CN114755481B - 燃料电池电压巡检装置和燃料电池电压巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种燃料电池电压巡检装置和燃料电池电压巡检方法，该装置包括分压电路、第一电压测量模块、第二电压测量模块和巡检控制器；分压电路，一端与燃料电池电堆的正极相连，另一端与燃料电池电堆的负极相连；第一电压测量模块，与燃料电池电堆相连，用于测量第一电堆电压；第二电压测量模块，与分压电路相连，用于测量第二电堆电压；巡检控制器，与第一电压测量模块和第二电压测量模块，用于对第一电堆电压和第二电堆电压进行处理，获取负电压巡检结果。该燃料电池电压巡检装置及方法可实现在不增加高成本的采样芯片的情况下实现负电压巡检功能，降低负电压巡检成本。

Description

燃料电池电压巡检装置和燃料电池电压巡检方法

技术领域

本发明涉及燃料电池故障诊断技术领域，尤其涉及一种燃料电池电压巡检装置和燃料电池电压巡检方法。

背景技术

燃料电池电压巡检装置是燃料电池电堆上一种非常重要的组件，可以实时检测燃料电池电堆内每个单体燃料电池的单体电压，由于燃料电池在一些不利因素的影响下可能会出现反极，进而产生负电压，因此，燃料电池电压巡检装置需具备负电压检测功能。

现有燃料电池电压巡检装置通过能够检测负电压的采样芯片实现负电压检测功能，但采用采样芯片进行负电压检测的成本较高，因此，如何在不增加采样芯片的情况下实现对燃料电池负电压检测成为当前燃料电池故障诊断领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种燃料电池电压巡检装置和燃料电池电压巡检方法，以实现无需采用采样芯片即可快速检测负电压，解决负电压检测成本较高的问题。

本发明提供一种燃料电池电压巡检装置，与燃料电池电堆相连，包括分压电路、第一电压测量模块、第二电压测量模块和巡检控制器；

所述分压电路一端与所述燃料电池电堆的正极相连，另一端与所述燃料电池电堆的负极相连；

所述第一电压测量模块与所述燃料电池电堆相连，用于测量第一电堆电压；

所述第二电压测量模块与所述分压电路相连，用于测量第二电堆电压；

所述巡检控制器与所述第一电压测量模块和所述第二电压测量模块相连，用于对所述第一电堆电压和所述第二电堆电压进行处理，获取负电压巡检结果。

优选地，所述燃料电池电堆包括串联的N个单体燃料电池；

所述第一电压测量模块，采用N+1根巡检信号采集线与所述燃料电池电堆相连，其中，1根所述巡检信号采集线与所述燃料电池电堆的正极和所述分压电路之间的连接节点相连，1根所述巡检信号采集线与所述燃料电池电堆的负极和所述分压电路之间的连接节点相连，N-1根所述巡检信号采集线与相邻两个所述单体燃料电池之间的连接节点相连；

所述第一电压测量模块，用于根据每一所述单体燃料电池相邻两根所述巡检信号采集线输出的电压检测信号，获取所述单体燃料电池的单体电池电压，根据N个所述单体燃料电池的单体电池电压，获取所述第一电堆电压。

优选地，所述第一电压测量模块，包括ADC信号采样电路、第一测量处理器和第一通讯单元；

所述ADC信号采样电路与所述燃料电池电堆通过N+1根所述巡检信号采集线相连，用于采集N+1个电压检测信号，根据每一所述单体燃料电池相邻两根所述巡检信号采集线输出的电压检测信号，获取所述单体燃料电池的单体电池电压；

所述第一测量处理器与所述ADC信号采样电路相连，用于根据N个所述单体燃料电池的单体电池电压，获取所述第一电堆电压；

所述第一通讯单元与所述第一测量处理器和所述巡检控制器相连，用于将所述第一电堆电压发送给所述巡检控制器。

优选地，所述第一电压测量模块还包括SPI隔离通讯单元，所述SPI隔离通讯单元与所述ADC信号采样电路和所述第一测量处理器相连，用于实现SPI隔离通讯。

优选地，所述分压电路包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻，所述第二分压电阻的阻值大于所述第一分压电阻的阻值；

所述第二电压测量模块与所述第一分压电阻相连，用于检测所述第一分压电阻对应的电阻测量电压，并根据所述电阻测量电压，获取第二电堆电压。

优选地，所述第二电压测量模块包括电阻电压采集单元、第二测量处理器和第二通讯单元；

所述电阻电压采集单元采用两根信号采集线与所述第一分压电阻的两端相连，用于采集所述第一分压电阻对应的电阻测量电压；

所述第二测量处理器与所述电阻电压采集单元相连，用于根据所述电阻测量电压，计算所述第二电堆电压；

所述第二通讯单元与所述第二测量处理器和所述巡检控制器相连，用于将所述第二电堆电压发送给所述巡检控制器。

优选地，所述巡检控制器，用于对所述第一电堆电压和所述第二电堆电压进行处理，获取实测偏差值；若所述实测偏差值大于预设偏差阈值，则获取存在负电压的负电压巡检结果；若所述实测偏差值不大于预设偏差阈值，则获取不存在负电压的负电压巡检结果。

