直接甲醇燃料电池的电压自动巡检系统设计.pdf

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1、检测与仪表化工自动化及仪表，2010，37(2)：52—54ControlandInstrumentsinChemicalIndustry直接甲醇燃料电池的电压自动巡检系统设计曾洁，刘木林，谢文豪，卜凡涛(大连交通大学电气信息学院，辽宁大连116028)摘要：在直接甲醇燃料电池(DMFC)系统运行过程中，其中劣化的单体燃料电池将直接影响整个电池系统的供电性能，因此需要对DMFc中的每一节单体电池的工作电压进行实时检测，发现故障及时处理。而解决问题的关键则在于对单体电池端电压的取样，介绍一种基于光电隔离继电器和AVR微控制器的DMFC电压检测方法，其检测精度和实时

2、性均满足要求，且具有电路简单、检测电压范围大、系统成本低等特点。实验证明该方法能够有效地监控和保护DMFC。关键词：DMFC；电压检测；光电隔离继电器；监控中图分类号：TP277文献标识码：A文章编号：1000-3932(2010)02-0052-031引言随着现代社会发展对能源的大量消耗，传统能源越来越不能满足人类的要求，特别是在提出可持续发展和保护环境的今天，人类对新能源的开发和利用成为极其重要的话题。其中燃料电池就是目前一种正在被开发和利用的新能源之一，其机理是利用燃料与空气中的氧进行化学反应，在产生电流的同时生成水和二氧化碳，它作为一种既有较高的能源利用

3、效率又不污染环境的能源在燃料电池电站、电动汽车、移动式电源、潜艇、航空航天技术等方面有着广阔的应用前景。本文对直接甲醇燃料电池(DMFC)电压检测方法进行研究和开发，DMFC是燃料电池中结构较简单、体积较小的一种，以甲醇作为燃料，主要应用于便携式发电设备中，它可以对小功率的负载持续地供电。一个直接甲醇燃料电池组是由很多节燃料电池串联而成，因此要保证燃料电池发电性能稳定、发电效率高，就必须要对每节燃料电池的输出电压值进行实时监测。本文就此提出一种基于光电隔离继电器和AVR微控制器的燃料电池的电压检测方法⋯，该方法可以实时监测直接甲醇燃料电池的每节单体电池工作状态，

4、一旦某节单体电池出现故障系统即刻输出报警以便处理。2电压自动巡检系统的构成及工作过程系统主要由单节电池取样电路、液晶显示器、报警输出、上位机监控界面和AVR微控制器组成旧J，如图l所示。系统在工作时，首先通过微控制器控制接通其中的两个光电隔离继电器接通DMFC电堆中任意一节单体燃料电池的两个节点，获取的单体电池的端电压输入微控制器的A／D转换通道，然后将微控制器测得的电压值送往液晶显示器或上位机监控界面进行显示，如果电压值反映出电池工作状态异常，即刻启动报警蜂鸣器通知用户检修故障。以确保整个DMFC中所有单体电池的一致性。’I’f多竹串联直接甲陴燃料电池也堆●惟

5、竹电池端电膳隔离圾样电路A，D转换通道I瞳拦h志川燮f图1直接甲醇燃料电池电压检测系统框图单节电池取样电路是整个系统的核心问题，它既要满足取样速度、取样精度和最大取样电压的要求，又要在微控制器分析数据过程中做好隔离∞1，保护微控制器不受燃料电池组高压的影响。LCD液晶显示器是在系统中最直接的监控电池组状态的显示设备，通过LCD显示器可以看到每节燃料电池的实时电压值。报警输出电路的作用是当燃料电池堆中某节或某几节工作异常时通知使用者并协助及时做出处理。AVR微控制器做为控制核心，用于电压数据采集和分析，并控制光电隔离继电器对每节单体电池的端电压的取样。上位机监控显

6、示界面是接收微控制器发送的数据或信号并进行实时显示和存储，此界面不仅可以让使用者监控电池当前状态，还可以查询每节电池的历史状态和电压值的走向，有助于更好地管理燃料电池。收稿13期：2009-10—15(修改藕)基金项目：辽宁省博士启动基金资助项目(20071076)；辽宁省教育厅科技计划资助项目(20087-．043)第2期曾洁等．直接甲醇燃料电池的电压自动巡检系统设计·53·3电压巡检系统的电路设计3．1单体燃料电池的端电压取样及测量电路的设计该部分电路主要包括单体电池的端电压取样和‘电压测量两部分。其中电压取样是采用光电隔离继电器，既是通过微控制器在同一个时

7、间内同时控制任意相邻的两个继电器接通，又恰好可以取得其中一节单体电池的端电压。本文采用的光电隔离继电器的型号为AQW214⋯，其有如下特点：(1)无机械触点，因此没有触点的磨损，使用寿命接近于无限，它的长寿命、高信赖性是机械式继电器无法相比；(2)光电隔离继电器的驱动部分具有光耦特性、抑制干扰传输、无动作声音、无弹跳、防震；PC6(RESET)PDO(RX1)1PDl(’I'XD)I'D2(INT0)PD3(INTI)(ADCO)PC0挎ATmega8GND愕引GND酬PB6(XTALI)PB7(XTAL2)PD5(T1)I’n6I’I)7PB0竺!睡(SCK)

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