本发明专利技术公开了一种多片燃料电池电压采集装置、方法及电压巡检仪，装置包括多组互相电气隔离的前级采集单元、FPGA和MCU，每个前级采集单元分别采集一组燃料电池串，前级采集单元通过N+1个节点采集端连接燃料电池串的N+1个连续节点，形成N个单片电池的采集通道，FPGA通过控制双路差分模拟开关依次选择相邻的成对节点，获得N个通道的采集电压，然后通过仪表放大器去除采集电压中的共模电压，获得实际的差模电压作为对应通道连接的单节电池电压。本申请通过降低共模电压，可以提高采集精度，通过多组前级采集单元和FPGA可以实现可以并行采样和大规模多通道的采样，提高了采样速度和采样效率。样效率。样效率。
【技术实现步骤摘要】
多片燃料电池电压采集装置、方法及电压巡检仪
[0001]本专利技术涉及燃料电池电压采集领域，特别涉及一种多片燃料电池电压采集装置、方法及电压巡检仪。
技术介绍
[0002]燃料电池反应堆是由多片电池串联而成，在运行中需要实时监控燃料电池电堆中每个单片电池的电压值，通过监控单片电池的电压来实时反馈燃料电池的反应状态，保障燃料电池的安全。
[0003]由于燃料电池电堆都是由很多节单体电池串联而成，导致共模电压非常高，受限于采集单元器件限制，电压采集时无法同时采集太多通道，必须减少单台采集通道数量减少，通过多台机器并机实现多通道的采集，这样整机的通道密度必然减低。同样由于高共模电压特性，常规的采集电路由于共模电压的影响，采集精度不高。部分采集方案采用光耦隔离的方式，虽然可以隔离共模电压，但是光耦普遍存在线性度问题，只能保证一段区间精度较好，全采集量程范围内的精度同样不高。并且上述采集方案采用的都是轮询采样方式，先采集一个通道，延时，然后采集下一个通道，这种串行的采集方式同一时间只能采样一个通道，采集效率低。由于串联共模电压高，为了采集更多通道，只能把单个通道的电压采集范围缩小，导致电压采集范围窄，采集范围变窄会导致能适用的燃料电池型号减少，变相提高了成本。
[0004]综上，目前市面上的燃料电池电压采集方式都存在单机通道数有限、采集精度不够的问题，并且随着采样频率提高，精度会一定程度降低，难以适配高精度的测试要求，此外还存在电压采集范围窄、采集效率低的问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种多片燃料电池电压采集装置、方法及电压巡检仪，能够实现燃料电池的多通道、高精度、宽范围和高效率的电压采集。
[0006]根据本专利技术第一方面实施例的多片燃料电池电压采集装置，包括：多组互相电气隔离的前级采集单元，所述前级采集单元包括双路差分模拟开关、仪表放大器和A/D转换器，双路差分模拟开关的输入端设置有N+1个节点采集端，N+1个节点采集端分别连接燃料电池串的N+1个连续节点，所述N+1个节点采集端分别连接双路差分模拟开关的一个输入端，前级采集单元中N+1个节点采集端的中点作为参考地，所述双路差分模拟开关的输出端连接所述仪表放大器的输入端，所述仪表放大器的输出端连接所述A/D转换器的输入端，所述A/D转换器的输出端连接所述前级采集单元的输出端；FPGA，多组所述前级采集单元的输出端分别连接FPGA的一个输入端，所述FPGA分别连接多组前级采集单元中所述双路差分模拟开关的控制端以用于同时控制每个双路差分模拟开关依次选择相邻的成对节点以形成N个通道的采集电压；MCU，所述FPGA连接所述MCU以用于反馈多个通道的电池电压数据。
[0007]根据本专利技术第一方面实施例的多片燃料电池电压采集装置，至少具有如下有益效果：
[0008]本专利技术实施方式采用分组的方式设置多个前级采集单元，前级采集单元之间电气隔离，每个前级采集单元分别采集一组燃料电池串，分解了由于串联引入的高共模电压，前级采集单元通过N+1个节点采集端连接燃料电池串的N+1个连续节点，形成N个单片电池的采集通道，FPGA通过控制双路差分模拟开关依次选择相邻的成对节点，获得N个通道的采集电压，然后通过仪表放大器去除采集电压中的共模电压，获得实际的差模电压作为对应通道连接的单节电池电压，前级采集单元内部采用轮询采样方式采集一组燃料电池的单个电池电压，采用轮询的方式可以降低电路复杂度，减少电路冗余，提供了通道密度，仪表放大器输出的单片电池电压通过A/D转换后输入FPGA，FPGA利用并行逻辑控制功能同时控制多个前级采集单元进行电压采集，再将多个通道的电池电压数据反馈给MCU，能够实现多通道的电压采集。
