一种用于燃料电池的正负电压采样系统的制作方法

1.本发明涉及燃料电池电压采样系统，具体涉及一种用于燃料电池的正负电压采样系统。


背景技术：

2.燃料电池正常工作时需要对燃料电池单体电压进行监测，由于燃料电池存在反极现象，工作异常时会出现单体输出负电压的情况，需要对可能存在的负电压进行检测，及时保护燃料电池系统。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种用于燃料电池的正负电压采样系统，可能出现负电压的特殊性限制了常用电池电压采样芯片应用，采用常规采样电路难以实现正负电压的直接采样。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于燃料电池的正负电压采样系统，包含通道选择电路、通道控制电路、负电压检测电路、电压转换电路、采样电路、单片机、多个燃料电池；
5.其中，多个燃料电池均与通道选择电路连接，通道选择电路分别与通道控制电路的输入端、负压检测电路的输入端、电压转换电路的输入端连接，通道控制电路的输出端与单片机连接；
6.其中，负压检测电路的输出端与所述单片机连接，所述采样电路的输入端与所述电压转换电路的输出端连接，对电压转换电路的输出电压进行采样并与单片机连接。
7.进一步地，所述单片机通过通道选择电路控制多个燃料电池中的一个导通，并对负压检测电路检测到的该导通的燃料电池两端的输出电压进行采集，若输出电压为负压，则由单片机控制所述电压转换电路将负压转换为正并输出至所述采样电路进行采样，所述采样电路将采样结果传输至单片机完成采样操作。
8.优选地，所述燃料电池的数量为n，n个燃料电池通过串联连接，其中n为正整数。
9.优选地，所述通道选择电路包含n 1个第一光耦继电器；每个所述燃料电池的正极均通过一个所述第一光耦继电器的开关部件连接至第一电路节点；每个燃料电池的负极均通过另一个所述第一光耦继电器的开关部件连接至第二电路节点，其中相邻两个燃料电池的不同电极与同一个所述光耦继电器的开关部件连接。
10.进一步地，所述第一电路节点、第二电路节点与所述负压检测电路以及所述电压转换电路连接；所述负压检测电路检测第一电路节点与第二电路节点之间的输出电压并将检测结果传递至单片机；
11.当所述单片机判断得到负压检测电路的输出电压为负压时，控制电压转换电路将该负压转换为正压并输出；当所述单片机判断得到负压检测电路的输出电压为正压时，控制电压转换电路不进行转换，直接输出正压。
12.进一步地，所述通道控制电路包含第一译码器和第二译码器，其中第一译码器与控制各个燃料电池正极的第一光耦继电器的发光二极管连接，第二译码器与控制燃料电池负极的各个第一光耦继电器的发光二极管连接，根据单片机指令分别控制与每个燃料电池正负极连接的两个第一光耦继电器同时导通与关断。
13.进一步地，所述单片机通过第一译码器和第二译码器，每次均只控制通道选择电路中的两个相邻第一光耦继电器同时导通，且同时控制其余第一光耦继电器同时关断，以对与该两个导通的第一光耦继电器连接的燃料电池的两端输出电压的采集。
14.进一步地，所述电压转换电路包含四个第二光耦继电器组成的h全桥电路；所述h全桥电路由两个并联桥臂组成，每个桥臂由两个所述第二光耦继电器的开关部件串联连接组成，两个桥臂的第一端均与所述第一电路节点连接，第二端均与所述第二电路节点连接，且每个桥臂上的两个所述第二光耦继电器开关部件之间的节点与所述采样电路连接；四个第二光耦继电器的发光二极管与所述单片机连接，由单片机控制每个第二光耦继电器的导通与关断。
15.本发明提供的用于燃料电池的正负电压采样系统，满足了燃料电池单体正负电压采样需求。
附图说明
16.图1为本发明用于燃料电池的正负电压采样系统的结构图。
具体实施方式
17.以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种用于燃料电池的正负电压采样系统作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
18.如图1所述，为本发明提供一种用于燃料电池的正负电压采样系统，包含通道选择电路1、通道控制电路2、负电压检测电路3、电压转换电路4、采样电路5、单片机6、多个燃料电池c；本实施中单片机6采用mcu(微控制单元)，又称单片微型计算机(single chip microcomputer)或者单片机。
19.其中，多个燃料电池c的输入端均与通道选择电路1连接，通道选择电路1的输出端与通道控制电路2的输入端连接；通道控制电路2的输出端与单片机6连接，所述通道选择电路1的输出端还与负压检测电路3的输入端、电压转换电路4的输入端连接；
20.进一步，多个燃料电池c依次通过串联连接；所述通道选择电路1包含多个第一光耦继电器q，每个燃料电池c的两端分别对应连接两个第一光耦继电器q，每个第一光耦继电器q的开关部件与通道控制电路2连接，每个第一光耦继电器q的开关部件分别与负压检测电路3、电压转换电路4连接。
21.其中，负压检测电路4的输出端与所示单片机6连接，所述电压转换电路4通过采样电路5与单片机6连接；所述单片机6还与电压转换电路4直接连接；