本发明提供一种燃料电池电压巡检方法，采用分压电路与燃料电池电堆相连，形成电路回路，包括：

采用与所述燃料电池电堆相连的第一电压测量模块，测量第一电堆电压；

采用与所述分压电路相连的第二电压测量模块，测量第二电堆电压；

对所述第一电堆电压和所述第二电堆电压进行处理，获取负电压巡检结果。

优选地，所述采用与所述燃料电池电堆相连的第一电压测量模块，测量第一电堆电压，包括：

采用与所述燃料电池电堆相连的第一电压测量模块，测量所述燃料电池电堆中N个单体燃料电池对应的单体电池电压，根据N个所述单体燃料电池的单体电池电压，获取所述第一电堆电压。

优选地，所述分压电路包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻，所述第二分压电阻的阻值大于所述第一分压电阻的阻值；

所述采用与所述分压电路相连的第二电压测量模块，测量第二电堆电压，包括：

采用与所述分压电路相连的第二电压测量模块，测量所述第一分压电阻对应的电阻测量电压，根据所述电阻测量电压，计算所述第二电堆电压。

优选地，所述对所述第一电堆电压和所述第二电堆电压进行处理，获取负电压巡检结果，包括：

对所述第一电堆电压和所述第二电堆电压进行处理，获取实测偏差值；

若所述实测偏差值大于预设偏差阈值，则获取存在负电压的负电压巡检结果；

若所述实测偏差值不大于预设偏差阈值，则获取不存在负电压的负电压巡检结果。

上述燃料电池电压巡检装置和燃料电池电压巡检方法，采用分压电路与燃料电池电堆配合形成的电路回路，使得分压电路两端的电压与燃料电池电堆两端的电压相等；采用与燃料电池电堆相连的第一电压测量模块，直接测量燃料电池电堆两端的电压，确定为第一电堆电压；采用与分压电路相连的第二电压测量模块，间接测量燃料电池电堆两端的电压，确定为第二电堆电压；最后，再采用巡检控制器根据第一电堆电压和第二电堆电压判断是否存在负电压，从而确定负电压巡检结果，以实现无需在增加成本较高的采样芯片的情况下，实现负电压检测功能，降低负电压检测成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例中燃料电池电压巡检装置的一示意图；

图2是本发明一实施例中燃料电池电压巡检装置的另一示意图；

图3是本发明一实施例中燃料电池电压巡检方法的一流程图。

图中：10、燃料电池电堆；11、单体燃料电池；20、分压电路；21、第一分压电阻；22、第二分压电阻；30、第一电压测量模块；31、ADC信号采样电路；32、第一测量处理器；33、第一通讯单元；34、SPI隔离通讯单元；40、第二电压测量模块；41、电阻电压采集单元；42、第二测量处理器；43、第二通讯单元；50、巡检控制器。

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作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。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明实施例提供一种燃料电池电压巡检装置，燃料电池电压巡检装置与燃料电池电堆10相连，用于检测燃料电池电堆10是否存在负电压，可实现在不增加高成本的采样芯片的情况下，实现负电压检测功能，可有效降低负电压检测成本。如图1和图2所示，燃料电池电压巡检装置包括分压电路20、第一电压测量模块30、第二电压测量模块40和巡检控制器50；分压电路20，一端与燃料电池电堆10的正极相连，另一端与燃料电池电堆10的负极相连；第一电压测量模块30，与燃料电池电堆10相连，用于测量第一电堆电压；第二电压测量模块40，与分压电路20相连，用于测量第二电堆电压；巡检控制器50，与第一电压测量模块30和第二电压测量模块40相连，用于对第一电堆电压和第二电堆电压进行处理，获取负电压巡检结果。

本示例中，采用分压电路20与燃料电池电堆10配合形成电路回路，即将分压电路20的一端与燃料电池电堆10的正极相连，另一端与燃料电池电堆10的负极相连，形成闭合的电路回路。一般来说，在燃料电池电堆10和分压电路20形成的电路回路工作时，燃料电池电堆10两端的电压与分压电路20两端的电压相等。

其中，第一电压测量模块30是与燃料电池电堆10相连的用于测量燃料电池电堆10两端的电压的模块。作为一示例，第一电压测量模块30与燃料电池电堆10相连，用于测量燃料电池电堆10两端的电压，将第一电压测量模块30测量所得的燃料电池电堆10的电压确定为第一电堆电压。本示例中，第一电压测量模块30通过测量燃料电池电堆10中所有单体燃料电池11的单体电池电压，再将所有单体燃料电池11的单体电池电压进行叠加确定。第一电压测量模块30可在检测到任一单体燃料电池11的单体电池电压为负电压时，将其单体燃料电池11的单体电池电压设置为0，使得第一电压测量模块30所测量的多个单体电池电压均为正电压。

其中，第二电压测量模块40是与分压电路20相连的用于测量燃料电池电堆10两端的电压的模块。作为一示例，第二电压测量模块40与分压电路20相连，可测量分压电路20两端的电压，由于燃料电池电堆10与分压电路20所形成的电路回路中，燃料电池电堆10两端的电压与分压电路20两端的电压相等，因此，可获取燃料电池电堆10的电压，将第二电压测量模块40测量所得的燃料电池电堆10两端的电压确定为第二电堆电压。

其中，巡检控制器50可以为燃料电池电堆10自带的控制器，与第一电压测量模块30和第二电压测量模块40相连，用于根据第一电压测量模块30输出的第一电堆电压和第二电压测量模块40输出的第二电堆电压进行处理，以判断燃料电池电堆10的工作状态，从而做出相应的控制，以实现燃料电池电堆10的巡检功能。

