CN212341314U - 双极板检测设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种双极板检测设备，设备包括：模拟开关电路、控制器和比较器，其中，模拟开关电路，模拟开关电路的输入端与多个双极板连接，用于按照控制器的指示从多个双极板中选择第一双极板的第一极板电压和第二极板电压作为模拟开关电路的输出；比较器，与模拟开关电路的输出端连接，用于确定第一极板电压和第二极板电压之间的第一比较值；控制器，分别与模拟开关电路和比较器连接，用于在第一比较值与目标阈值之间的差值不小于目标差值的情况下，确定第一双极板发生异常。本申请中多路模拟开关根据控制器的指示自动在多个双极板中选取第一双极板，无需更换连接线路，可以提高电压的采集效率。

Description

双极板检测设备

技术领域

本申请涉及检测技术领域，尤其涉及一种双极板检测设备。

背景技术

燃料电池的电堆由许多双极板组合而成，如果某片双极板出现故障，会影响到整个燃料电池的性能以及安全，因此，需要监测各个双极板的电压。若某个双极板的电压发生故障，需要对该故障双极板进行修理或替换。

目前是通过电压采集器(例如，光耦继电器)确定双极板的电压如果需要采集多个双极板的电压，则需要不断更换电压采集器与双极板的连接线路，方式繁琐，电压采集效率低。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种双极板检测设备，以至少解决电压采集效率低的问题。具体技术方案如下：

本申请提供了一种双极板检测设备，所述设备包括：模拟开关电路、控制器和比较器，其中，

所述模拟开关电路，所述模拟开关电路的输入端与多个双极板连接，用于按照所述控制器的指示从所述多个双极板中选择第一双极板的第一极板电压和第二极板电压作为所述模拟开关电路的输出；

所述比较器，与所述模拟开关电路的输出端连接，用于确定所述第一极板电压和所述第二极板电压之间的第一比较值；

所述控制器，分别与所述模拟开关电路和所述比较器连接，用于在所述第一比较值与目标阈值之间的差值不小于目标差值的情况下，确定所述第一双极板发生异常。

可选地，所述模拟开关电路包括两个子模拟开关电路，其中，

所述两个子模拟开关电路中的第一子模拟开关电路，所述第一子模拟开关电路的输入端与所述多个双极板连接，用于从所述多个双极板中选择所述第一双极板的所述第一极板电压作为所述第一子模拟开关电路的输出；

所述两个子模拟开关电路中的第二子模拟开关电路，所述第二子模拟开关电路的输入端与所述多个双极板连接，用于从所述多个双极板中选择所述第一双极板的所述第二极板电压作为所述第二子模拟开关电路的输出；

所述比较器，与所述第一子模拟开关电路和所述第二子模拟开关电路的输出端分别连接。

可选地，所述两个子模拟开关电路中的每个子模拟开关电路包括多个第一模拟开关和第二模拟开关，其中，

在每个所述子模拟开关电路中，所述多个第一模拟开关的输入端与所述多个双极板连接，所述多个第一模拟开关中的目标模拟开关，用于从所述多个双极板中选择所述第一双极板的极板电压作为所述目标模拟开关的输出；所述第二模拟开关，所述第二模拟开关的输入端与所述多个第一模拟开关的输出端连接，用于从所述多个第一模拟开关中选取所述目标模拟开关的输出电压进行输出；

所述比较器，与每个所述子模拟开关电路中的所述第二模拟开关的输出端连接。

可选地，所述第一模拟开关为M选一的模拟开关，所述第二模拟开关为N选一的模拟开关，其中，M、N均为大于或者等于2的正整数。

可选地，所述N选一的模拟开关的输入端与至多N个所述M选一的模拟开关的输出端连接。

可选地，所述第一模拟开关为八选一的模拟开关，所述第二模拟开关为十六选一的模拟开关。

可选地，所述第一模拟开关为十六选一的模拟开关，所述第二模拟开关为八选一的模拟开关。

可选地，所述设备还包括采样电压减法电路，所述采样电压减法电路包括所述比较器，所述采样电压减法电路的输入端与所述模拟开关电路的输出端连接，所述采样电压减法电路的输出端与所述控制器连接。

