基于光继电器燃料电池单片电压巡检系统设计

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1、摘要随着现代社会对能源的大量消耗，传统能源越来越不能满足人类日益增长的消耗需求，因此燃料电池作为新能源以其独特的节能环保优势被越来越多国家研究。质子交换膜燃料电池是由很多节燃料电池串联而成，每片电池都影响着整个电堆的性能与安全，同时，检测燃料电池工作状态并找出其最佳工作条件延长其寿命也尤其重要。因此需要对每片燃料电池的输出电压值进行实时监测。本文以燃料电池堆单片电压检测为研究对象，进行了基于光继电器的燃料电池单片电压巡检系统设计研究。主要研究内容如下：根据燃料电池堆单片电压巡检系统的功能需求，结合巡检系统现场特殊的应用环境，提出了一种基于光

2、电隔离继电器的燃料电池单片巡检系统总体设计方案，利用光电耦合继电器实现不同电池片电池切换，解决了传统电压采集方式中的累计电势问题，同时设计的电位提升单元有效解决了负压采集问题。在分析质子交换膜燃料电池单片电池极化曲线和系统性能指标的基础上，完成了主从式单片电压巡检系统硬件设计，设计了巡检系统选通单元、高精度信号调理单元、负压测量单元和USB硬件接口电路，并分别详细分析了它们的原理结构和工作特点。完成完成了下位机检测单元和主控制单元两部分软件设计。根据巡检系统车载的实际应用，制定了严格规范的通信应用层协议，对CAN和USB应用层协议制定做了详

3、细阐述，并给出了相应的协议格式。给出了一种基于支持向量机电堆故障诊断检测方法。采用支持向量机的多分类器功能对燃料电池故障进行识别，依据最大间隔距离原则优化层次支持向量机模型，使每个节点的支持向量机具有最大分类问隔，优化了多级结构的SVld，实现了电堆故障的诊断识别。整个巡检系统采用主从式检测方式，可靠性高、可扩展性强，实现了对燃料电池堆单片电压的实时高精度检测。此系统已经在武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室50KW燃料电池测试平台上投入使用，获得了良好的测试效果。关键词：单片燃料电池，电压检测，光继电器，巡检系统，电压故障诊断Abst

4、ractWiththesubstantialofenergyconsumptioninthemodemsociety,thetraditionalsourcesofenergyislessandlessunabletomeetthegrowingdemandforhumanconsumption，SOtheFuelCellasanewenergywhichhasuniqueadvantagesofenergysavingandenvironmentalprotectionisresearchedbymoreandmorecountries．

5、PEMFCismadeofmanysectionswhichareconnectedinseries，eachpieceofbatterywillinfluencetheperformanceandsecurityofthefuelcelstack，atmesametime．detectionoffuelcellstackworkstatusandfindthebestworkingconditionstoprolongitsservicelifeisparticularlyimportant．Thereforetheneedforeach

6、monomerfuelcelloutputvoltagetobemonitoredintime．Thispapertakesthepiecesvoltagemeasureoffuelcellstackasresearchobject．DevelopthedesignofthevoltagemonitorsystembasedontheopticalrelayofPEMFCpieces．Themainresearchcontents弱follows：Accordingtothefunctionneedsofthesystemandthespe

7、cialappliedenvironment,thispaperhasdesignedastructureofmonitorsystembasedontheopticalrelay,usingtheopticalrelaytoachievedifferentbatteryswitch，tosolvethetraditionalvoltageacquisitionofaccumulativeelectricpotentialproblem．Atthesametimethedesignofpotentialliftinguniteffectiv

8、elysolvestheproblemofthenegativevoltageacquisition．OnthebasisofanalysisofPEMFCpolarizatio