一般来说，由于燃料电池电堆10与分压电路20形成电路回路，在燃料电池电堆10正常工作时，第一电压测量模块30直接测量燃料电池电堆10所确定的第一电堆电压，与第二电压测量模块40通过分压电路20间接测量燃料电池电堆10所确定的第二电堆电压基本相等或者两者偏差在可接受的偏差范围内，因此，巡检控制器50可通过判断第一电堆电压和第二电堆电压是否相等或者两者偏差是否在可接受的偏差范围内，以确定燃料电池电堆10是否存在负电压，从而实现检测是否存在负电压的检测功能。

本实施例所提供的燃料电池电压巡检装置，采用分压电路20与燃料电池电堆10配合形成的电路回路，使得分压电路20两端的电压与燃料电池电堆10两端的电压相等；采用与燃料电池电堆10相连的第一电压测量模块30，直接测量燃料电池电堆10两端的电压，确定为第一电堆电压；采用与分压电路20相连的第二电压测量模块40，间接测量燃料电池电堆10两端的电压，确定为第二电堆电压；最后，再采用巡检控制器50根据第一电堆电压和第二电堆电压判断是否存在负电压，从而确定负电压巡检结果，以实现无需在增加成本较高的采样芯片的情况下，实现负电压检测功能，降低负电压检测成本。

在一实施例中，燃料电池电堆10包括串联的N个单体燃料电池11；第一电压测量模块30，采用N+1根巡检信号采集线与燃料电池电堆10相连，其中，1根巡检信号采集线与燃料电池电堆10的正极和分压电路20之间的连接节点相连，1根巡检信号采集线与燃料电池电堆10的负极和分压电路20之间的连接节点相连，N-1根巡检信号采集线与相邻两个单体燃料电池11之间的连接节点相连；第一电压测量模块30，用于根据每一单体燃料电池11相邻两根巡检信号采集线输出的电压检测信号，获取单体燃料电池11的单体电池电压，根据N个单体燃料电池11的单体电池电压，获取第一电堆电压。

作为一示例，燃料电池电堆10包括串联的N个单体燃料电池11，第一电压测量模块30测量到的燃料电池电堆10的第一电堆电压为N个单体燃料电池11所测量的单体电池电压之和，即第一电堆电压为N个单体燃料电池11叠加之和。本示例中，N个单体燃料电池11串联，且N个单体燃料电池11串联形成的燃料电池电堆10两端分别与分压电路20相连，为了测量N个单体燃料电池11两端的单体电池电压，需采用N+1根巡检信号采集线与燃料电池电堆10相连，使得每一单体燃料电池11两端各连接1根巡检信号采集线，以便根据每一单体燃料电池11两端的巡检信号采集线采集的电压检测信号，确定每一单体燃料电池11的单体电池电压。

本示例中，第一电压测量模块30需采用N+1根巡检信号采集线与N个单体燃料电池11相连，具体地，1根巡检信号采集线与燃料电池电堆10的正极和分压电路20之间的连接节点相连，1根巡检信号采集线与燃料电池电堆10的负极和分压电路20之间的连接节点相连，N-1根巡检信号采集线与相邻两个单体燃料电池11之间的连接节点相连，使得相邻两个单体燃料电池11之间共享1根巡检信号采集线。

可理解地，第一电压测量模块30通过N+1根巡检信号采集线与N个串联的单体燃料电池11形成的燃料电池电堆10相连，即每一单体燃料电池11两端分别通过两根巡检信号采集线与第一电压测量模块30相连，使得第一电压测量模块30可测量每一单体燃料电池11两端的单体电池电压，再将N个单体燃料电池11的单体电池电压进行叠加，获取第一电堆电压。例如，N个单体燃料电池11中，第i个单体燃料电池11对应的单体电池电压分别为V_i，1≦i≦N，第一电堆电压为U1，则U1＝ΣV_i＝V_1+V_2+……+V_i+……

+V_N-1+V_N。

在一实施例中，第一电压测量模块30，包括ADC信号采样电路31、第一测量处理器32和第一通讯单元33；ADC信号采样电路31与燃料电池电堆10通过N+1根巡检信号采集线相连，用于采集N+1个电压检测信号，根据每一单体燃料电池11相邻两根巡检信号采集线输出的电压检测信号，获取单体燃料电池11的单体电池电压；第一测量处理器32与ADC信号采样电路31相连，用于根据N个单体燃料电池11的单体电池电压，获取第一电堆电压；第一通讯单元33与第一测量处理器32和巡检控制器50相连，用于将第一电堆电压发送给巡检控制器50。

其中，ADC(Analog-to-digital converter的缩写)，即模拟数字转换器是用于将模拟形式的连续信号转换为数字形式的离散信号的处理器。ADC信号采样电路31与N个单体燃料电池11串联形成的燃料电池电堆10通过N+1根巡检信号采集线相连，采集模拟形式的连续信号并转换成数字形式的离散信号，采集N+1个电压检测信号。

作为一示例，ADC信号采样电路31在获取N+1根巡检信号采集线采集到的N+1个电压检测信号之后，根据每一单体燃料电池11相邻两根巡检信号采集线对应的两个电压检测信号，确定单体燃料电池11对应的单体电池电压，以便后续根据N个单体燃料电池11对应的单体电池电压进行叠加计算，获取燃料电池电堆10对应的第一电堆电压。