可选地，所述设备还包括模数转换电路和数字隔离电路，所述模数转换电路的输入端与所述采样电压减法电路的输出端连接，所述模数转换电路的输出端与所述数字隔离电路的输入端连接，所述数字隔离电路的输出端与所述控制器连接。

可选地，所述设备还包括显示器，所述显示器与所述控制器连接，用于显示每个所述双极板的瞬时电压。

本申请实施例有益效果：

本申请实施例提供了一种双极板检测设备，所述设备包括：模拟开关电路、控制器和比较器，所述模拟开关电路，所述模拟开关电路的输入端与多个双极板连接，所述比较器，与所述模拟开关电路的输出端连接；所述控制器，分别与所述模拟开关电路和所述比较器连接。本申请中多路模拟开关的输入端与多个双极板连接，多路模拟开关根据控制器的指示自动在多个双极板中选取第一双极板，无需更换连接线路，可以提高电压的采集效率。

当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请实施例提供的一个双极板检测设备示意图；

图2为本申请实施例提供的采样电压减法电路示意图；

图3为本申请实施例提供的另一双极板检测设备示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供一种双极板检测设备，可以应用于检测双极板是否发生故障，如图1所示，该设备包括：模拟开关电路001、控制器002和比较器003，其中，

(1)模拟开关电路001，模拟开关电路001的输入端与多个双极板连接，用于按照控制器002的指示从多个双极板中选择第一双极板的第一极板电压和第二极板电压作为模拟开关电路001的输出；

(2)比较器003，与模拟开关电路001的输出端连接，用于确定第一极板电压和第二极板电压之间的第一比较值；

(3)控制器002，分别与模拟开关电路001和比较器003连接，用于在第一比较值与目标阈值之间的差值不小于目标差值的情况下，确定第一双极板发生异常。

模拟开关电路001具有多个输入端和两个输出端，模拟开关电路001的输入端与多个双极板连接，模拟开关电路001还与控制器连接，两个输出端与比较器003的输入端连接。每个双极板可以连接到模拟开关电路001的两个输入端，模拟开关电路001的输入端的数量可以大于或者等于双极板数量的两倍。

模拟开关电路001还可以通过模数转换电路与控制器002连接，控制器002可以用于控制模拟开关电路001的特定输入端被置为高电平，模拟开关电路001可以按照控制器002的指示从多个双极板中选择第一双极板。第一双极板包括第一极板和第二极板，模拟开关电路001将第一极板的第一极板电压和第二极板的第二极板电压作为模拟开关电路001的输出。在本申请实施例中，模数转换电路可以是AD(Analog to Digital)采样芯片，控制器002是下位机，示例性的，为MCU(微控制单元，Microcontroller Unit)。

比较器003，与模拟开关电路001的两个输出端连接，用于确定第一极板电压和第二极板电压之间的第一比较值，第一比较值可以为电压差值，也可以为电压商值，本实用新型实施例中对此不做具体限制。

控制器002还与比较器003的输出端连接，用于在第一比较值与目标阈值之间的差值不小于目标差值的情况下，即，第一比较值超出目标阈值范围的情况下，确定第一双极板发生异常。

本申请采用模拟开关电路可以在短时间内测量多个双极板，相对于光耦继电器来说，无需多次连接线路，提高效率，可复现率高；只需一组模拟开关电路可以测量多个双极板，结构简单，降低成本；同时，模拟开关电路可以避免机械开关的抖动误差、时延长和，电压输出结果精度更高、误差较小。

其中，在本申请实施例中，示例性地，输入端为输入引脚，输出端为输出引脚，从图1中可以看出，模拟开关电路001具有128个引脚，分别为y1-y128，还具有七个用于进行高低电平变化的控制端口，分别为A、B、C、D、E、F、G。模拟开关电路001的输入引脚与128个双极板连接，即双极板b1-b128。

作为一种示例，可以采用电压差值作为第一比较值，采用采样电压减法电路确定第一极板电压和第二极板电压之间的电压差值。

作为一种可选的实施例，该设备还包括采样电压减法电路，采样电压减法电路包括控制器，采样电压减法电路的输入端与模拟开关电路的输出端连接，采样电压减法电路的输出端与控制器连接。

