一种基于双层CAN网络的燃料电池堆单片电压巡检系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于双层CAN网络的燃料电池堆单片电压巡检系统，包括检测单元和CAN网络控制单元；检测单元采集燃料电池堆的单片燃料电池电压数据，输出通过检测CAN子网连接CAN网络控制单元，CAN网络控制单元通过RS232串口与上位机建立通信连接，CAN网络控制单元还通过光纤接入车载光纤CAN主网，经由车载光纤CAN主网与行车电脑进行数据交换。本发明专利技术采用分布式巡检方式较好地实现了对燃料电池堆单片电池电压的实时高精度检测，能实时显示存储电池电压数据，并将各单片电池电压传给行车电脑根据电池电压数据的异常情况采取有效措施，维护燃料电池堆的运行安全，也可将各单片电池典雅数据上传给上位机。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双层CAN网络的燃料电池堆单片电压巡检系统
本专利技术涉及燃料电池电动汽车电池
，特别涉及一种基于双层CAN网络的燃料电池堆单片电压巡检系统。
技术介绍
新能源汽车是指使用非常规车用燃料(或使用常规车用燃料但装载新型动力装置)，具有新技术、新结构和先进技术原理的汽车。其中纯电动汽车(BEV)、混合动力电动汽车(HEV)和燃料电池电动汽车(FCEV)发展前景最为良好，也是目前国家大力推广的主要新能源车型。燃料电池电动汽车是治理汽车尾气污染和解决燃料问题最现实的途径，燃料电池技术将成为21世纪汽车工业的核心。燃料电池不是传统意义上的蓄电池的能量储存装置，它是通过燃料(氢气)和氧化物的电化学反应，将燃料的化学能直接转换为电能的高效发电装置。质子交换膜燃料电池(PEM-FC)因低噪音、零污染、无腐蚀、长寿命和占地相对较少等优点，而成为21世纪最有前途的“绿色能源”。大功率燃料电池堆通常由几百片单片燃料电池串联组成。由于电池堆中单片燃料电池的串联结构，在燃料电池堆运行过程中，单片燃料电池的异常会影响整个电池堆的性能与安全，因此需要实时监测各单片燃料电池电压，便于控制系统作出正确的决策，保障燃料电池安全可靠运行。
技术实现思路
(一)解决的技术问题为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于双层CAN网络的燃料电池堆单片电压巡检系统，采用分布式巡检方式较好地实现了对燃料电池堆单片电池电压的实时高精度检测。(二)技术方案一种基于双层CAN网络的燃料电池堆单片电压巡检系统，包括检测单元和CAN网络控制单元；所述检测单元采集燃料电池堆的单片燃料电池电压数据，输出通过检测CAN子网连接所述CAN网络控制单元，所述CAN网络控制单元通过RS232串口与上位机建立通信连接，所述CAN网络控制单元还通过光纤接入车载光纤CAN主网，经由所述车载光纤CAN主网与行车电脑进行数据交换。进一步的，所述检测单元包括信号处理电路、多路模拟选择开关、基准电压、第一控制单片机、第一拨码开关和第一CAN接口电路。进一步的，所述CAN网络控制单元包括第二CAN接口电路、第二控制单片机、第三控制单片机、第二拨码开关、MAX232电路和光纤CAN接口电路。再进一步的，所述信号处理电路包括第一～第三运算放大器、二极管和第一～第八电阻；其中所述第一～第三运算放大器选用通用运放OP07Z，所述二极管为齐纳二极管。再进一步的，所述多路模拟选择开关选用16路模拟开关CD4067。再进一步的，所述基准电压由基准稳压芯片LM336-5提供。再进一步的，所述第一控制单片机、所述第二控制单片机和所述第三控制单片机均选用高性价比微控制器PIC18F258。再进一步的，所述第一CAN接口电路和所述第二CAN接口电路均选用通用CAN隔离收发器CTM8251AT。再进一步的，所述光纤CAN接口电路包括光纤驱动器、光纤发射器和光纤接收器，其中所述光纤驱动器选用光纤LED驱动器SN75451，所述光纤发射器选用HFBR-1528，所述光纤接收器选用HFBR-2528。(三)有益效果本专利技术提供了一种基于双层CAN网络的燃料电池堆单片电压巡检系统，采用分布式巡检方式较好地实现了对燃料电池堆单片电池电压的实时高精度检测，能实时显示存储电池电压数据，并将各单片电池电压传给行车电脑根据电池电压数据的异常情况采取有效措施，维护燃料电池堆的运行安全，也可将各单片电池典雅数据上传给上位机，便于科研人员分析研究燃料电池堆的工况和性能，其结构简单，系统功耗低，响应速度快，稳定性和可靠性好，可扩展性强，能应用到多点检测和控制系统的多种场合。附图说明图1为本专利技术所涉及的一种基于双层CAN网络的燃料电池堆单片电压巡检系统的结构框图。图2为本专利技术所涉及的一种基于双层CAN网络的燃料电池堆单片电压巡检系统的检测单元结构框图。图3为本专利技术所涉及的一种基于双层CAN网络的燃料电池堆单片电压巡检系统的检测单元信号处理电路原理图。图4为本专利技术所涉及的一种基于双层CAN网络的燃料电池堆单片电压巡检系统的检测单元多路模拟选择开关电路原理图。图5为本专利技术所涉及的一种基于双层CAN网络的燃料电池堆单片电压巡检系统的CAN接口电路原理图。