本示例中，ADC信号采样电路31在获取N+1根巡检信号采集线采集到的N+1个电压检测信号之后，根据每一单体燃料电池11相邻两根巡检信号采集线对应的两个电压检测信号，确定每个单体燃料电池11对应的电池实测电压；若电池实测电压不为负电压，则将电池实测电压确定为单体燃料电池11对应的单体电池电压；若电池实测电压为负电压，则将单体燃料电池11的单体电池电压解析为0，以使ADC信号采样电路31输出的每一单体燃料电池11对应的单体电池电压均为正电压。例如，N个单体燃料电池11中，第i个单体燃料电池11对应的电池实测电压分别为Va_i(1≦i≦N)，若Va_i≧0，则电池实测电压Va_i为其对应的单体电池电压V_i；若Va_i<0，则电池实测电压Va_i对应的单体电池电压V_i为0。

作为一示例，由于燃料电池电堆10由N个单体燃料电池11串联而成，则N个单体燃料电池11对应的单体电池电压之和为燃料电池电堆10两端的电压，即第一电堆电压，因此，第一测量处理器32在获取ADC信号采样电路31输出的N个单体燃料电池11对应的单体电池电压之后，可将N个单体电池电压进行叠加，获取第一电堆电压，再将第一电堆电压通过第一通讯单元33发送给巡检控制器50，以便巡检控制器50根据第一电堆电压和第二电堆电压进行负电压检测，获取负电压巡检结果。例如，N个单体燃料电池11中，第i个单体燃料电池11对应的单体电池电压分别为V_i，1≦i≦N，第一电堆电压为U1，则U1＝ΣV_i＝V_1+V_2+……+V_i+……+V_N-1+V_N。

在一实施例中，第一电压测量模块30还包括SPI隔离通讯单元34，SPI隔离通讯单元34与ADC信号采样电路31和第一测量处理器32相连，用于实现SPI隔离通讯。

其中，SPI(Serial Peripheral Interface),即串行外围设备接口，是一种高速的、全双工和同步的通信总线，由于其在芯片的管脚上只占用四根线，有助于节约管脚和空间，由于这种简单易用的特性，在ADC信号采样电路31和第一测量处理器32之间采用SPI总线进行信号传输。由于燃料电池电堆10信号采集过程中，在ADC信号采样电路31和第一测量处理器32之间可能存在较高的共模电压或者其他导致SPI总线无法正常工作的情况，因此在SPI总线进行信号传输过程中需设置SPI隔离通讯单元34，以实现电气隔离，有助于保障燃料电池电压巡检装置的安全性。

作为一示例，在ADC信号采样电路31和第一测量处理器32之间设置SPI隔离通讯单元34，以实现SPI隔离通讯，即将ADC信号采样电路31输出的N个单体燃料电池11的单体电池电压进行隔离通讯，以使第一测量处理器32输出隔离后的N个单体燃料电池11的单体电池电压。

本示例中，采用SPI隔离通讯单元34对ADC信号采样电路31输出的N个单体燃料电池11的单体电池电压进行SPI隔离通讯，使得ADC信号采样电路31输出的N个单体燃料电池11的单体电池电压不能直接传输给第一测量处理器32，有助于保障第一测量处理器32的正常运行，其理由在于，在燃料电池电堆10工作过程中，燃料电池电堆10的工作电压一般为上百伏，而第一测量处理器32的工作电压一般为几十伏，采用SPI隔离通讯单元34对ADC信号采样电路31和第一测量处理器32进行SPI隔离通讯，可有效隔离N个串联的单体燃料电池11所形成的电压源，以减少燃料电池电堆10的工作电压对第一测量处理器32正常工作的影响，有助于保障第一测量处理器32输出的第一电堆电压的准确性，进而保障负电压巡检结果的准确性。

在一实施例中，分压电路20包括串联的第一分压电阻21和第二分压电阻22，第二分压电阻22的阻值大于第一分压电阻21的阻值；第二电压测量模块40与第一分压电阻21相连，用于检测第一分压电阻21对应的电阻测量电压，根据电阻测量电压，获取第二电堆电压。

本示例中，分压电路20的两端分别与燃料电池电堆10的正极和负极相连，而分压电路20包括串联的第一分压电阻21和第二分压电阻22，因此，第一分压电阻21和第二分压电阻22与燃料电池电堆10配合形成电路回路。作为一示例，串联的第一分压电阻21和第二分压电阻22中，第一分压电阻21可以与燃料电池电堆10的正极相连，则第二分压电阻22与燃料电池电堆10的负极相连；或者，第一分压电阻21可以与燃料电池电堆10的负极相连，则第二分压电阻22与燃料电池电堆10的正极相连。

本示例中，第二分压电阻22的阻值大于第一分压电阻21的阻值，第二电压测量模块40与阻值较小的第一分压电阻21相连，可通过测量第一分压电阻21两端的电阻测量电压，根据串联电路欧姆定律可以推导出分压电路20两端的电压，由于燃料电池电堆10和分压电路20形成的电路回路中，分压电路20两端的电压与燃料电池电堆10两端的电压相等，因此，可以根据第一分压电阻21两端的电阻测量电压，确定燃料电池电堆10两端的电压，即获取第二电堆电压。可理解地，分压电路20中第二分压电阻22的阻值大于第一分压电阻21的阻值，而第二电压测量模块40与第一分压电阻21相连，通过测量阻值较小的第一分压电阻21两端的电阻测量电压，确定第二电堆电压，以实现利用较小的电压值推测较大的电压值的目的。