如图2所示，采样电压减法电路包括第一输入端L1、第二输入端L2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、二极管一D1、二极管二D2和比较器。第一输入端L1通过第二电阻R2与比较器的第一输入端连接，第二输入端L2通过第三电阻R3分别与比较器的第二输入端、第一电容C1的一端，第四电阻R4的一端和第一电阻R1的一端连接，第一电容C1的另一端和第四电阻R4的另一端均接地，比较器的输出端分别与第一电阻R1的另一端、二极管一D1的输入端、二极管二D2的输出端和模拟开关电路004的输入端连接，二极管一D1的输出端与输入电压连接，二极管二D2的输入端接地。

作为一种可选的实施例，模拟开关电路包括两个子模拟开关电路，比较器的两个输入端可以分别与第一子模拟开关电路和第二子模拟开关电路的输出端连接，其中，

两个子模拟开关电路中的第一子模拟开关电路，第一子模拟开关电路的输入端与多个双极板连接，用于从多个双极板中选择第一双极板的第一极板电压作为第一子模拟开关电路的输出；

两个子模拟开关电路中的第二子模拟开关电路，第二子模拟开关电路的输入端与多个双极板连接，用于从多个双极板中选择第一双极板的第二极板电压作为第二子模拟开关电路的输出。

模拟开关电路可以包括两个子模拟开关电路，分别为第一子模拟开关电路和第二子模拟开关电路，其中，

第一子模拟开关电路具有多个输入端和一个输出端，第一子模拟开关电路的输入端与多个双极板连接，输出端与比较器的一个输入端连接。每个双极板可以连接到第一子模拟开关电路的一个输入端，第一子模拟开关电路包含的输入端的数量可以大于或者等于双极板的数量，以便连接所有的双极板。

控制器可以用于控制将第一子模拟开关电路上与第一极板连接的输入端置为高电平，并控制第一子模拟开关电路将第一极板的第一极板电压作为输出。第一子模拟开关电路的输出端输出的电压为该第一极板电压。

第二子模拟开关电路具有多个输入端和一个输出端，第二子模拟开关电路的输入端与多个双极板连接，输出端与比较器的另一个输入端连接。每个双极板可以连接到第二子模拟开关电路的一个输入端，第二子模拟开关电路包含的输入端的数量可以大于或者等于双极板的数量，以便连接所有的双极板。

控制器可以用于控制将第二子模拟开关电路上与第二极板连接的输入端置为高电平，并控制第二子模拟开关电路将第二极板的第二极板电压作为输出。第二子模拟开关电路的输出端输出的电压为该第二极板电压。

作为一种可选的实施例，两个子模拟开关电路中的每个子模拟开关电路包括多个第一模拟开关和第二模拟开关，其中，

在每个子模拟开关电路中，多个第一模拟开关的输入端与多个双极板连接，多个第一模拟开关中的目标模拟开关，用于从多个双极板中选择第一双极板的极板电压作为目标模拟开关的输出；第二模拟开关，第二模拟开关的输入端与多个第一模拟开关的输出端连接，用于从多个第一模拟开关中选取目标模拟开关的输出电压进行输出；

比较器，与每个子模拟开关电路中的第二模拟开关的输出端连接。

在每个子模拟开关电路中，多个第一模拟开关中的每个模拟开关分别具有多个输入端和一个输出端，每个第一模拟开关的一个输入端可以用于连接一个双极板中的一个极板，输出端可以连接第二模拟开关的一个输入端。

在每个子模拟开关电路中，第二模拟开关具有多个输入端和一个输出端，第二模拟开关的多个输入端可以分别与多个第一模拟开关的输出端连接，第二模拟开关的输出端可以输出一个输入端的电压，从而输出某一双极板(比如，第一双极板)的一个极板的极板电压。

