摘 要

燃料电池(Fuel Cell)是可以将储存在燃料（氢气、甲醇等）与氧化剂中的化学能转化为电能的发电装置。它具有高能效、低排放的特点，近年来受到了政府、企业以及相关研究机构的重视，并且在工业生产、交通出行等方面展示了其广阔的应用前景。燃料电池的燃料为冶金工业主要的副产物——氢气，来源丰富、成本低廉,且理论上零污染物排放，在现今环境问题日益严峻、国家大力倡导清洁能源开发情况下，对燃料电池的研究具有重大意义。

工业控制计算机(IPC)，简称工控机，可用于极端恶劣的环境，具有在粉尘、烟雾、潮湿、高/低温、震动、腐蚀环境下快速诊断及可维护性，其MTTR一般为5min，MTTF10万小时以上，普通PC的MTTF仅为10000~15000小时。同时，工业控制计算机能够对生产过程进行实时检测与在线控制，当工作状况发生变化时给予及时响应，快速进行采集和输出调节，遇到故障自动复位，保证系统的正常运行。

本文以研华公司生产的工控机IPC-610H为上位机，基于LabVIEW平台，设计了一套燃料电池测试系统，能够自动化测试燃料电池的各项参数，并且可以利用上位机界面，对燃料电池进行简单的控制。首先根据功能要求，设计和搭建物理平台，然后在LabVIEW中进行图形化编程，设计符合要求并且简介美观的人机界面。通过系统集成实现实时信号处理，为燃料电池的开发提供了一种测试手段。

关键词：燃料电池； 工业控制； LabVIEW

Abstract

Fuel Cell is a power generation device that directly transforms chemical energy in fuel and oxidizer into electrical energy. It has the characteristics of high energy efficiency and low emission, and has gained the attention of government, enterprises and research institutions in recent years, and has shown its broad application prospects in every aspect. Fuel cell fuel for metallurgical industry main byproduct hydrogen rich source, low cost, and the theory of zero emissions, in today's increasingly serious environmental problems, advocating national development of clean energy, the study of fuel cell is of great significance.

The industrial control computer (IPC), referred to as IPC, can be used in harsh conditions, with dust, smoke, wet, high / low temperature, vibration, corrosion under the environment of rapid diagnosis and maintenance of the MTTR is 5min, MTTF10 million hours, PC MTTF only 10000~15000 hours. At the same time, the industrial control computer can real-time, on-line detection and control of the production process, the change of working condition to give timely response, fast acquisition and output regulation, distress self reset, ensure the normal operation of the system.

The IPC IPC-610H produced by Advantech PC, based on LabVIEW platform, design a fuel cell test system, can the parameters automatic test of the fuel cell, and can use the PC interface, simple control of fuel cell. First of all, according to functional requirements, design and build a physical platform, and then in LabVIEW graphical programming, design requirements and the introduction of beautiful man-machine interface. Real time signal processing is realized by system integration, which provides a test method for fuel cell development.

KeyWord：Fuel Cell； Industrial Control； LabVIEW

目录

第1章 绪论 1

1.1 燃料电池概述 1

1.2 LabVIEW简介 2

1.3 本文研究内容 2

第2章 研究方案 3

2.1 需求说明 3

2.2 燃料电池测试平台的设计 3

2.3 硬件设备选型 4

2.3.1 数据采集卡选型 4

2.3.2 工控机选型 6

第3章 数据采集卡的使用及编程 7

3.1 模拟量输入滤波器设计 7

3.2 LabVIEW程序设计 8

3.2.1 研华DAQ Navi简介 8

3.2.2 在LabVIEW中使用DAQ Navi 9

3.3 数据处理 11

3.4 波形图绘制 13

3.5 数字量输出 13

3.6 界面设计 15

第4章 DC-DC变换器监测与控制系统设计 16

4.1 DC-DC变换器设计方案 16

4.2 CAN总线简介 17

4.3 LabVIEW与CAN 18

4.3.1 接口库函数简介 18

4.3.2 库函数描述 19

4.3.3 CAN总线数据收发程序编写 20

4.4 数据解析 23

4.5 数据发送 28

4.6 界面设计 30

第5章 巡检系统设计 31

5.1 系统方案 31

5.2 程序编写 31

5.3 界面设计 32

第6章 数据存储 32

第7章 总结 33

参考文献 34

致谢 35

第1章 绪论

1.1 燃料电池概述

1839年，英国人格罗夫发明了燃料电池，并以铂黑为电极催化剂，通过简单的氢-氧燃料电池，点亮了伦敦讲演厅的照明灯。1889年穆德和朗格将这种装置命名为燃料电池。

燃料电池本质上是一种电化学装置，与一般电池有相同的组成。其单体电池由两个电极——燃料为正极，氧化剂为负极，以及电解质组成。不同的是，一般电池内部贮存有活性物质，所以电池容量受到限制。而燃料电池的电极不包含活性物质，它们的作用只是催化转换元件。电池工作时，外部将燃料和氧化剂送入电池内部，理论上只要燃料和氧化剂不断输入，并不断排出生成物，燃料电池就能连续地发电。由于本文所使用燃料电池为氢-氧燃料电池，所以仅介绍此类燃料电池原理。

氢-氧燃料电池的工作过程是电解水的逆过程。电极反应为： 负极：H2 2OH-→2H2O 2e-；正极：1/2O2 H2O 2e-→2OH-；电池反应：H2 1/2O2==H2O。