22.所述单片机6通过通道控制电路2控制所述通道选择电路1的各个第一光耦继电器q的导通与关断，从而控制多个所述燃料电池c两端的电压的输出，所述负压检测电路3对所述燃料电池c两端的输出电压进行检测，并将检测结果发送至所述单片机6，单片机6根据检测结果进行判断并控制所述电压转换电路4输出正向电压，采样电路5对电压转换电路4输出的正向电压进行采集并输出至单片机6，完成闭环采样和正压输出。
23.所述燃料电池c的数量为n，则通道选择电路1包含n 1个第一光耦继电器q，其中n为正整数；每个所述燃料电池c的正极均通过一个所述第一光耦继电器q的开关部件连接至第一电路节点10；每个燃料电池c的负极均通过另一个所述第一光耦继电器q的开关部件连接至第二电路节点11，其中相邻两个燃料电池c的不同电极之间串联连接，且与同一个所述光耦继电器q的开关部件连接，所述第一电路节点10、第二电路节点11分别与所述负压检测电路3以及所述电压转换电路4连接；所述负压检测电路3检测第一电路节点10与第二电路节点11之间的电压正负值并将检测结果传递至单片机6，若检测到负压则单片机6通过控制电压转换电路4对负压转换成正压输出。
24.为了更形象描述燃料电池c与第一光耦继电器q的连接关系，对燃料电池c进行编号分别为c1至cn，对第一光耦继电器q进行编号为q1至qn 1，其中燃料电池c1的负极与第一光耦继电器q1连接，燃料电池c2的负极与第一光耦继电器q2连接，依次类推至燃料电池cn的负极与第一光耦继电器qn连接；燃料电池c1的正极与第一光耦继电器q2连接，燃料电池c2的正极与第三光耦继电器q3连接，依次类推至燃料电池cn的正极与第一光耦继电器qn 1连接；相邻两个编号为c1和c2的燃料电池c的不同电极共同连接在第一光耦继电器q2上，依次类推编号为cn
‑
1和cn的燃料电池c的不同电极共同连接在第一光耦继电器qn上。
25.所述通道控制电路2包含第一译码器d1和第二译码器d2，其中第一译码器d1与控制各个燃料电池c正极的各个第一光耦继电器q的发光二极管连接，第二译码器d2与控制各个燃料电池c负极的各个第一光耦继电器q的发光二极管连接，第一译码器d1和第二译码器d2根据单片机6的指令分别控制与每个燃料电池c正、负极连接的两个第一光耦继电器q同时导通与关断。根据上述的编号规则，对第一光耦继电器q根据编号进行奇数组和偶数组区分，其中奇数组连接第一译码器d1，偶数组连接第二译码器d2，每次控制奇数组和偶数组中分别只有1个第一光耦继电器q导通，且导通的两个第一光耦继电器q编号相邻，用于控制一个燃料电池c，例如控制奇数组中第一光耦继电器q1和偶数组中第一光耦继电器q2导通，则对燃料电池c1的输出电压进行采样输出，又例如控制奇数组中第一光耦继电器q3和偶数组中第一光耦继电器q2导通，则对燃料电池c2的输出电压进行采样输出。
26.具体对每个燃料电池c的输出电压的采样过程包含以下内容，由负压检测电路3检测每个燃料电池c的输出电压，根据负压检测电路3的检测结果反馈至单片机6，由单片机6控制电压转换电路4对输出的负电压进行转换并输出正电压(如输出的是正电压，则单片机6控制电压转换电路4不进行转换，直接由电压转换电路4输出)。其中，所述电压转换电路4包含由四个第二光耦继电器k组成的h全桥电路；所述h全桥电路由两个并联桥臂组成，每个桥臂由两个所述第二光耦继电器k的开关部件串联连接组成，两个桥臂的第一端均与上述第一电路节点10连接，第二端均与上述第二电路节点连接11，其中第一电路节点10和第二
电路节点11根据不同的第一光耦电阻q的导通与关断分别代表不同燃料电池c两极的输出电压。具体地，每个上述桥臂上的两个所述第二光耦继电器k的开关部件之间的节点与所述采样电路5连接，采样电路5对电压转换电路4的输出电压进行采样并传输至单片机6，完成电压采样。根据单片机6的指令可选择性的导通各个燃料电池c两极的第一光耦继电器q从而对各个燃料电池c的输出电压进行采样。
27.为保证采样电路5采样到正电压值，单片机6根据负压检测电路3的检测结果，分别控制四个第二光耦继电器k的发光二极管，由单片机6控制每个第二光耦继电器k的导通与关断。
28.具体地，四个所述第二光耦继电器k分别为：光耦继电器k1、光耦继电器k2、光耦继电器k3、光耦继电器k4；其中光耦继电器k1与光耦继电器k3串联连接组成其中一桥臂，光耦继电器k2与光耦继电器k4串联连接组成另一桥臂，两个所述桥臂并联，光耦继电器k1与光耦继电器k2之间的节点与所述第一电路节点10连接，光耦继电器k3与光耦继电器k4之间的节点与所述第二电路节点11连接；若负压检测电路3检测到负压，则单片机6控制不同桥臂对角上的光耦继电器k2以及光耦继电器k3导通，若负压检测电路3检测到正压，则单片机6控制不同桥臂对角上的光耦继电器k1以及光耦继电器k4导通，当需要采样某个燃料电池cm的电压时，m为1至n之间的任一整数且包含1和n。单片机6通过控制相应的第一光耦继电器qm 1和第一光耦继电器qm导通，即可通过负压检测电路3对待测燃料电池cm两端电压进行负压检测，并将检测结果输出至单片机6判断，单片机6根据检测结果控制电压转换电路4控制其输出正压，并用采样电路5进行采样。
29.本发明提供的用于燃料电池的正负电压采样系统，满足了燃料电池单体正负电压采样需求。且本系统结构简单、装置可靠。
30.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。