一般来说，燃料电池电压巡检装置中的元器件多为低压供电电气体，而燃料电池电堆10工作时所形成的电压可能达到上百伏，因此，燃料电池电堆10的工作电压远高于燃料电池电压巡检装置中元器件的耐压范围，通过第一分压电阻21和第二分压电阻22所形成的分压电路20进行分压，并测量阻值较小的第一分压电阻21的电阻测量电压进而推导出燃料电池电堆10的电压，使得可在燃料电池电压巡检装置中元器件的耐压范围内，保证燃料电池电压巡检装置的正常工作。

例如，若第一分压电阻21的阻值为R1、第二分压电阻22的阻值为R2、第一分压电阻21对应的电阻测量电压为U_R1，第二电堆电压为U2，由于燃料电池电堆10和分压电路20形成的电路回路中，分压电路20的电压与燃料电池电堆10的电压相等，则分压电路20两端的电压＝第二电堆电压＝U2，根据串联电路欧姆定律可知，串联电路中电流相等，即U2/(R1+R2)＝U_R1/R1，则U2＝U_R1(R1+R2)/R1。

进一步地，第二分压电阻22的阻值和第一分压电阻21的阻值的比值，被配置为大于目标比值。

其中，目标比值是预先设置的第二分压电阻22的阻值和第一分压电阻21的阻值的最小比值，是燃料电池电压巡检装置中元器件的耐压范围内可承受的最小值，例如，目标比值为200:1。

本示例中，将第二分压电阻22的阻值和第一分压电阻21的阻值的比值，配置为大于目标比值，使得第一分压电阻21的电阻测量电压足够小，可在燃料电池电压巡检装置的耐压范围内，使得燃料电池电压巡检装置可以承受相应的分压，以避免第一分压电阻21的电阻测量电压较大，导致燃料电池电压巡检装置损坏，也可以避免通过第一分压电阻21的电阻测量电压计算出的第二电堆电压的准确性较低的问题，从而保障第二电压测量模块40输出的第二电堆电压的准确性。

在一实施例中，第二电压测量模块40包括电阻电压采集单元41、第二测量处理器42和第二通讯单元43；电阻电压采集单元41采用两根信号采集线与第一分压电阻21的两端相连，用于采集第一分压电阻21对应的电阻测量电压；第二测量处理器42与电阻电压采集单元41相连，用于根据电阻测量电压，计算第二电堆电压；第二通讯单元43与第二测量处理器42和巡检控制器50相连，用于将第二电堆电压发送给巡检控制器50。

本示例中，电阻电压采集单元41采用两根信号采集线与第一分压电阻21的两端相连，以测量第一分压电阻21两端的电压。可理解地，该电阻电压采集单元41可以是具有电压测量功能的设备或电路，该电阻电压采集单元41与第一分压电阻21两端相连，直接读取或者采集第一分压电阻21两端的电压。可理解地，第二分压电阻22的阻值和第一分压电阻21的阻值，需根据电阻电压采集单元41的耐压范围确定，以保障第一分压电阻21的分压不超过电阻电压采集单元41的耐压范围，保证电阻电压采集单元41的正常工作。

本示例中，第二测量处理器42与电阻电压采集单元41相连，可获取电阻电压采集单元41输出的电阻测量电压，再根据串联电路欧姆定律，确定分压电路20两端的电压为燃料电池电堆10的电压，即第二电堆电压，并将第二电堆电压通过第二通讯单元43发送给巡检控制器50，以便巡检控制器50根据第一电堆电压和第二电堆电压进行负电压检测，获取负电压巡检结果。

在一实施例中，巡检控制器50，用于对第一电堆电压和第二电堆电压进行处理，获取实测偏差值；若实测偏差值大于预设偏差阈值，则获取存在负电压的负电压巡检结果；若实测偏差值不大于预设偏差阈值，则获取不存在负电压的负电压巡检结果。

其中，实测偏差值是指根据第一电堆电压和第二电堆电压计算确定的电压偏差的比值。预设偏差阈值是预先设置的用于评估是否存在负电压的差值阈值，例如，预设偏差阈值为设置为1％。一般来说，预设偏差阈值的设置与燃料电池电压巡检装置中的第一电压测量模块30的检测精度相关。

作为一示例，设第一电堆电压为U1，第二电堆电压为U2，预设偏差阈值为E0，实测偏差值为E1，巡检控制器50根据第一电堆电压和第二电堆电压确定的实测偏差值E1＝1-U2/U1；再将实测偏差值E1与预设偏差阈值E0进行比较；若实测偏差值E1大于预设偏差阈值E0，则获取存在负电压的负电压巡检结果；若实测偏差值E1不大于预设偏差阈值E0，则获取不存在负电压的负电压巡检结果。

作为一示例，若燃料电池电堆10中N个单体燃料电池11的单体电池电压均为正电压时，即不存在负电压时，也即不存在被解析为0的单体电池电压时，使得第一电堆电压U1和第二电堆电压U2基本相等，此时，E1＝1-U2/U1≤E0，可获取不存在负电压的负电压巡检结果。

作为另一示例，若燃料电池电堆10中N个单体燃料电池11的单体电池电压存在负电压，即存在被解析为0的单体电池电压时，此时，N个单体燃料电池11叠加所获取的第一电堆电压U1大于分压电路20测量形成的第二电堆电压U2，使得第一电堆电压U1和第二电堆电压U2的值存在较大偏差，此时，E1＝1-U2/U1>E0，可获取存在负电压的负电压巡检结果。例如，若三个单体燃料电池11的单体电池电压如下，V_1＝2V，V_2＝-1V和V_3＝3V，则U1＝2+0+3＝5V，因为V_2的负电压只显示为0V，U2＝2+(-1)+3＝4V，由于U1和U2的差值较大，E1＝1-U2/U1>E0，因此，可获取存在负电压的负电压巡检结果。

