1引言

燃料电池发电是继水力、火力和核能发电之后的第四类发电技术。它是一种不经过燃烧，直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的高效发电装置。从理论上讲，只要连续供给燃料，燃料电池便能连续发电。由于燃料电池具有发电效率高、环境污染少等优点，所以它一直被以为是未来的发电技术之一，并已经应用于电动汽车等新型环保项目中。

由于燃料电池的特性所决定，若一组燃料电池中有一片损坏而未及时发现，对整个电池组就会产生比较大的影响。所以系统应对燃料电池的单体电压进行实时的监控。本文所述的监控系统采用微机、产业控制板、系统监控板并结合LabView开发平台，很好地完成了燃料电池单体电压的采集、模/数转换、故障电池显示和报警等功能，为燃料电池系统的正常运行提供了保证。

2燃料电池的结构和监控系统的作用

燃料电池组由若干片5毫米宽的单体电池串联而成。氢气从电池的内部循环流过。每片单体电池的电压在未通氢气时近似为0V，通过一定流量的氢气后迅速升高至0.9V左右。当有某片单体电池电压与其它单体电池电压相差0.2V以上时，即可以为该片电池损坏。这时，监控系统便检索出该片电池的位置，由发光管显示并发出警示。

3监控系统的软硬件设计

（1）软件设计

监控系统的软件分为两部分：单片机部分采用汇编语言编程。微机接收部分采用LabView开发平台。下面分别说明各部分的功能：

c片单体电池后，经负反馈放大电路3倍放大，由A/D转换成为数字信号通过数据总线存进单片机。将所有单体电池电压全部采集并转换成数字信号后，单片机一方面将数据由串行通讯口输送至微机，另一方面对数据进行处理，搜索是否有已损坏的单体电池。假如有，就可以将损坏电池的位置显示出来并报警。

单片机汇编语言编程部分的流程图如图1所示：

图1

编程要点：

a.单片机与微机串行通讯时必须同步，否则微机接收到的将是错误的数据。本系统采用方式3，定时器初值设为E6H。

b.系统外部干扰比较大时，A/D转换时可多采集几组数据，往除极端数据后，将剩下的数据做算术或几何均匀运算。

c.每采集完一路电压值后，应令指针指向下一路，使程序可以循环往复运行。

LabView开发平台功能强大，电压值采集到微机中后，先被恢复为原始值，然后以队列排列方式每小时存储一次电压值，并保存一个月的数据以便观测燃料电池的性能变化。当有单体电池不能正常工作时，软件控制工控机封闭氢气供气阀门，人工进行检验。

（2）硬件设计

系统的硬件设计原理图如图2所示：

图2

a.由于系统的工作环境具有较大的干扰（交直流电路同在一个控制柜中），若采用扁平40芯总线电缆，固然接线时简单方便，但由于系统中的高频信号较多，电缆中的电容效应不可忽视。所以结合实际，单体电压的传输线采用多芯屏蔽电缆。

b.单片机MPU选用89C51，它本身带有4K的RAM，不用另外扩展，配6MHz晶振，以保证A/D转换器ADC0809可以正常运行。

c.多路集成模拟开关阵列AD7506，具有多选一的传输功能，双片AD7506配合使用即可在某一时刻采集到一片单体电池的电压差。燃料电池单体电压比较小，而系统不仅要监控每一片单体电池电压，还要知道它从0V升高至正常工作电压的时间。为了使数据更加正确，就需要将电压值放大。实现这一环节，本系统采用了集成4运放LM324，以负反馈的形式将采集到的电压差3倍放大。

d.串行通讯采用MAX232C，它具有传输间隔远，抗干扰性强等优点，而且外围电路简单，只需5个钽电容即可。

e.监控板外接±15V电源，+5V电源由7805获得。由于双七段码显示需要较大电流，所以7805应外接散热器。

f.由于系统的外界干扰较大，为了防止MPU由于干扰进进死机状态，本系统不仅在每片芯片的电源部分加进了抗干扰电容，还在程序中添加了抗干扰部分，使系统具有较高的稳定性。

4结束语

利用监控板与微机相配合的这套监控系统，反应迅速、抗干扰能力强、性能稳定，取得了很好的实验效果。工作职员在操纵室中足不出户即可实时正确的把握燃料电池的情况。

参考文献

[1]李华主编，MCS-51系列单片及应用接口技术，北京航空航天大学出版社，1993.8

[2]林维明主编，燃料电池系统，化学产业出版社，1996.6