基于STM32的燃料电池测控系统控制器设计(2)
1.2 本文的研究意义 燃料电池现在的发展很迅速，人们对于燃料电池的需求量比较大，要想利用燃料电池来缓解相关的能源短缺问题，则就对燃料电池的性能及相关参数的稳定提出了很高的要求，而这就有赖于燃料电池测控系统的作用了。并且现在世界能源短缺问题严重，而现在燃料电池的研制技术又不够完善。如何产业化的大批量的高效生产出大量符合人们的使用要求的燃料电池就成为了摆在世界各国研究机构面前的问题，所以这也就要求研究人员在燃料电池的研究过程中进行合理的监测。因此，现阶段研制出一套合理高效的燃料电池测控系统是非常重要的。 1.3 燃料电池测控系统的研究现状 对燃料电池测控系统产生影响的因素有很多，包括负载、温度、湿度等都对燃料电池实验产生着影响。所以，现在世界各国都在对燃料电池的测控系统进行研究，当然，各国科研团队也取得了一定的进展。 在国外方面，比较著名的是加拿大 Hydrogenics 公司研发的燃料电池测试站（FCATS）以及美国 Arbin 仪器公司开发研制的集成燃料电池测试系统（FCTS）等。 国内早在六十年代就开始研究燃料电池，其中保持领先地位的始终是中科院大连物理化学研究所，目前已经开发出小功率燃料电池测控系统。上海的攀业氢能源科技有限公司研发推出了名为 PhyX-100 系列的燃料电池测控系统。 从燃料电池研究发展来看，PEMFC 的测控研究经历了一个从简单到复杂的过程，PEMFC控制的研究发展趋势是从简单的 PID控制不断向智能控制的方向发展，它的瓶颈在于是否满足耐久性、可操作性和经济性的多输入多输出控制，且这些控制方法还要考虑到控制的实时性。目前燃料电池测控系统的研究方向包括性能参数对电池输出性能的影响，温、湿度控制算法的研究，以及不同控制器下控制方案的实现以及测控软件的研究。 目前，由于人们在实际生产中对于燃料电池测控系统微量化的要求，传统的以工控机和数据采集卡为主要控制单元的控制方案已不再广泛的使用， 因为这种方案不经济并且耗费能源。而现在世界处于能源匮乏的情况，高效低能耗的产品才是未来发展的主流。目前， 燃料电池测控系统可以采取的方案也很多，系统相关组成部分的研究现状如下所述：
（1）以单片机为主控单元的控制方案采用单片机作为整个系统的核心，由于文献把PEMFC应用于野战通信电台这一特定对象，所以它利用专业的DC/DC变换模块直接输出使用，另外它采取定时的方式驱动增湿器与排气电磁阀，实时显示储氢器容量的变化、输出电压、电流并加以保护。其中关于储氢器容量的变化，它是利用输出功率的累计量反推来实现，这种思想比较新颖。这种控制方案的特点是硬件电路与软件设计都相对成熟，实施性比较强，成本也比较低，缺点是可靠性不高、实时性不好，同时它只能够实现比较简单的控制算法。
（2）以STM32芯片为主控单元的控制方案主要是因为STM32芯片内一般都自带PWM波形发生器，它能够很容易的在不同负载条件下实现对散热风扇、排气电磁阀的实时控制。由于STM32芯片的运算速度比较快，而且适合做数字信号处理方面的工作，所以这种控制系统能够很轻松的实现相对较复杂以及较先进的控制算法。以STM32为主控单元，再配合相应的数据采集电路、人机接口电路、通信电路及其驱动电路等就可实现对电堆温度、冷却风扇电压、尾气排放以及与上位机通信的控制。
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