[发明专利]一种质子交换膜燃料电池测控系统

权利要求书

1.一种质子交换膜燃料电池测控系统，其特征在于，包括发电单元和控制单元，所述发电单元包括氢气供应、氧气供应、PEMFC电池堆和实验负载；所述控制单元包括电源转换模块、数据采集模块、报警模块、执行模块、通信模块和单片机，其中电源转换模块、数据采集模块、报警模块、执行模块、通信模块均与单片机连接，具体的，所述电源转换模块用于转换PEMFC电池堆的输出电压，为单片机和其他模块供电；所述数据采集模块包括电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块，用于采集PEMFC电池堆的电堆电压、电堆温度、负载电流和环境温度；所述报警模块用于在电流过大或电堆温度过高时发出报警信号；所述执行模块包括电磁阀和风扇，用于定时排放PEMFC电池堆电化学反应生成的废气和多余水分，调节电堆温度；所述通信模块用于与上位机进行通信；

所述电流采集模块包括第二端子(P2)、第三二极管(D3)、第一电阻(R18)、第二电阻(R19)、第三电阻(R20)、第四电阻(R21)、第五电阻(R22)、第六电阻(R23)、第七电阻(SR1)、第八电阻(SR2)、第一继电器(K1)、第三电容(C9)、第一集成运放(U8)和第一场效应管(Q3)，其中第一继电器(K1)的1端接第二端子(P2)的一端和第三二极管(D3)的负端，第一继电器(K1)的2端接PEMFC电池堆输出正极VLOAD，第一继电器(K1)的4端接第一场效应管(Q3)的漏极，第一继电器(K1)的5端接12V电源，第二端子(P6)的另一端接第三二极管(D3)的正端、第一电阻(R18)、第七电阻(SR1)和第八电阻(SR2)的一端，第一电阻(R18)的另一端接第一集成运放(U8)的1端，第七电阻(SR1)和第八电阻(SR2)的另一端分别接地，第一场效应管(Q3)的栅极接第三电阻(R20)、第四电阻(R21)的一端，第一场效应管(Q3)的源极接第四电阻(R21)的另一端和地，第三电阻(R20)的另一端接单片机的CTL_LOAD引脚上，第一集成运放(U8)的3端接第五电阻(R22)和第六电阻(R23)的一端，第五电阻(R22)的另一端接集成运放(U8)的4端和第二电阻(R19)的一端，第六电阻(R23)的另一端接地，第二电阻(R19)的另一端接单片机的ADC_CURRENT引脚上，第一集成运放(U8)的2端接地，第一集成运放(U8)的5端接3.3V电源和第三电容(C9)的一端，第三电容(C9)的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池测控系统，其特征在于，所述电源转换模块包括第一电源转换电路、第二电源转换电路和第三电源转换电路，其中第一电源转换电路将PEMFC电池堆的输出电压转换成12V为风扇供电，第二电源转换电路将PEMFC电池堆的输出电压转换成5V为电磁阀供电，第三电源转换电路将5V电压转换成3.3V为其他模块供电。

3.根据权利要求2所述的质子交换膜燃料电池测控系统，其特征在于，所述第一电源转换电路包括第一端子(P6)、第一二极管(D5)、第一极性电容(CE1)、第二极性电容(CE2)、第一电感(H1)和第一电源转换芯片(U9)，其中第一电源转换芯片(U9)采用LM2576-12芯片，第一端子(P6)的一端接PEMFC电池堆输出正极VLOAD和第一极性电容(CE1)的正端，第一端子(P6)的另一端接地，第二极性电容(CE2)的正端接第一电源转换芯片(U9)的1端，第二极性电容(CE2)的另一端接地，第一二极管(D5)的负端接第一电感(H1)的一端和第一电源转换芯片(U9)的2端，第一二极管(D5)的另一端接地，第一电感(H1)的另一端接第一极性电容(CE1)的正端，第一极性电容(CE1)的另一端接地。

4.根据权利要求2所述的质子交换膜燃料电池测控系统，其特征在于，所述第二电源转换电路包括第二二极管(D6)、第三极性电容(CE3)、第四极性电容(CE4)、第二电感(H2)和第二电源转换芯片(U10)，其中第二电源转换芯片(U10)采用LM2576-5芯片，第四极性电容(CE4)的正端接PEMFC电池堆输出正极VLOAD和第二电源转换芯片(U10)的1端，第四极性电容(CE4)的另一端接地，第二二极管(D6)的负端接第二电感(H2)的一端和第二电源转换芯片(U10)的2端，第二二极管(D6)的另一端接地，第二电感(H2)的另一端接第三极性电容(CE3)的正端，第三极性电容(CE3)的另一端接地。