mV之内。模数转换芯片完成1次1组单片电压采集的时间在0.1mS，采集数据通过特定通信协议发送到巡检控制单元1。
因巡检系统中各个最小采集单元21之间是并行关系，各个最小采集单元21可同步完成采集数据的反馈，使得整个燃料电池堆巡检时间不会随着片数的增加而增加，巡检速度高。单板巡检系统可达到1000片/100mS的巡检速度。
所述对外通信单元3通过图1中的巡检系统的CAN总线7与外部通信总线进行连接。所述对外通信单元3采用汽车级通信芯片，通信速率可达1M以上，符合CAN2.0B通信协议。对外通信单元3使用隔离电源供电，抗共模干扰能力强，同时还可防止外部通信故障和干扰对巡检系统自身的影响。在选择传输最大值、最小值和平均值的模式下，可在1000片/5mS的速度内将燃料电池数据反馈到外部，实现极高的实时性。在传输燃料电池每片电压模式下，可在1000片/200mS内传输完成，同样具有很高的实时性。
本发明巡检系统由于具备选择n片燃料电池为1个最小采集单元21，多个最小采集单元21并行通信，在供电和通信都进行电气特性隔离，且多个最小采集单元均采用分辨率为12-14位的模数转换芯片作为采集芯片，采集精度在2mV之内，具备高精度采集特性，1块电路板可实现不少于500片单片电压测量等技术优势，使本发明具有更好的实时性，更快的巡检速度，更高的采集精度和更强的抗干扰能力。
Claims (10)
1.一种用于燃料电池单片电压的巡检系统，其特征在于，包括巡检控制单元、数据采集单元和对外通信单元,所述巡检控制单元、数据采集单元和对外通信单元均集成于同一块电路板上,所述数据采集单元与燃料电池连接，所述数据采集单元通过第一隔离供电通信模块与所述巡检控制单元连接，所述对外通信单元通过第二隔离供电通信模块与所述巡检控制单元连接；
所述巡检控制单元对所述数据采集单元的供电和通信进行控制，并行高速读取燃料电池单片电压数据，经过所述巡检控制单元的主控芯片内部数据处理后，所述巡检控制单元将数据传输到所述对外通信单元，通过所述对外通信单元将燃料电池单片电压和处理后的数据发送到外部CAN总线。
2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池单片电压的巡检系统，其特征在于，所述巡检控制单元的主控芯片为32位微型控制器。
3.根据权利要求2所述的一种用于燃料电池单片电压的巡检系统，其特征在于，所述主控芯片的型号为STM32F10X。
4.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池单片电压的巡检系统，其特征在于，所述数据采集单元包括多个最小采集单元，所述多个最小采集单元并联连接至所述巡检控制单元。
5.根据权利要求4所述的一种用于燃料电池单片电压的巡检系统，其特征在于，每个所述最小采集单元包括n片燃料电池单片,所述n的值为0<n<6。
6.根据权利要求5所述的一种用于燃料电池单片电压的巡检系统，其特征在于，所述最小采集单元通过模数转换芯片对燃料电池单片进行电压采集，所述模数转换芯片的分辨率为12-14位，采集精度在2mV之内。
7.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池单片电压的巡检系统，其特征在于，所述对外通信单元采用汽车级通信芯片，通信速率为1M以上。
8.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池单片电压的巡检系统，其特征在于，所述第一隔离供电通信模块包括相连接的第一隔离供电模块和隔离通信模块；所述第二隔离供电通信模块包括相连接的第二隔离供电模块和隔离通信模块。
9.根据权利要求8所述的一种用于燃料电池单片电压的巡检系统，其特征在于，所述第一隔离供电模块由相连接的电源芯片和电感构成，所述第二隔离供电模块由直流电源隔离模块构成，所述隔离通信模块由高速数据隔离集成芯片构成。
10.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池单片电压的巡检系统，其特征在于，所述巡检系统的巡检速度为1000片/100mS。
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