多个第一模拟开关中与第一双极板连接的模拟开关为目标模拟开关，目标模拟开关可以将第一双极板的极板电压作为输出，第二模拟开关选取目标模拟开关的输出电压进行输出。

比较器的两个输入端可以分别与两个子模拟开关电路的第二模拟开关的输出端连接，用于比较两个子模拟开关电路的第二模拟开关的输出的电压。

作为一种可选的实施例，第一模拟开关为M选一的模拟开关，第二模拟开关为N选一的模拟开关，其中，M、N均为大于或者等于2的正整数。

在本申请实施例中，第一模拟开关为M选一的模拟开关，第二模拟开关为N选一的模拟开关，由于是多选一的模拟开关，输入端的数量应当大于1，即，为大于或者等于2的正整数。

为了方便进行输入端编号，例如，采用采用二进制对第一模拟开关的输入端和第二模拟开关的输入端进行编号，M和N可以均为2的指数倍数值，例如，2^m，2ⁿ，m、n为大于等于1的正整数。

作为一种可选的实施例，N选一的模拟开关的输入端与至多N个M选一的模拟开关的输出端连接。

在本申请实施例中，由于第二模拟开关的输入端与多个第一模拟开关的输出端连接，第二模拟开关的输入端的数量大于或等于第一模拟开关的数量，因此，N选一的模拟开关的输入端与至多N个M选一的模拟开关的输出端连接。

作为一种可选的实施方式，第一模拟开关和第二模拟开关可以有多种实现方式，包括但不限于以下之一：

方式一：第一模拟开关为十六选一的模拟开关，第二模拟开关为八选一的模拟开关，八选一的模拟开关的输入端与八个十六选一的模拟开关的输出端连接。

例如，可以设定有128片双极板，16个十六选一的第一模拟开关，每个第一模拟开关具有A、B、C、D四个控制端口，2个八选一的第二模拟开关，每个第二模拟开关具有E、F、G三个控制端口。如图3所示，第1-8个十六选一的第一模拟开关和一个八选一的第二模拟开关构成第一子模拟开关电路，第9-16个十六选一的第一模拟开关和另一个八选一的第二模拟开关构成第二子模拟开关电路。第一子模拟开关电路中，每个第一模拟开关的输入端分别与双极板的其中一个极板连接，第二子模拟开关电路中，每个第一模拟开关的输入端分别与双极板的另一个极板连接。

若双极板b1为第一双极板，则多个第一模拟开关的输入端均为高电平，两个第二模拟开关的输入端均为高电平。如表一所示，表一为第一模拟开关的输入端编码表。

表一

输入端编码	输入端编号
		0000	1
0001	2
		0010	3
0011	4
		0100	5
0101	6
		0110	7
0111	8
		1000	9
1001	10
		1010	11
1011	12
		1100	13
1101	14
		1110	15
1111	16

其中，第一模拟开关的输入端编号用十进制表示，与输入端编号对应的编码采用与十进制对应的二进制表示。

如表二所示，表二为第二模拟开关的输入端编码表。

表二

输入端编码	输入端编号
		000	1
001	2
		010	3
011	4
		100	5
101	6
		110	7
111	8

其中，第二模拟开关的输入端编号用十进制表示，与输入端编号对应的编码采用与十进制对应的二进制表示。

方式二：第一模拟开关为八选一的模拟开关，第二模拟开关为十六选一的模拟开关，十六选一的模拟开关的输入端与十六个八选一的模拟开关的输出端连接。

例如，可以设定有128片双极板，32个第一模拟开关，2个第二模拟开关，其中，第一模拟开关为八选一的模拟开关，第二模拟开关为十六选一的模拟开关。第1-16个第一模拟开关和一个第二模拟开关构成第一子模拟开关电路，第17-32个第一模拟开关和另一个第二模拟开关构成第二子模拟开关电路。第一子模拟开关电路中，每个八选一的模拟开关的输入端分别与多个双极板的其中一个极板连接，十六选一的模拟开关的输入端分别连接1-16个模拟开关的输出端；第二子模拟开关电路中，每个八选一的模拟开关的输入端分别与多个双极板的另一个极板连接，十六选一的模拟开关的输入端分别连接17-32个模拟开关的输出端。

此外，第一模拟开关和第二模拟开关还可以有其他的实现方式，例如，第一模拟开关和第二模拟开关可以均为16选1模拟开关、8选1模拟开关等等，第一模拟开关和第二模拟开关的实现方式可以根据双极板的数量进行配置，在此不做赘述。

作为一种可选的实施例，设备还包括数字隔离电路，模数转换电路的输入端与采样电压减法电路的输出端连接，模数转换电路的输出端与数字隔离电路的输入端连接，数字隔离电路的输出端与控制器连接。

