专利名称：燃料电池的单池电压测量方法
技术领域：
本发明涉及电压测量技术，具体地说是一种燃料电池的单池电压测量方法。
在现有技术中，燃料电池的电压测量方法有多种1．采用步进器测量；2．采用继电器测量；3．采用隔离放大器测量，其工作原理均是通过采样电路和接地监测电路，将获得的被测电池信号经模数转换电路送给自动检测仪，由自动检测仪对被测量值进行巡回检测，其不足之处在于只可巡检，不能同时检测；不能很好解决对多个串接单池的传输测量和共地、并行输出问题；被测电池信号需经模数转换，电路间有干扰；电路复杂。
为了解决上述不足，本发明提供一种能对多个串接单池的传输测量和共地并行输出、抗干扰、既可巡检又可全检、电路简单的燃料电池的单池电压测量方法。
本发明的技术方案是将多个串接单池分组，各单池两端与差动线性隔离放大器相连，各组单独供电，彼此非共地联接，其输出为隔离、并行共地式；其中，所述差动线性隔离放大器由两级放大器、电容C和电阻R1～R7组成，其中第一级放大器为差动放大器F1，其输入端分别经电阻R1、R2与一个单池相接，电阻R4一端接地，另一端接至差动放大器F1的同相端VP点，电阻R3接在差动放大器F1异相端Vs点与输出端Eo点之间；第二级放大器为线性隔离放大器，由负反馈放大器F2和隔离器F3组成，负反馈放大器F2的同相端VI点，经过电阻R5接收来自差动放大器F1的输出信号，其异相端VA点经电阻R6接地，并经电容C接其输出端，隔离器F3由光电耦合器VO1、VO2组成，其两个光电耦合器VO1、VO2的初级串接于地和负反馈放大器F2输出端之间，光电耦合器VO1次级串接于电源与负反馈放大器F2异相端，光电耦合器VO2次级一端接至独立电源，另一端作为输出端，经电阻R7共地；每组差动线性隔离放大器的个数与每组单池个数相应，电路输入端不共地，输出端共地，每组单池个数为2～24个，每组中每个单池之间串接。
本发明具有如下优点1．本发明将多个串接燃料电池单池的测量问题转化成几组单池的测量问题，各组由不共地的独立电源系统供电。
2．本发明采用差动线性隔离放大器法测量串接单池电压，不需模数变换，而是直接将所有的被测量隔离后共地并行输出。
3．本发明稳定可靠，线性度好，元件少，隔离性好，电路间无干扰。
4．本发明电路简单，能节省许多独立电源或接地监测电路。
5．本发明所有的输出都是并行给出的，所以输出即可巡检，也可同时全检，速度快。
图1为差动线性隔离放大器电路原理图。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，将多个串接单池分组，各单池两端与差动线性隔离放大器相连，各组单独供电，彼此非共地联接，其输出为隔离、并行共地式其中，所述差动线性隔离放大器由两级放大器、电容C和电阻R1～R7组成，其中第一级放大器为差动放大器F1，其输入端分别经电阻R1、R2与一个单池相接，电阻R4一端接地，另一端接至差动放大器F1的同相端Vp点，电阻R3接在差动放大器F1异相端Vs点与输出端Eo点之间；第二级放大器为线性隔离放大器，由负反馈放大器F2和隔离器F3组成，负反馈放大器F2的同相端VI点，经过电阻R5接收来自差动放大器F1的输出信号，其异相端VA点经电阻R6接地，并经电容C接其输出端，隔离器Fs由光电耦合器VO1、VO2组成，其两个光电耦合器VO1、VO2的初级串接于地和负反馈放大器F2输出端之间，光电耦合器VO1次级串接于电源与负反馈放大器F2异相端，光电耦合器VO2次级一端接至独立电源，另一端作为输出端，经电阻R7共地；每组差动线性隔离放大器的个数与每组单池个数相应，电路输入端不共地，输出端共地，每组单池个数为2～24个，每组中每个单池之间串接。
由差动放大器F1可排出关系式(V2-V∑)/R1=(VΣ-Eo)/R2(1)V∑=VP=R4V1/(R3+R4)(2)从(1)式可得Eo=(R1+R2)V∑/R1-R2V2/R1(3)将(2)式代入(3)式得Eo=R4(R1+R2)V1/(R1(R3+R4))-R2V2/R1(4)如果令R1=R3，R2=R4，R2=R1，则Eo=V1-V2=E1
