PEM燃料电池堆单片电压检测系统设计

摘  要： 根据电池堆性能测试及其控制系统研发需要，设计了一种燃料电池堆单片电压检测系统。该系统精度高、实时性好、稳定性强，而且电路简单、成本低、体积小、易布局。实验证明该系统能够有效地完成燃料电池单片电压实时采集、显示和保存。已成功应用于200 W常温常压空冷质子交换膜燃料电池(PEMFC)电源控制系统。
关键词： 燃料电池；单片电压；电压检测；LabVIEW
   　当今时代，环境保护已成为人类社会可持续发展战略的核心，既有较高能源利用效率又不污染环境的新能源是能源发展的方向。氢是一种理想的能量载体，是完全符合人们期待的新能源之一。氢能利用的一个重要方面就是燃料电池，它将氢和空气中的氧反应转换为电能，其最大特点是反应产物为纯净水，而且噪声也很小，对环境没有污染。因此燃料电池及其电源系统的研究对减少环境污染和减小温室效应具有重要的意义[1，2]。
　在标准条件下(25 ℃)，质子交换膜燃料电池(PEMFC)的理论电动势为1.229 V，但由于存在活化极化、欧姆极化和浓差极化等电压损失，电池工作过程中的实际输出电压远远低于按热力学方法计算出来的理论电动势。PEMFC单片电池的开路电压一般为0.9 V～1.0 V，额定工作电压在0.6 V左右。为了满足负载的电压要求，传统双极电堆常采用串联方式将许多单片电池连接在一起，一片电池的阴极与下一片电池的阳极相连[3]。显然，单片电池的性能影响着整个电池堆的性能。在不同测试及工作状况下实时检测电堆单片电池电压，便于研究人员研究分析电堆的工况和性能、改进电堆结构，以确保电堆中各单片电池工作性能的一致性；便于控制系统及时做出正确决策，维持电堆安全、可靠、稳定运行。燃料电池堆单片电压检测系统不仅在电堆设计、研发阶段非常重要，在维护电堆正常运行中也是不可缺少的。基于此，针对自行研制的200 W常温常压空冷氢空PEM燃料电池堆，设计开发了20片燃料电池堆单片电压检测系统，可以实时检测、显示单片电压数据。单片电压通过RS232串行通信口上传给上位PC机显示、保存、分析、处理，便于科研人员进一步分析研究