一种PEM燃料电池测试系统的设计(2)-找论文网

16路TTL数字输入和16路TTL数字输出通道、2路12位多路切换模拟输出通道、1通道16位通用定时/计数器、3种触发方式、可编程增益控制。

2）PCI-6208V主要用于模拟量的控制。它是16位8通道模拟量输出控制卡，输出范围±10V，输出范围可编程。

由于本测试系统中的数字量为24V，模拟量输入有9路为电流信号，所以由PCI-9112数据采集卡配合端子板ACLD-9182（16通道隔离数字输入）、ACLD-9138（16通道模拟量输入）来完成系统的输入要求。而输出方面，PCI-9112的8路数字量输出通过端子板ACLD-9185（16通道继电器输出）实现系统对数字量的控制，PCI-6208V的6路模拟量输出则通过端子板ACLD-9137（8通道模拟量输出）实现系统对模拟量的控制要求。

4 系统控制软件设计

图4 测试系统软件流程图

测试系统的控制软件部分采用NI的仪器专用开发平台LabVIEW开发。LabVIEW是基于流程图的图形化编程方式，因此被称为G语言。与传统语言相比，LabVIEW编程简单、易于理解，而且它针对数据采集、仪器控制、信号分析提供了丰富完善的功能图标，供用户直接调用，免去了用户直接编写程序的繁琐。利用LabVIEW能在很大程度上缩短开发时间，并能提高测试系统的水平和系统的集成化。ADLINKTECH也为其数据采集卡提供了完整的LabVIEW驱动程序DAQ-LVIEW PnP，以直接替代NI DAQ VIs，通过它用户可以直接在LabVIEW平台下进行各种方式的数据开发。

在本测试系统的整个软件设计过程中采用了面向流程的程序设计思想和模块化的程序结构，将测试系统的软件在结构上分为流程监测模块、控制模块和分析模块、安全监测模块4个部分，软件的总体流程如图3所示。

4.1 控制程序

控制程序实现对系统运行中的保护参数、主控参数以及电子负载参数的实时控制，通过设计的用户界面，用户可以随时改变这些相关参数。保护参数部分主要是电堆温度、极板温度以及气体压力等安全值的设置。控制参数部分主要是燃料电池阴阳极流量、入口温度以及加湿器露点温度的设置，其中对于入口温度和露点温度的控制还可以调节燃料电池反应气的相对湿度。考虑到露点加湿器的温度控制具有大滞后和非线性的特点，采用了积分分离PID控制算法进行参数整定。以上两类参数的控制都是通过PCI总线与数据采集卡的通信来实现，而电子负载的参数控制则是通过RS485总线来实现的。本测试系统中电子负载的基本通信模式参数为：115200、n、8、1，也就是波特率115200bps，端口数据位为8，无奇偶校验，停止位为1。串口的数据传输采用数据包结构：A N D1….DN C /A，其中A为通信地址，N为数据包中数据的个数，D1….DN为数据包中的数据，C为校验和，即（A，N，D1….DN）数据累加，/A为地址反码，也就是数据包的结束符。测试软件的串口通信流程如图5所示。

图5 串口通信流程图

通过执行上面的通信流程，测试系统就可以对电子负载进行参数控制，使燃料电池以设定的工作模式进行放电，并进行实时结果的数据采集。

4.2 流程监测与分析程序

流程监测程序实时的显示燃料电池运行中的各类参数，包括反应气的压力、流量、加湿器温度、电池极板和电堆温度等，并负责实时监测所有控制电磁阀的状态、水箱水位状态、电子负载的运行状态，以便在发生异常情况时能及时在面板中提示用户。在该程序面板中还设有功能键，分别控制电子负载和整个测试系统的运行。分析程序则对实验的数据文件进行数据分析，用户通过查询记录来搜索需要分析的数据文件，在读取数据文件后通过选取参数，系统可以绘出所选参数的波形曲线，使用户可以直观的观测测试数据，以此分析燃料电池的工作特性。

5 实验结果与结论

测试系统的运行界面如图6所示。图6a流程监测界面直观的显示了燃料电池运行过程中的各种参数和运行状态，图6b测试曲线界面则有效的显示了某些参数的变化趋势，图中可以看出对于露点加湿器温度的PID控制，以及对电子负载的流程控制均达到了很好的效果。