在本申请实施例中，模数转换电路的输入端与采样电压减法电路的输出端连接，模数转换电路的输出端与数字隔离电路的输入端连接，数字隔离电路的输出端通过采样端口与控制器连接。数字隔离电路可以消除地线回路，抑制共模噪声，具有低延迟，高速度，可靠性高的特点，可以提高电压输出的精度，减小误差。

可选地，该设备还包括显示器，显示器与控制器连接，用于显示每个双极板的瞬时电压。

可以通过串口调试或上位机将得到的每一片双极板的电压值显示出来，供开发使用。可以通过上位机控制程序定位到指定的单片双极板进行电压跟踪监测，也可以采样巡检的方式采集所有双极板的瞬时电压值。

上位机相较于下位机(MCU)而言，上位机控制程序可以实现人工手动控制或自动控制，主要实现功能是：实时显示各个极板电压值，当采样到极板组的电压异常时，通过不同颜色标示出来。可通过手动或自动处理定位到异常极板组跟踪监测，若持续存在异常，可控制下位机做出停机处理，并将监测到异常数据保存，留待测试者处理。

以上仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种双极板检测设备，其特征在于，所述设备包括：模拟开关电路、控制器和比较器，其中，

所述模拟开关电路，所述模拟开关电路的输入端与多个双极板连接，用于按照所述控制器的指示从所述多个双极板中选择第一双极板的第一极板电压和第二极板电压作为所述模拟开关电路的输出；

所述比较器，与所述模拟开关电路的输出端连接，用于确定所述第一极板电压和所述第二极板电压之间的第一比较值；

所述控制器，分别与所述模拟开关电路和所述比较器连接，用于在所述第一比较值与目标阈值之间的差值不小于目标差值的情况下，确定所述第一双极板发生异常。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述模拟开关电路包括两个子模拟开关电路，其中，

所述两个子模拟开关电路中的第一子模拟开关电路，所述第一子模拟开关电路的输入端与所述多个双极板连接，用于从所述多个双极板中选择所述第一双极板的所述第一极板电压作为所述第一子模拟开关电路的输出；

所述两个子模拟开关电路中的第二子模拟开关电路，所述第二子模拟开关电路的输入端与所述多个双极板连接，用于从所述多个双极板中选择所述第一双极板的所述第二极板电压作为所述第二子模拟开关电路的输出；

所述比较器，与所述第一子模拟开关电路和所述第二子模拟开关电路的输出端分别连接。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述两个子模拟开关电路中的每个子模拟开关电路包括多个第一模拟开关和第二模拟开关，其中，

在每个所述子模拟开关电路中，所述多个第一模拟开关的输入端与所述多个双极板连接，所述多个第一模拟开关中的目标模拟开关，用于从所述多个双极板中选择所述第一双极板的极板电压作为所述目标模拟开关的输出；所述第二模拟开关，所述第二模拟开关的输入端与所述多个第一模拟开关的输出端连接，用于从所述多个第一模拟开关中选取所述目标模拟开关的输出电压进行输出；

所述比较器，与每个所述子模拟开关电路中的所述第二模拟开关的输出端连接。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述第一模拟开关为M选一的模拟开关，所述第二模拟开关为N选一的模拟开关，其中，M、N均为大于或者等于2的正整数。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述N选一的模拟开关的输入端与至多N个所述M选一的模拟开关的输出端连接。

6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第一模拟开关为八选一的模拟开关，所述第二模拟开关为十六选一的模拟开关。

7.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第一模拟开关为十六选一的模拟开关，所述第二模拟开关为八选一的模拟开关。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：采样电压减法电路，所述采样电压减法电路包括所述比较器，所述采样电压减法电路的输入端与所述模拟开关电路的输出端连接，所述采样电压减法电路的输出端与所述控制器连接。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述设备还包括模数转换电路和数字隔离电路，所述模数转换电路的输入端与所述采样电压减法电路的输出端连接，所述模数转换电路的输出端与所述数字隔离电路的输入端连接，所述数字隔离电路的输出端与所述控制器连接。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：显示器，所述显示器与所述控制器连接，用于显示每个所述双极板的瞬时电压。

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