[发明专利]一种质子交换膜燃料电池测控系统

说明书

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池测控系统，包括发电单元和控制单元，所述控制单元包括电源转换模块、数据采集模块、报警模块、执行模块、通信模块和单片机，其中电源转换模块用于转换PEMFC电池堆的输出电压，为单片机和其他模块供电；所述数据采集模块包括电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块，用于采集PEMFC电池堆的电堆电压、电堆温度、负载电流和环境温度；所述报警模块用于在电流过大或电堆温度过高时发出报警信号；所述执行模块包括电磁阀和风扇，用于定时排放PEMFC电池堆电化学反应生成的废气和多余水分，调节电堆温度；所述通讯模块用于与上位机进行通信。本发明提高了系统的稳定性、可靠性和可操作性，降低了控制成本。

技术领域

本发明属于新能源领域，特别是涉及一种质子交换膜燃料电池测控系统。

背景技术

能源短缺、环境污染形势严峻的当下，发展新型清洁、可持续能源是世界任何国家的必走之路。质子交换膜燃料电池是一种新型发电装置，仅需要通入氢气和氧气即可产生电能，拥有高效、清洁、噪声小等突出优点，在新能源领域扮演着越来越重要的角色。由于PEMFC的工作性能受多种因素(氢气、负载、电堆温度等)的影响，为确保PEMFC正常运行，提高PEMFC电池堆的效率和可靠性，就必须研究质子交换膜燃料电池的测控系统，以连续监测PEMFC运行的状态，进行分析，实现故障预测、诊断和排除。

传统的质子交换膜燃料电池测控系统采用数据采集卡结合PLC的控制方案，能够实现模拟量、数据量的采集和控制，但是数据采集卡的成本相对较高，而PLC的数据存储和图形显示功能很差。此外，现有的PEMFC测控系统非常庞大而且复杂，并且没有统一的规范与标准，系统的稳定性、可靠性和可操作性较差。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种质子交换膜燃料电池测控系统，提高了系统的稳定性、可靠性和可操作性，降低了控制成本。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种质子交换膜燃料电池测控系统，包括发电单元和控制单元，所述发电单元包括氢气供应、氧气供应、PEMFC电池堆和实验负载；所述控制单元包括电源转换模块、数据采集模块、报警模块、执行模块、通信模块和单片机，其中电源转换模块、数据采集模块、报警模块、执行模块、通信模块均与单片机连接，具体的，所述电源转换模块用于转换PEMFC电池堆的输出电压，为单片机和其他模块供电；所述数据采集模块包括电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块，用于采集PEMFC电池堆的电堆电压、电堆温度、负载电流和环境温度；所述报警模块用于在电流过大或电堆温度过高时发出报警信号；所述执行模块包括电磁阀和风扇，用于定时排放PEMFC电池堆电化学反应生成的废气和多余水分，调节电堆温度；所述通信模块用于与上位机进行通信。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明能够测试燃料电池堆的性能和运行状态，全面监测各种参数与电池堆性能之间的关系，通过控制单元控制电池实际运行所需的工作条件；2)本发明能够通过串口接收上位机控制参数调节风扇的转速和电磁阀开闭时间，执行燃料的温度控制，使得电池具有良好的输出性能；3)本发明能够向上位机传送燃料电池的实时参数，并接受上位机的控制指令，实时诊断燃料电池的运行故障，进行声光报警，并实时切断负载，使电池能够安全工作；4)提高了系统的稳定性、可靠性和可操作性，降低了控制成本。

附图说明

图1是本发明质子交换膜燃料电池测控系统的结构示意图。

图2是本发明控制单元的硬件示意图。

图3是本发明电源转换模块电路图。

图4是本发明电流采集模块电路图。

图5是本发明电压采集模块电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。