本发明实施例还提供一种燃料电池电压巡检方法，采用分压电路20与燃料电池电堆10相连，形成电路回路，如图3所示，燃料电池电压巡检方法包括如下步骤：

S301：采用与燃料电池电堆相连的第一电压测量模块，测量第一电堆电压。

其中，第一电压测量模块30是与燃料电池电堆10相连的用于测量燃料电池电堆10两端的电压的模块。作为一示例，第一电压测量模块30与燃料电池电堆10相连，用于测量燃料电池电堆10两端的电压，将第一电压测量模块30测量所得的燃料电池电堆10的电压确定为第一电堆电压。本示例中，第一电压测量模块30通过测量燃料电池电堆10中所有单体燃料电池11的单体电池电压，再将所有单体燃料电池11的单体电池电压进行叠加确定。在第一电压测量模块30可在检测到任一单体燃料电池11的单体电池电压为负电压时，将其单体燃料电池11的单体电池电压设置为0，使得第一电压测量模块30所测量的多个单体电池电压均为正电压。

S302：采用与分压电路相连的第二电压测量模块，测量第二电堆电压。

其中，第二电压测量模块40是与分压电路20相连的用于测量燃料电池电堆10两端的电压的模块。作为一示例，第二电压测量模块40与分压电路20相连，可测量分压电路20两端的电压，由于燃料电池电堆10与分压电路20所形成的电路回路中，燃料电池电堆10两端的电压与分压电路20两端的电压相等，因此，可获取燃料电池电堆10的电压，将第二电压测量模块40测量所得的燃料电池电堆10两端的电压确定为第二电堆电压。

S303：对第一电堆电压和第二电堆电压进行处理，获取负电压巡检结果。

一般来说，由于燃料电池电堆10与分压电路20形成电路回路，在燃料电池电堆10正常工作时，第一电压测量模块30直接测量燃料电池电堆10所确定的第一电堆电压，与第二电压测量模块40通过分压电路20间接测量燃料电池电堆10所确定的第二电堆电压基本相等或者两者偏差在可接受的偏差范围内，因此，巡检控制器50可通过判断第一电堆电压和第二电堆电压是否相等或者两者偏差是否在可接受的偏差范围内，以确定燃料电池电堆10是否存在负电压，从而实现检测是否存在负电压的检测功能。

本实施例所提供的燃料电池电压巡检装置，采用分压电路20与燃料电池电堆10配合形成的电路回路，使得分压电路20两端的电压与燃料电池电堆10两端的电压相等；采用与燃料电池电堆10相连的第一电压测量模块30，直接测量燃料电池电堆10两端的电压，确定为第一电堆电压；采用与分压电路20相连的第二电压测量模块40，间接测量燃料电池电堆10两端的电压，确定为第二电堆电压；最后，再采用巡检控制器50根据第一电堆电压和第二电堆电压判断是否存在负电压，从而确定负电压巡检结果，以实现无需在增加成本较高的采样芯片的情况下，实现负电压检测功能，降低负电压检测成本。

在一实施例中，步骤S301，即采用与燃料电池电堆10相连的第一电压测量模块30，测量第一电堆电压，包括：采用与燃料电池电堆10相连的第一电压测量模块30，测量燃料电池电堆10中N个单体燃料电池11对应的单体电池电压，根据N个单体燃料电池11的单体电池电压，获取第一电堆电压。

本示例中，采用与燃料电池电堆10相连的第一电压测量模块30，测量燃料电池电堆10中每一单体燃料电池11对应的单体电池电压，具体包括：采用与每一单体燃料电池11相邻两根巡检信号采集线对应的两个电压检测信号，确定每个单体燃料电池11对应的电池实测电压；若电池实测电压不为负电压，则将电池实测电压确定为单体燃料电池11对应的单体电池电压；若电池实测电压为负电压，则将单体燃料电池11的单体电池电压解析为0，以使ADC信号采样电路31输出的每一单体燃料电池11对应的单体电池电压均为正电压。例如，N个单体燃料电池11中，第i个单体燃料电池11对应的电池实测电压分别为Va_i(1≦i≦N)，若Va_i≧0，则电池实测电压Va_i为其对应的单体电池电压V_i；若Va_i<0，则电池实测电压Va_i对应的单体电池电压V_i为0。

作为一示例，由于燃料电池电堆10由N个单体燃料电池11串联而成，则N个单体燃料电池11对应的单体电池电压之和为燃料电池电堆10两端的电压，即第一电堆电压，因此，第一测量处理器32在获取ADC信号采样电路31输出的N个单体燃料电池11对应的单体电池电压之后，可将N个单体电池电压进行叠加，获取第一电堆电压。例如，N个单体燃料电池11中，第i个单体燃料电池11对应的单体电池电压分别为V_i，1≦i≦N，第二电堆电压为U1，则U1＝ΣV_i＝V_1+V_2+……+V_i+……+V_N-1+V_N。

在一实施例中，分压电路20包括串联的第一分压电阻21和第二分压电阻22，第二分压电阻22的阻值大于第一分压电阻21的阻值。

步骤S302，即采用与分压电路20相连的第二电压测量模块40，测量第二电堆电压，包括：采用与分压电路20相连的第二电压测量模块40，测量第一分压电阻21对应的电阻测量电压，根据电阻测量电压，计算第二电堆电压。

