摘 要

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2课题研究目的及意义 2

1.3国内外目前研究现状 2

1.4课题主要研究内容 3

第二章 方案的总体设计 5

2.1燃料电池的工作原理 5

2.2 方案的选择与比较 6

2.3方案的总体设计 6

2.4本章小结 8

第三章 系统的硬件设计 9

3.1电源模块硬件设计原理 9

3.2开关模块 12

3.3 CPU的选择 13

3.4信号调理电路的设计 15

3.4.1 AD620芯片 16

3.4.2 MCP601芯片 17

3.5 CAN总线的设计 18

3.6本章小结 19

第四章 软件系统的设计 20

4.1 MPLAB IDE软件的介绍 20

4.2 软件的总体设计 20

4.3 部分程序的设计 22

4.4 显示模块的设计 23

4.5本章小结 24

第五章 巡检结果 26

第六章 总结与展望 28

参考文献 29

致谢 30

附录 31

附录1 巡检系统程序 31

附录2 巡检系统程序 32

附录3 巡检系统程序 33

附录4 巡检系统程序 34

附录5 巡检系统程序 35

附录6 巡检系统程序 36

摘要

随着工业革命的发展，化石能源对环境造成越来越严重污染，因此发展高效的清洁能源十分重要。燃料电池因节能环保效率高而被关注，很多国家也对燃料电池做了一定的研究。一个200V的燃料电池是由许多1V左右的单片电池串联而成，而单片电池的电压影响燃料电池堆的性能与安全，因此设计一个合理有效的燃料电池电压巡检系统十分重要。

本文设计了一个基于光耦继电器、CAN网络通信的电压巡检系统，采用轮循的方式检测单片电压。整个巡检系统分为燃料电池堆部分、下位机部分和上位机部分。本文对系统的硬件设计、软件设计、方案选择、工作原理都做了详细介绍，可靠性高。

关键词：燃料电池、单片电压、电压巡检

Abstract

With the development of the industrial revolution, fossil energy has become more and more serious pollution to the environment, so the development of efficient clean energy is very important. Fuel cells due to high efficiency and environmental protection and environmental concerns, many countries have done a certain study of fuel cells. A 200V fuel cell is made up of many 1V monolithic cells, and the voltage of the monolithic battery affects the performance and safety of the fuel cell stack, so it is important to design a reasonable and effective fuel cell voltage inspection system.

This paper designs a voltage inspection system based on optocoupler switch and CAN network communication, and adopts round robin to detect monolithic voltage. The entire inspection system is divided into fuel cell stack part, the lower part of the machine and the host computer part. In this paper, the system hardware design, software design, program selection, working principle are described in detail, high reliability.

Key words: fuel cell, monolithic voltage, voltage inspection

第1章 绪论

1.1课题研究背景

随着社会的进步，工业的发展，人类消耗了越来越多的非再生能源，化石燃料首当其冲，这给环境造成了极大的伤害，例如温室效应、空气污染等。另一方面，我国67%的能源来自于煤的燃烧，城市污染现象较为严重；而在广大的农村，55%的燃料来自于木柴和秸秆等。随着汽车数量的急剧增加，汽车尾气的烟雾在我国大部分城市弥漫开来，造成了十分严重的空气污染。目前我国现状不容乐观，虽然人均的排放量与发达国家相比还不算很高，但总量却是世界第二。我国的排放量是19.48吨；酸雨覆盖面积达1/3，造成的损失占据国民生产总值的2%，比重较大。如果这种发展趋势不加以制约，那么到2020年，仅仅在城市，花在空气污染上的医疗费用或许会高达国民生产总值的13%，经济损失将会很严重。据专家预测，保守估计，2010年我国的汽车数量将达到4000万辆，汽车尾气造成的污染将越来越多，对环境的影响越来越大。为了减小这些汽车尾气带来的严重污染，人们努力的开发清洁能源来作为汽车的动力，推动汽车运行。而氢燃料电池在化学反应中，生成物只有水，对环境零污染，且氢气在空气中的含量也十分丰富，因此氢氧燃料电池已成为电动车的首选清洁能源。国内外专家普遍认为21世纪的汽车工业将采用燃料电池技术为核心。据保守的估计，到2020年，燃料电池车至少会占据汽车数量的7％，而乐观的估计则可达20％，随着时间的流逝，随着燃料电池的推广应用，比重可能还会继续增加。

1839年，人类首先发明了以铂黑为电极催化剂的燃料电池，并成功的用它点亮了一盏照明灯。1889年，燃料电池首次被人类命名，这个名次开始出现在人们的脑海中。因为以前人们对发电机和电极过程动力学的研究还有所欠缺，很长一段时间燃料电池的研究水平都停滞不前。20世纪50年代，人们制成了具有实用功率水平的高压氢氧燃料电池，这在燃料电池的发展史上又是一个实质性的进展。60年代，这种电池被试用于航天领域，效果很成功，自此，燃料电池在航天领域也开辟了一条道路。同时，人们也制成了兆瓦级的小功率燃料电池。80年代后，小功率电池开始被应用在各个不同的领域。据统计，自上个世纪60年代至2002年，全世界总共有大约530个燃料电池发电系统被建设并投入运行，其中还不包括输出功率在10kW以下的小型燃料电池发电装置。从这些发展史中可以看出，燃料电池将成为未来能源界的一颗新星，人们会越来越依赖它。

燃料电池技术为工业提供了一个新的能源选择。这个选择有着十分强大的开发与应用潜力，而且发展迅速。它能提供的电力十分强大，能量转换效率也非常高，而且迄今为止，燃料电池又是唯一的一项可以横跨各种功率范围和各种应用环境的新能源技术。值得一提的是，燃料电池在军事应用和商业化应用方面已有成功的先例。作为给人们生活提供动力的基础，燃料电池未来极有可能影响甚至改变人们的生活方式，对社会工业框架也会造成影响。