Eo送到线性隔离放大器的反馈放大器F2的同相端。
光电耦合器VO1和VO2的初级串接，公用同一个激励电流I1，光电耦合器VO1和电阻R6模仿输出形式，组成负反馈电路。
设光电耦合器VO1和VO2的电流非线性传输函数分别为g1(I1)和g2(I1)，而I2=g1(I1)----------(5)I3=g2(I1)----------(6)负反馈放大器F2是单电源运算放大器，根据理想运算放大器的概念，有下列关系Eo=UI=UA=I2R6Uo=I3R7则所述负反馈放大器F2电压增益为G=Uo/Eo=Uo/E1=I3R7/I2R6将(5)(6)式代入上式得G=R7g2(I1)/(R6g1(I1))=Kg2(I1)/g1(I1)本发明所述光电耦合器VO1和VO2是同一封存装的非达林顿双光电耦合器，那么可以认为它们的传输函数的温度特性和电流非线性是完全一致的，即g1(I1)=g2(I1)，则G=K。常数K即为该隔离放大器的电压传输比，利用两个光电耦合器VO1、VO2的电流传输函数的对称性，一个作输出，一个作反馈，可以巧妙的补偿它们的非线性，又由于电路的输入输出之间仅有光的耦合，而没有电的联系，所以能够很好地隔断共模干扰，这就较好地解决了多个串接单池的传输测量和共地并行输出的问题。
实施例1将18个串接单池分为3组，每组6个单池，采用3组差动线性隔离放大器，每组6个差动线性隔离放大器，其输入端通过电阻R1、R2分别与一组串接的6个单池两端相接，在每个差动线性隔离放大器输出处Vo点测输出值。输入和输出值及差值见表1。
实施例2将16个串接单池电压分为2组，每组8个单池，采用2组差动线性隔离放大器，每组8个差动线性隔离放大器，其输入端通过电阻R1、R2分别与一组串接的8个单池两端相接，在每个差动线性隔离放大器输出处Vo点测输出值。输入和输出值及差值见表2。
表1 18个单池电压输入、输出值及差值 表2 16个单池电压输入、输出值及差值
实施例3将30个串接单池电压分为3组，第一组10个单池，第二组8个单池，第三组12个单池，采用3组差动线性隔离放大器，其输入端通过电阻R1、R2分别与三组串接单池相接，在每个差动线性隔离放大器输出处Vo点测输出值。输入和输出值及差值见表3。
表3 30个单池电压输入、输出值及差值
权利要求
1．一种燃料电池的单池电压测量方法，其特征在于将多个串接单池分组，各单池两端与差动线性隔离放大器相连，各组单独供电，彼此非共地联接，其输出为隔离、并行共地式；其中，所述差动线性隔离放大器由两级放大器、电容C和电阻R1～R7组成，其中第一级放大器为差动放大器F1，其输入端分别经电阻R1、R2与一个单池相接，电阻R4一端接地，另一端接至差动放大器F1的同相端Vp点，电阻R3接在差动放大器F1异相端Vs点与输出端Eo点之间；第二级放大器为线性隔离放大器，由负反馈放大器F2和隔离器F3组成，负反馈放大器F2的同相端VI点经过电阻R5接收来自差动放大器F1的输出信号，其异相端VA点经电阻R6接地，并经电容C接其输出端，隔离器F3由光电耦合器VO1、VO2组成，其两个光电耦合器VO1、VO2的初级串接于地和负反馈放大器F2输出端之间，光电耦合器VO1次级串接于电源与负反馈放大器F2异相端，光电耦合器VO2次级一端接至独立电源，另一端作为输出端，经电阻R7共地。
2．按照权利要求1所述燃料电池的单池电压测量方法，其特征在于每组差动线性隔离放大器的个数与每组单池个数相应，电路输入端不共地，输出端共地，每组单池个数为2～24个，每组中每个单池之间串接。
全文摘要
本发明涉及一种燃料电池的单池电压测量方法。将多个串接单池分组,各单池两端与差动线性隔离放大器相连,各组单独供电,彼此非共地联接,其输出为隔离、并行共地式;其中,差动线性隔离放大器由两级放大器、电容C和电阻R1～R7组成,其第一级放大器为差动放大器F
文档编号G01R31/36GK1289052SQ99120198
公开日2001年3月28日 申请日期1999年9月22日 优先权日1999年9月22日
发明者刘云波, 张德禄, 韩明, 张恩浚, 衣宝廉 申请人:中国科学院大连化学物理研究所