本示例中，分压电路20的两端分别与燃料电池电堆10的正极和负极相连，而分压电路20包括串联的第一分压电阻21和第二分压电阻22，因此，第一分压电阻21和第二分压电阻22与燃料电池电堆10配合形成的电路回路。作为一示例，串联的第一分压电阻21和第二分压电阻22中，第一分压电阻21可以与燃料电池电堆10的正极相连，则第二分压电阻22与燃料电池电堆10的负极相连；或者，第一分压电阻21可以与燃料电池电堆10的负极相连，则第二分压电阻22与燃料电池电堆10的正极相连。

本示例中，第二分压电阻22的阻值大于第二分压电阻22的阻值，第二电压测量模块40与阻值较小的第一分压电阻21相连，可通过测量第一分压电阻21两端的电阻测量电压，根据串联电路欧姆定律可以推导到分压电路20的电压，由于燃料电池电堆10和分压电路20形成的电路回路中，分压电路20两端的电压与燃料电池电堆10两端的电压相等，因此，可以根据第一分压电阻21两端的电阻测量电压，确定燃料电池电堆10两端的电压，即获取第二电堆电压。可理解地，分压电路20中第二分压电阻22的阻值大于第一分压电阻21的阻值，而第二电压测量模块40与第一分压电阻21相连，通过测量阻值较小的第一分压电阻21两端的电阻测量电压，确定第二电堆电压，以实现利用较小的电压值推测较大的电压值的目的。

一般来说，燃料电池电压巡检装置中的元器件多为低压供电电气体，而燃料电池电堆10工作时所形成的电压可能达到上百伏，因此，燃料电池电堆10的工作电压远高于燃料电池电压巡检装置中元器件的耐压，通过第一分压电阻21和第二分压电阻22所形成的分压电路20进行分压，并测量阻值较小的第一分压电阻21的电阻测量电压进而推导出燃料电池电堆10的电压，使得可在燃料电池电压巡检装置中元器件的耐压范围内，保证燃料电池电压巡检装置的正常工作。

在一实施例中，步骤S303，即对第一电堆电压和第二电堆电压进行处理，获取负电压巡检结果，包括：

S3031：对第一电堆电压和第二电堆电压进行处理，获取实测偏差值。

S3032：若实测偏差值大于预设偏差阈值，则获取存在负电压的负电压巡检结果。

S3033：若实测偏差值不大于预设偏差阈值，则获取不存在负电压的负电压巡检结果。

其中，实测偏差值是指根据第一电堆电压和第二电堆电压计算确定的电压偏差的比值。预设偏差阈值是预先设置的用于评估是否存在负电压的差值阈值，例如，预设偏差阈值为设置为1％。一般来说，预设偏差阈值的设置与燃料电池电压巡检装置中的第一电压测量模块30的测量精度相关。

作为一示例，设第一电堆电压为U1，第二电堆电压为U2，预设偏差阈值为E0，实测偏差值为E1，巡检控制器50根据第一电堆电压和第二电堆电压确定的实测偏差值E1＝1-U2/U1；再将实测偏差值E1与预设偏差阈值进行比较；若实测偏差值E1大于预设偏差阈值E0，则获取存在负电压的负电压巡检结果；若实测偏差值E1不大于预设偏差阈值E0，则获取不存在负电压的负电压巡检结果。

具体地，由于第一电压测量模块30只采集正电压，在第一电压测量模块30测量到每个单体燃料电池11对应的电池实测电压之后，需判断电池实测电压是否为负电压，若电池实测电压不为负电压，即电池实测电压大于或等于0，则将电池实测电压确定为单体燃料电池11对应的单体电池电压；若电池实测电压为负电压，即电池实测电压小于0，则将单体燃料电池11的单体电池电压解析为0。

作为一示例，若燃料电池电堆10中N个单体燃料电池11的单体电池电压均为正电压时，即不存在负电压时，也即不存在被解析为0的单体电池电压时，使得第一电堆电压U1和第二电堆电压U2基本相等，此时，E1＝1-U2/U1≤E0，可获取不存在负电压的负电压巡检结果。

作为另一示例，若燃料电池电堆10中N个单体燃料电池11的单体电池电压存在负电压，即存在被解析为0的单体电池电压时，此时，N个单体燃料电池11叠加所获取的第一电堆电压U1大于分压电路20测量形成的第二电堆电压U2，使得第一电堆电压U1和第二电堆电压U2的值存在较大偏差，此时，E1＝1-U2/U1>E0，可获取存在负电压的负电压巡检结果。例如，若三个单体燃料电池11的单体电池电压如下，V_1＝2V，V_2＝-1V和V_3＝3V，则U1＝2+0+3＝5V，因为V_2的负电压只显示为0V，U2＝2+(-1)+3＝4V，由于U1和U2的差值较大，因此，可获取存在负电压的负电压巡检结果。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃料电池电压巡检装置，与燃料电池电堆相连，其特征在于，包括分压电路、第一电压测量模块、第二电压测量模块和巡检控制器；