[0009]本申请中将前级采集单元中N+1个节点采集端的中点作为参考地，把整组电池串的共模电压一分为二,提高了采集电压范围，并且降低了共模电压，提高了采样精度，此外还通过仪表放大器去除共模电压，提高了共模抑制能力，也降低了共模干扰，进一步提高了整体的采集精度，另外由于前级采集单元之间为电气隔离，每个前级采集单元可以独立工作，互不影响，通过FPGA控制前级采集单元的电压采集，利用FGPA的并行控制能力，每个前级采集单元可以并行采样，大大提高了采样速度。并且本申请的电路中中无发热器件，电路简洁，在资源足够的情况下前级采集单元可以一直叠加，采集精度及总采集时间不会发生变化，能实现极高的单机密度。
[0010]根据本专利技术的一些实施例，所述FPGA通过FSMC总线连接所述MCU。
[0011]根据本专利技术的一些实施例，所述前级采集单元还包括数字隔离器，所述A/D转换器的输出端连接所述数字隔离器的输入端，所述数字隔离器的输出端作为所述前级采集单元的输出端。
[0012]根据本专利技术的一些实施例，还包括通信模块，所述MCU连接所述通信模块以用于连接上位机。
[0013]根据本专利技术的一些实施例，所述前级采集单元包括11个节点采集端以用于形成10个通道的电池采集数据。
[0014]所述前级采集单元还包括电源模块，每个所述前级采集单元由独立的电源模块供电。
[0015]根据本专利技术第二方面实施例的多片燃料电池电压采集方法，包括以下步骤：
[0016]FPGA控制双路差分模拟开关依次选择相邻的成对节点，获得N个通道的采集电压；
[0017]仪表放大器去除采集电压中的共模电压，获得实际的差模电压作为对应通道连接的单节电池电压；
[0018]A/D转换器将电池电压转换为数字信号的电池电压数据输入至FPGA，FPGA并行采集多组前级采集单元的电池电压数据。
[0019]根据本专利技术第二方面实施例的多片燃料电池电压采集方法，至少具有如下有益效果：
[0020]本专利技术实施方式采用分组的方式设置多个前级采集单元，前级采集单元之间电气
隔离，每个前级采集单元分别采集一组燃料电池串，分解了由于串联引入的高共模电压，前级采集单元通过N+1个节点采集端连接燃料电池串的N+1个连续节点，形成N个单片电池的采集通道，FPGA通过控制双路差分模拟开关依次选择相邻的成对节点，获得N个通道的采集电压，然后通过仪表放大器去除采集电压中的共模电压，获得实际的差模电压作为对应通道连接的单节电池电压，前级采集单元内部采用轮询采样方式采集一组燃料电池的单个电池电压，采用轮询的方式可以降低电路复杂度，减少电路冗余，提供了通道密度，仪表放大器输出的单片电池电压通过A/D转换后输入FPGA，FPGA利用并行逻辑控制功能同时控制多个前级采集单元进行电压采集，再将多个通道的电池电压数据反馈给MCU，能够实现多通道的电压采集。
[0021]本申请中将前级采集单元中N+1个节点采集端的中点作为参考地，把整组电池串的共模电压一分为二,提高了采集电压范围，并且降低了共模电压，提高了采样精度，此外还通过仪表放大器去除共模电压，提高了共模抑制能力，也降低了共模干扰，进一步提高了整体的采集精度，另外本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多片燃料电池电压采集装置，其特征在于，包括：多组互相电气隔离的前级采集单元，所述前级采集单元包括双路差分模拟开关、仪表放大器和A/D转换器，双路差分模拟开关的输入端设置有N+1个节点采集端，N+1个节点采集端分别连接燃料电池串的N+1个连续节点，所述N+1个节点采集端分别连接双路差分模拟开关的一个输入端，前级采集单元中N+1个节点采集端的中点作为参考地，所述双路差分模拟开关的输出端连接所述仪表放大器的输入端，所述仪表放大器的输出端连接所述A/D转换器的输入端，所述A/D转换器的输出端连接所述前级采集单元的输出端；FPGA，多组所述前级采集单元的输出端分别连接FPGA的一个输入端，所述FPGA分别连接多组前级采集单元中所述双路差分模拟开关的控制端以用于同时控制每个双路差分模拟开关依次选择相邻的成对节点以形成N个通道的采集电压；MCU，所述FPGA连接所述MCU以用于反馈多个通道的电池电压数据。2.根据权利要求1所述的多片燃料电池电压采集装置，其特征在于，所述FPGA通过FSMC总线连接所述MCU。3.根据权利要求1所述的多片燃料电池电压采集装置，其特征在于，所述前级采集单元还包括数字隔离器，所述A/D转换器的输出端连接所述数字隔离器的输入端，所述数字隔离器的输出端作...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴宏，杨细芳，
申请(专利权)人：湖南恩智测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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