基于燃料電池單體電壓及其性能的監(jiān)控系統(tǒng)
閱讀：755發(fā)布時間：2008-07-21
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1 引言
燃料電池發(fā)電是繼水力、火力和核能發(fā)電之后的第四類發(fā)電技術。它是一種不經(jīng)過燃燒，直接以電化學反應方式將燃料的化學能轉變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置。從理論上講，只要連續(xù)供給燃料，燃料電池便能連續(xù)發(fā)電。由于燃料電池具有發(fā)電效率高、環(huán)境污染少等優(yōu)點，所以它一直被認為是未來的發(fā)電技術之一，并已經(jīng)應用于電動汽車等新型環(huán)保項目中。
2 燃料電池的結構和監(jiān)控系統(tǒng)的作用
燃料電池組由若干片5毫米寬的單體電池串聯(lián)而成。氫氣從電池的內部循環(huán)流過。每片單體電池的電壓在未通氫氣時近似為0V，通過一定流量的氫氣后迅速升高至0.9V左右。當有某片單體電池電壓與其它單體電池電壓相差0.2V以上時，即可認為該片電池損壞。這時，監(jiān)控系統(tǒng)便檢索出該片電池的位置，由發(fā)光管顯示并發(fā)出警示。
3 監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件設計
?。?）軟件設計
監(jiān)控系統(tǒng)的軟件分為兩部分：單片機部分采用匯編語言編程。微機接收部分采用LabView開發(fā)平臺。下面分別說明各部分的功能：
c片單體電池后，經(jīng)負反饋放大電路3倍放大，由A/D轉換成為數(shù)字信號通過數(shù)據(jù)總線存入單片機。將所有單體電池電壓全部采集并轉換成數(shù)字信號后，單片機一方面將數(shù)據(jù)由串行通訊口輸送至微機，另一方面對數(shù)據(jù)進行處理，搜索是否有已損壞的單體電池。如果有，就可以將損壞電池的位置顯示出來并報警。
編程要點：
a. 單片機與微機串行通訊時必須同步，否則微機接收到的將是錯誤的數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用方式3，定時器初值設為E6H。
b. 系統(tǒng)外部干擾比較大時，A/D轉換時可多采集幾組數(shù)據(jù)，去除數(shù)據(jù)后，將剩下的數(shù)據(jù)做算術或幾何平均運算。
c. 每采集完一路電壓值后，應令指針指向下一路，使程序可以循環(huán)往復運行。
LabView開發(fā)平臺功能強大，電壓值采集到微機中后，先被恢復為原始值，然后以隊列排列方式每小時存儲一次電壓值，并保留一個月的數(shù)據(jù)以便觀測燃料電池的性能變化。當有單體電池不能正常工作時，軟件控制工控機關閉氫氣供氣閥門，人工進行檢修。
（2）硬件設計
a. 由于系統(tǒng)的工作環(huán)境具有較大的干擾（交直流電路同在一個控制柜中），若采用扁平40芯總線電纜，雖然接線時簡單方便，但由于系統(tǒng)中的高頻信號較多，電纜中的電容效應不可忽視。所以結合實際，單體電壓的傳輸線采用多芯屏蔽電纜。
b. 單片機MPU選用89C51，它本身帶有4K的RAM，不用另外擴展，配6MHz晶振，以保證A/D轉換器ADC0809可以正常運行。
c. 多路集成模擬開關陣列AD7506，具有多選一的傳輸功能，雙片AD7506配合使用即可在某一時刻采集到一片單體電池的電壓差。燃料電池單體電壓比較小，而系統(tǒng)不僅要監(jiān)控每一片單體電池電壓，還要知道它從0V升高至正常工作電壓的時間。為了使數(shù)據(jù)更加準確，就需要將電壓值放大。實現(xiàn)這一環(huán)節(jié)，本系統(tǒng)采用了集成4運放LM324，以負反饋的形式將采集到的電壓差3倍放大。
d. 串行通信采用MAX232C，它具有傳輸距離遠，抗干擾性強等優(yōu)點，而且外圍電路簡單，只需5個鉭電容即可。
e. 監(jiān)控板外接±15V電源，+5V 電源由7805獲得。因為雙七段碼顯示需要較大電流，所以7805應外接散熱器。
f. 由于系統(tǒng)的外界干擾較大，為了防止MPU由于干擾進入死機狀態(tài)，本系統(tǒng)不僅在每片芯片的電源部分加入了抗干擾電容，還在程序中添加了抗干擾部分，使系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性。