所述分压电路一端与所述燃料电池电堆的正极相连，另一端与所述燃料电池电堆的负极相连；

所述第一电压测量模块与所述燃料电池电堆相连，用于测量第一电堆电压；所述燃料电池电堆包括串联的N个单体燃料电池；

所述第一电压测量模块，采用N+1根巡检信号采集线与所述燃料电池电堆相连，其中，1根所述巡检信号采集线与所述燃料电池电堆的正极和所述分压电路之间的连接节点相连，1根所述巡检信号采集线与所述燃料电池电堆的负极和所述分压电路之间的连接节点相连，N-1根所述巡检信号采集线与相邻两个所述单体燃料电池之间的连接节点相连；

所述第一电压测量模块，用于根据每一所述单体燃料电池相邻两根所述巡检信号采集线输出的电压检测信号，获取所述单体燃料电池的单体电池电压；若所述单体燃料电池的实测电压不为负电压，则将实测电压确定为所述单体燃料电池电压；若所述单体燃料电池的实测电压为负电压，则将所述单体燃料电池电压解析为0；根据N个所述单体燃料电池的单体电池电压，获取所述第一电堆电压；

所述第二电压测量模块与所述分压电路相连，用于测量第二电堆电压；

所述巡检控制器与所述第一电压测量模块和所述第二电压测量模块相连，用于对所述第一电堆电压和所述第二电堆电压进行处理，获取负电压巡检结果。

2.如权利要求1所述的燃料电池电压巡检装置，其特征在于，所述第一电压测量模块，包括ADC信号采样电路、第一测量处理器和第一通讯单元；

所述ADC信号采样电路，与所述燃料电池电堆通过N+1根所述巡检信号采集线相连，用于采集N+1个电压检测信号，根据每一所述单体燃料电池相邻两根所述巡检信号采集线输出的电压检测信号，获取所述单体燃料电池的单体电池电压；

所述第一测量处理器，与所述ADC信号采样电路相连，用于根据N个所述单体燃料电池的单体电池电压，获取所述第一电堆电压；

所述第一通讯单元，与所述第一测量处理器和所述巡检控制器相连，用于将所述第一电堆电压发送给所述巡检控制器。

3.如权利要求2所述的燃料电池电压巡检装置，其特征在于，所述第一电压测量模块还包括SPI隔离通讯单元，所述SPI隔离通讯单元与所述ADC信号采样电路和所述第一测量处理器相连，用于实现SPI隔离通讯。

4.如权利要求1所述的燃料电池电压巡检装置，其特征在于，所述分压电路包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻，所述第二分压电阻的阻值大于所述第一分压电阻的阻值；

所述第二电压测量模块，与所述第一分压电阻相连，用于检测所述第一分压电阻对应的电阻测量电压，并根据所述电阻测量电压，获取第二电堆电压。

5.如权利要求4所述的燃料电池电压巡检装置，其特征在于，所述第二电压测量模块包括电阻电压采集单元、第二测量处理器和第二通讯单元；

所述电阻电压采集单元，采用两根信号采集线与所述第一分压电阻的两端相连，用于采集所述第一分压电阻对应的电阻测量电压；

所述第二测量处理器，与所述电阻电压采集单元相连，用于根据所述电阻测量电压，计算所述第二电堆电压；

所述第二通讯单元，与所述第二测量处理器和所述巡检控制器相连，用于将所述第二电堆电压发送给所述巡检控制器。

6.如权利要求1所述的燃料电池电压巡检装置，其特征在于，所述巡检控制器，用于对所述第一电堆电压和所述第二电堆电压进行处理，获取实测偏差值；若所述实测偏差值大于预设偏差阈值，则获取存在负电压的负电压巡检结果；若所述实测偏差值不大于预设偏差阈值，则获取不存在负电压的负电压巡检结果。

7.一种燃料电池电压巡检方法，用于权利要求1-6任一项所述的燃料电池电压巡检装置中，采用分压电路与燃料电池电堆相连，形成电路回路，其特征在于，包括：

采用与所述燃料电池电堆相连的第一电压测量模块，测量第一电堆电压；

采用与所述分压电路相连的第二电压测量模块，测量第二电堆电压；

对所述第一电堆电压和所述第二电堆电压进行处理，获取负电压巡检结果；

其中，所述采用与所述燃料电池电堆相连的第一电压测量模块，测量第一电堆电压，包括：

采用与所述燃料电池电堆相连的第一电压测量模块，测量所述燃料电池电堆中N个单体燃料电池对应的单体电池电压，若所述单体燃料电池的实测电压不为负电压，则将实测电压确定为所述单体燃料电池电压；若所述单体燃料电池的实测电压为负电压，则将所述单体燃料电池电压解析为0；

根据N个所述单体燃料电池的单体电池电压，获取所述第一电堆电压。

8.如权利要求7所述的燃料电池电压巡检方法，其特征在于，所述分压电路包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻，所述第二分压电阻的阻值大于所述第一分压电阻的阻值；

所述采用与所述分压电路相连的第二电压测量模块，测量第二电堆电压，包括：

采用与所述分压电路相连的第二电压测量模块，测量所述第一分压电阻对应的电阻测量电压，根据所述电阻测量电压，计算所述第二电堆电压。

9.如权利要求7所述的燃料电池电压巡检方法，其特征在于，所述对所述第一电堆电压和所述第二电堆电压进行处理，获取负电压巡检结果，包括：

对所述第一电堆电压和所述第二电堆电压进行处理，获取实测偏差值；

若所述实测偏差值大于预设偏差阈值，则获取存在负电压的负电压巡检结果；

若所述实测偏差值不大于预设偏差阈值，则获取不存在负电压的负电压巡检结果。