横河电机在燃料电池中的应用

概要:
燃料电池产业现在正在经历初期技术商品化阶段。研究开发和设计，计装和性能测试正在成为这方面发展的主流。从各种电池用化学物质的研究到电池组和电池模块的设计评价，对于系统的多产品测试，燃料电池测试技术面对极大的挑战。我们的系列文章将向您阐述典型的燃料电池测试手法和顺序。


第一章电池电压监视 (CVM)

应用:
因为每个电池只输出0.8-1.5VDC，为了输出足够的电力。燃料电池组一般由约一百个单片电池组成，在一些特殊的场合，特别是汽车应用，电池组会由六百个单片电池构成。CVM系统通过测试电池组结构中每个单片电池的电压可以检测出有问题的电池；解析现场或带负荷长时间运行时的电池性能。 检测电池电压时使用差动输入。虽然单片电池的电压不高，可是差动输入端子对测试仪表地端会产生几百伏的电压。这种电压被称为共模电压(common mode voltage)。多数数据采集仪器 (DAQ) 没有绝缘，输入电压限制范围一般是5伏或10伏。另外，非绝缘仪器经常容易受接地环路(ground loops)的影响。为了克服燃料电池CVM系统中高共模电压的问题，要求高电压绝缘(high voltage isolation)。 虽然可以使用外部信号变换器或缓存，为了在减小体积和间低成本的同时保证较高的信号分辨率和精度，现在许多的DAQ系统内置缓存。


解决方案:
MX100 DAQMaster可以提供最高水准的通道对地，模块间和通道间隔离。另外，它的模块化结构和标准软件使MX100很容易实现几百上千伏电池电压的监视。


同时实现高电压绝缘和多通道的DAQ系统的设计是一个难题，因为大多数数据采集仪器模块使用单一A-D 转换器与前端倍增或扫描组合。高共模电压信号在经过绝缘变压器(isolation transformer)和A-D转换器实现绝缘和离散化之前一定要通过切换继电器。 MX100使用横河专有技术的固态继电器(solid state relay-SSR)，可以保证1500VDC负荷电压下的连续正常工作。此外， MX100内部的绝缘变压器和积分式A-D 转换器也是横河的专利技术。其他使用电磁式继电器提供绝缘的  DAQ系统，会产生切换时间，切换稳定性，和日常维护的问题。


最后，MX100 DAQMaster 提供高性能的绝缘和4通道的同期采样(simultaneously sampled)，因为4通道模块每个通道的硬件采用互相独立的硬件构成。


待续……