摘 要

本课题主要研究方向是燃料电池专用空压机特性测试平台的软件设计与实现。在此次课题研究中，采用了单片机 变频控制器 工业控制计算机来完成对整个控制系统的设计，并简单的说明了单片机、空气压缩机等主要器件的工作原理。

而在论文中，主要需要测量的数据就是流量、压力和温度这三项。分别采用了三种传感器来完成这个操作。并且在本文中对其工作原理进行了简单的概述。而在软件部分，本文简单概述了下位机单片机的软件程序设计。

此次课题的研究，主要是为了搭建一个能对空压机进行测试的平台，而最终也通过这次研究，简单的得到了一些空压机特性曲线。对空压机特性的研究有一定的参考价值。

关键词：燃料电池、空压机、单片机、软件

Abstract

The main research direction of this project is the software design and implementation of the test platform for the characteristics of air compressor for fuel cell. In this research, we use the microcontrollers frequency controller industrial control computer to complete the design of the entire control system, and a simple description of the microcontrollers, air compressors and other major devices working principle.

In the paper, we mainly need to measure the data is the flow, pressure and temperature of the three. Respectively, using three sensors to complete this operation. And in this paper, the working principle of a simple overview. In the software part, this article briefly outlines the software programming of the lower computer microcontrollers side.

The study of this topic is mainly to build a platform for testing air compressors, and in the end we also through this study, simply get some air compressor characteristics curve. The air compressor characteristics of the study have some reference value.

Key Words：Fuel cell, air compressor, microcontrollers , software

目录

第1章绪论1

1.1燃料电池系统1

1.1.1原理及组成1

1.1.2燃料电池特点及应用3

1.2燃料电池空压机技术国内外发展综述5

1.3课题的研究意义和主要研究内容6

1.3.1课题的研究意义6

1.3.2论文的主要研究内容6

第2章燃料电池专用空压机测试系统8

2.1燃料电池空压机测试系统结构及原理8

2.2燃料电池空压机测量技术及及传感器选择9

2.2.1空气流量测量及传感器选择9

2.2.2温度测量技术及传感器选择12

2.2.3压力测量技术及传感器选择13

2.2.4电子节气门位置传感器13

第3章空压机测试平台软件设计16

3.1空压机测试平台控制系统方案比较与选择16

3.2基于单片机的控制系统设计17

3.2.1单片机简述17

3.2.2控制系统软件设计18

3.3空压机测试平台软件设计19

3.3.1数据采集系统软件设计19

3.3.2 单片机A/D转换系统软件设计21

3.3.3数据显示与输出系统软件设计23

第4章空压机测试平台数据分析25

第5章总结29

参考文献30

致谢32

第1章 绪论

在过去二十年左右，全世界范围内汽车的使用量不断增加。城市环境污染已经成为不容忽视的问题。同时，由于石油天然气等一次能源的能源储量有限，难以用作永久能源。在如此严峻的形势下，迫切需要依靠不可再生资源，不污染新能源为车辆提供未来的驱动力。而燃料电池恰好能够满足这些人们对能源的要求，可能实现可持续发展，作为电力的主要来源之一。美国矿产能源部部长助理说：“燃料电池技术对我们现在甚至未来十几年内技术的影响将与上世纪上半叶内燃机带来的的影响类似。福特燃料公司经理Bob Merle表示：燃料电池将带动汽车电源革命。和木柴发电机相比，在相同的工作时间长度下，燃料电池的效率更高、对环境的污染更小。预计在未来燃料电池将在国防和民生，通信等领域发挥重要作用^[1]。

• 1. 燃料电池系统

1.1.1原理及组成

燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和氧化剂分别从其专属通道进入燃料电池内部，然后在电极和催化剂的帮助想经过氧化还原反应而产生电能。它的结构和蓄电池相似，都有正负电极内部还含有电解质，但实际上它并不能存储电能，而是生产电能。但是，它需要电极和电解质以及燃料和空气发生氧化还原反应才能发电。依据电解质种类的不同,燃料电池分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)及质子交换膜燃料电池(PEMFC)等^[2]。其应用范围如下表所示。

其中质子交换膜燃料电池除了具有其余燃料电池的一般特点外还具有以下优点：工作温度低、启动速度快、比功率高、结构较为简单、操作手段简单、其发电过程是通过氧化还原反应将化学能转化为电能，没有发生燃烧，因而不受到卡诺循环的限制；也正是因为如此，所以它的燃料-能量转换率高；而且发电时的产物只有水，不对环境构成污染；而且它一般是由许多发电模块一起组成的，所以可靠性较高，也方便工作人员对系统进行组装和维修，在其发电时产生的噪音较小。所以，质子交换膜燃料电池是一种清洁、高效的绿色环保新型能源。所以对其的研究也比较深入，技术也相对成熟。在这里我就对此电池作示例分析。

质子交换膜燃料电池的工作原理图如图1.1所示， 其单电池由阳极、阴极、质子交换膜和催化层组成组成，燃料进入阳极发生氧化反应并失去电子，氧化剂进入阴极发生还原反应得到电子，两极都有催化层当做催化剂来加快其反应速率，而质子交换膜顾名思义就是使H 在两极之间发生交换，它允许且仅允许H 通过，而H₂失去的电子从导线中流过，从而形成了电流。它在工作时相当于一个直流电源，阴极就是电源正极，阳极就是电源负极。