2.4电压信号取样与校正模块

2016-09-08

电源技术 2016年1期

关键词：电池组阴极燃料电池

2.4电压信号取样与校正模块

从电压采集模块输出的电压信号可直接通过NI公司DAQ设备的模拟信号输入进行取样。通过LabVIEW编写算法程序，还原差分放大器放大后的信号大小。其LabVIEW程序框图如图4所示。

图4　LabVIEW电压校正模块程序框图

2.5PC测控界面与数据存储显示模块

用LabVIEW编写调控与显示界面，实时动态地显示和存储数据，如图5所示。此界面既可以直观地监控各电池当前的状态，也可以查询每节电池的历史状态和电压的走势。并可以用LabVIEW通过CSV输出保存数据，以便于后续研究时随时调用。

3 SCVM系统测试实验结果

本实验为上述SCVM系统用于燃料电池组测试实例。测试中采用新加坡淡马锡理工学院清洁能源研究中心研制的阴极开放式PEMFC电池堆，它由16片单电池串联组成。其阳极采用封闭结构，并在氢气出口端定时排水；阴极采用PFB0612UHE型风扇(Delta公司产)为燃料电池的电化学反应提供氧气，并将电池内生成的水及废热排出。

本实验设置风扇电压为9 V，以保持排风量不变。通过调整外部负载的大小，进而调节燃料电池堆的总输出电压，由此测得不同输出电压下各单体电池电压的分布情况。

表1为上述SCVM系统的测试结果同标准电压表测试值的对比。电压的测量采用FLUKE 87型高精度数字电压表，其精度可达到0.5 mV。从表1中可知，本SCVM系统的测试精度较高，误差可控制在0.02 mV以内。

图6所示为燃料电池组实时监控下各单体电池电压的分布图，图中的4组曲线分别为不同外部负载下各单体电池电压的测试结果，其中横坐标为各单体电池依次从高电势端到低电势端的编号。

图5　LabVIEW实时监测界面

???????????????????? ???? 　1 　2 　3 　4 　5 　6 　7 　8 　9 　10 　11 　12 　13 　14 　15 　16 ? ? ? / V 0 .7 2 2 0 .7 1 3 0. 7 11 0 .7 0 4 0 . 70 0 0 .7 0 .6 9 9 0 . 69 5 0 .7 0 2 0 .7 0 5 0. 7 02 0 .6 9 9 0 . 70 8 0 .7 0 6 0 .7 1 0 0 . 71 0 S C M V / V 0 .7 2 2 0 .7 1 3 0. 7 12 0 .7 0 5 0 . 69 9 0 .7 0 .7 0 . 69 5 0 .7 0 3 0 .7 0 5 0. 7 02 0 .6 9 8 0 . 70 9 0 .7 0 6 0 .7 1 2 0 . 70 9 ? ? / m V 　0 　0 　1 　1 　? 1 　0 　1 　0 　1 　0 　0 　? 1 　1 　0 　2 　? 1

通过调节外部负载大小，得到燃料电池堆在不同的输出电压下，各单体电池电压间的偏差程度，如表2所示，由最大偏差百分比来直观体现。

由图6可知，随着改变外部负载的大小，即改变燃料电池组的输出电压时，燃料电池组各单体电池电压产生了较大的差异。当控制电池组输出电压高于11.3 V时(即单电池平均电压)，各单体电池电压基本保持相同并趋于单电池平均电压。但是当调节外部负载使燃料电池组输出电压降低时(即降低单电池平均电压)，各单体电池电压值与平均值差异增大。例如，当燃料电池组输出的单体电池平均电压从0.799 V降至0.707 V时，平均电压下降了0.092 V，最大偏差只从0.88％增加到1.56％；而从0.661 V降至0.613 V时，平均电压只下降了0.048 V，但此时最大偏差从4.08％激增至8.97％(见表2)。

图6　　单体电池电压分布

??????????????? ????/W 　78.45 79.07 69.08 23.83 PEMFC?????/V 9.81 10.57 11.31 12.79 ????????/V 0.613 0.661 0.707 0.799 ????/V 　0.055 0.027 0.011 0.007 ????/％　8.97 　4.08 1.56 0.88

此外，从图6中还可看到，当燃料电池组输出电压较低时，靠近燃料电池组中间的单体电池电压明显低于单电池平均电压，而靠近两边的单体电池电压高于单电池平均电压，此时整个电压分布呈现U型漏斗状。

由实验结果可知，当阴极开放式燃料电池组外部负载功率改变时，燃料电池组各单体电池电压随之变化，尤其当外部负载较大时，会导致各单体电池电压值分布极不均匀，从而严重影响到阴极开放式燃料电池组的输出性能和安全运行，因此，一套实时性强、精度高、操作简洁的SCVM系统对保证阴极开放式燃料电池组的稳定运行具有重要意义。