摘 要：本文所述的是一种用于对燃料电池单体电压及其性能进行监控的系统。本文简要的介绍了燃料电池的特点、该监控系统软硬件设计要点及其功能。
关键字：燃料电池; 单片机; 单体电池; MPU
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，所以它一直被认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、工业控制板、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，即可认为该片电池损坏。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入单片机。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。如果有，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，去除极端数据后，将剩下的数据做算术或几何平均运算。
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，并保留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，软件控制工控机关闭氢气供气阀门，人工进行检修。
（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，虽然接线时简单方便，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。为了使数据更加准确，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. 串行通信采用MAX232C，它具有传输距离远，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。因为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由于干扰进入死机状态，本系统不仅在每片芯片的电源部分加入了抗干扰电容，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。工作人员在操作室中足不出户即可实时准确的掌握燃料电池的情况。
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，化学工业出版社，1996.6