图6为本专利技术所涉及的一种基于双层CAN网络的燃料电池堆单片电压巡检系统的CAN网络控制单元结构框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术所涉及的实施例做进一步详细说明。如图1所示，一种基于双层CAN网络的燃料电池堆单片电压巡检系统，包括检测单元和CAN网络控制单元；检测单元采集燃料电池堆的单片燃料电池电压数据，输出通过检测CAN子网连接CAN网络控制单元，CAN网络控制单元通过RS232串口与上位机建立通信连接，CAN网络控制单元还通过光纤接入车载光纤CAN主网，经由车载光纤CAN主网与行车电脑进行数据交换。燃料电池堆通常是由几百片单片燃料电池串联组成，虽然单片燃料电池电压不高(正常工作时电压为0.5～1.2V之间)，但几百片电池串联使得单片燃料电池对地端累积电势达到数百伏的电压。常规检测芯片输入电压一般在几十伏之内，难以承受燃料电池数百伏的电压。为了解决单片燃料电池电压对地累积电势高与检测芯片耐压值之间的矛盾，系统采用分布式检测，从而使检测单元中所有芯片都能满足耐压要求。整个系统由多个检测单元和CAN网络控制单元构成，每个检测单元检测多路单片燃料电池电压，各个检测单元之间彼此独立。检测单元和CAN网络控制单元通过检测CAN子网进行通信，CAN网络控制单元通过RS232串口与上位机进行通信，检测单元采集的单片燃料电池电压数据经CAN网络控制单元上传给上位机进行实时存储显示。CAN网络控制单元通过光纤与车载光纤CAN主网交换数据，检测CAN子网和车载光纤CAN主网彼此独立，构成网络拓扑结构。如图2所示，检测单元包括信号处理电路、多路模拟选择开关、基准电压、第一控制单片机、第一拨码开关和第一CAN接口电路。检测单元和CAN网络控制单元均采用PIC18F258单片机作为控制MCU，PIC18F258单片机是一款高性价比的8位单片机，它的工作电压范围是2.0～5.5V，具有高达32KB的Flash存储器和1.5KB的SRAM及256KB的EEPROM。其采用精简指令集、哈佛总线结构和流水线取指令方式，具有实用、低价、抗干扰性能好、功耗低、速度高、体积小和功能强等特点，广泛应用于汽车电子、工业控制、低功耗测量仪表等各种仪器和控制设备中。PIC18F258内部集成了10位8通道高精度A/D转换器、3路SPI和1路I2C、1个UART和CAN总线控制器等，内部丰富的外设功能简化了外围电路设计，增强了系统的可靠性和可扩展性。单片燃料电池电压采用分组测量方法，将燃料电池堆每16片单片燃料电池分为一组，每个检测单元采集16路电压，可根据电池片的总数相应的增减检测单元的数量。各检测单元采用隔离型DC-DC供电，彼此不共地。在检测单元中，选择第N+1片的燃料电池负极为信号处理电路的共地端，燃料电池堆各个串联电池两端的电压经信号处理电路后得到差分电压，即单片燃料电池的电压放大信号。输出的差分电压信号共地，通过多路模拟选择开关输入到PIC18F258的模拟信号输入通道。多路模拟选择开关由PIC18F258的IO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双层CAN网络的燃料电池堆单片电压巡检系统，其特征在于：包括检测单元和CAN网络控制单元；所述检测单元采集燃料电池堆的单片燃料电池电压数据，输出通过检测CAN子网连接所述CAN网络控制单元，所述CAN网络控制单元通过RS232串口与上位机建立通信连接，所述CAN网络控制单元还通过光纤接入车载光纤CAN主网，经由所述车载光纤CAN主网与行车电脑进行数据交换。

【技术特征摘要】
1.一种基于双层CAN网络的燃料电池堆单片电压巡检系统，其特征在于：包括检测单元和CAN网络控制单元；所述检测单元采集燃料电池堆的单片燃料电池电压数据，输出通过检测CAN子网连接所述CAN网络控制单元，所述CAN网络控制单元通过RS232串口与上位机建立通信连接，所述CAN网络控制单元还通过光纤接入车载光纤CAN主网，经由所述车载光纤CAN主网与行车电脑进行数据交换。2.根据权利要求1所述的一种基于双层CAN网络的燃料电池堆单片电压巡检系统，其特征在于：所述检测单元包括信号处理电路、多路模拟选择开关、基准电压、第一控制单片机、第一拨码开关和第一CAN接口电路。3.根据权利要求1所述的一种基于双层CAN网络的燃料电池堆单片电压巡检系统，其特征在于：所述CAN网络控制单元包括第二CAN接口电路、第二控制单片机、第三控制单片机、第二拨码开关、MAX232电路和光纤CAN接口电路。4.根据权利要求2所述的一种基于双层CAN网络的燃料电池堆单片电压巡检系统，其特征在于：所述信号处理电路包括第一～第三运算放大器、二极管和第一～第八电阻；其中所述第一～第三运算放大器选用通...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈美金，
申请(专利权)人：湖州慧能机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33