燃料电池单片电压采集软件设计论文答辩ppt

燃料电池单片电压采集软件系统设计
答辩学生 : 指导老师 : 电气卓工 1401 班 游 志 宇 xxx
1/课题研究意义
目录
CONTENTS
2/初步设计方案
3/具体实现流程 4/论文归纳总结
01
课题研究意义
研究背景 研究意义 主要工作内容
课题研究背景
随着我国经济的飞速发展，能源消耗愈来愈大，汽车消费也在不断增加，我国已成为世界石油能源消耗大国之 一，但随之而来的问题则是环境污染加剧、化石能源也在慢慢枯竭，世界各国不得不开始重视能源危机与环境保护 问题。燃料电池（Fuel Cell）作为继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术，它可以直接将燃料 所具有的化学能转化为电能使用，并且由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换
对 64个通道进行数 据采集
选择采集通 道数
按下
设置
按钮
按下
启动
按钮
采集通道数大于 64
Yes
No
低电平 0
多路切换开关 接收到的电平信号
高电平
1
对低 64片部分进行 数据采集并将采集 到的数据暂存
对高 64片部分进行 数据采集
通道中，并将采集到的数据保存到预设好的文件夹
下，在这个过程中，随时可以通过显示方式切换按 钮在两种显示方式之前切换； 3)按下“停止”按钮，运行状态指示灯熄灭， 整个采集过程停止，数据显示界面也停止显示。
方便，可实时采集燃料电池电堆单片电压，监测其单片电池运行状态。经实验测试结果表明，该测试软
件运行稳定可靠，监测性能良好，实用性强，具有一定的实用价值。 本文设计的燃料电池电堆单片电压采集软件系统满足了系统需求，但在科技飞速发展的今天，燃料
电池的制造技术也在不断进步与发展。因此，对燃料电池电堆单片电压采集各方面的要求也会越来越高，
开始
软件运行流程
软件的具体运行流程如下： 1)软件打开之后应该自动弹出采集通道数的选 择界面，因为采集通道的数量直接决定了数据显示 界面和数据采集流程，用户也可以在之后通过 “设置”按钮随时对采集通道数进行修改； 2)通道数选择完成后，显示界面会显示相应的 采集通道，点击“启动”按钮，运行状态指示灯亮 起，程序开始运行，将采集到的数据显示到相应的
灵活性 虚拟测 试系统
便利性
图形 语言
LabVIEW
资源可 重用性
软件界面展示
当采集通道数量大于64或小于等于64时，程序采集流程
是不一样的，所以我们应该在软件界面上设计可选择的采集
通道数量。采集通道数的选择分为： 1. 实际采集1-16个单片，统一定义为16通道采集；
2.
3. 4.
实际采集17-32个单片，统一定义为32通道采集；
系统参 数配置 系统时 间参数 数据保 存
原始数 据获取
数据处 理 数据显 示
界面功能设计
通过详细的用户需求分析后，决定对软件界面 设计如下功能： 1)一个控制采集启停的按钮； 2)一个显示软件当前运行状态的指示灯； 3)一个显示日期和时间的文本框； 4)一个显示文件存储路径的文本框； 5)一个选择采集通道数的界面和一个打开采集 通道数选择界面的按钮；一个显示采集到的单片电 压数据界面，以及一个切换显示方式的按钮。
结束 将采集到的数据送 去显示并保存 将两组数据进行组 合得到128个通道 的数据
03
具体实现流程
数据采集卡二次开发 软件界面 具体程序展示
开发平台简介
LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是美国国家仪器公司（NI， National Instruments）推出的一种图形化程序开发环境。 LabVIEW 创建之初，是为工程师提供一个便捷地构建软 件界面并与外界通信的平台，随着发展它逐渐演变为一种 编程语言。计算机完成仪器界面构建和仪器功能的实现， 配以外围的数据采集设备，构成虚拟测试系统。当需要修 改仪器的功能时，只需要重新构建软件界面和程序代码即 可。这样的仪器可以通过软件进行重构，它的灵活性和资 源的可重用性具有传统仪器无可比拟的优势。 LabVIEW广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接 受，是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建 立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程 都生动有趣。此外，LabVIEW还为我们提供了大量设计中 常用的控件，如旋钮、按钮、开关等，便于依据用户的需 要，设计各种直观、简单，并且容易理解、调试和维护的 专用程序。它主要的方便就是，一个硬件的情况下，可以 通过改变软件，就可以实现不同的仪器仪表的功能，非常 方便，相当于软件即是硬件。
比如采集速度、采集精度等，所以该系统仍有许多有待改进的地方： 1. 进一步精简系统结构，提高系统可靠性，减少系统体积； 2. 开发巡检系统的海量数据存储功能。为测试新制电堆性能，巡检系统需要不间断工作上百个小时， 这就要求系统可以大量的数据存储，便于科研人员根据所需电压数据及时分析电堆性能； 3. 开发系统的以太网通讯功能，以实现互联网远程监控，便于现场工作人员远距离监控； 4. 开发研究模块化可伸缩的巡检系统，随着燃料电池技术的不断进步，燃料电池制造需求也逐步增加， 相应地对燃料电池的测试需求也必然增大。因此，增加系统模块化可伸缩功能，以满足不断变化的 燃料电池测试需求。
实际采集33-48个单片，统一定义为48通道采集； 实际采集49-64个单片，统一定义为64通道采集；
5.
6.
实际采集65-80个个单片，统一定义为80通道采集；
实际采集81-96个单片，统一定义为96通道采集； 实际采集97-112个单片，统一定义为112通道采集；
采集通道选择界面
7.
8.
实际采集113-128个单片，统一定义为128通道采集。
为了直观地观察到电堆单片电池故障所在，于是除了必须的数字显示界
面外，还另外设计了一个柱状显示界面。
柱状显示界面
数字显示界面
具体程序展示
该软件基于LabVIEW进行设计，其数据采集单元部分程序如下图所示，在对数据进行采集和显示之前， 首先应该判断所选择的采集通道数即单片数量是否大于64，因为当采集通道数超过64时，需要借助多路切
致谢
感谢学院提供的学习与实践的机会！ 特别感谢游志宇老师的悉心教导！ 感谢学院全体老师四年来对我的辛苦栽培！ 感谢各位答辩老师百忙之中抽空为我进行评审！
本人论文在某些方面难免有不足之处，恳请各位老 师批评指正，谢谢！
成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率极高。因此，燃料电池凭借其高效率、低污染、环保等优势被视为21
世纪最有前途的能源装置，被列为未来世界十大科技之首，受到了世界各国的高度重视和大力支持。 质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）也是一种燃料电池，在原理上相 当于水电解的“逆”装置。经过多年的基础研究与应用开发，质子交换膜燃料电池用作汽车动力的研究已取得实质 性进展，微型质子交换膜燃料电池便携电源和小型质子交换膜燃料电池移动电源已达到产品化程度，中、大功率质 子交换膜燃料电池发电系统的研究也取得了一定成果。质子交换膜燃料电池具有工作温度低、启动快、比功率高、 结构简单、操作方便等优点，被公认为电动汽车、固定发电站等的首选能源。
过程中决定以每多16片单片电池为一个间隔来进行设计，最多可以对128片单片电池组成的电堆进行采集。
三．采集数据的显示单元：除了必要的数据陈列模式之外，还要一个能直观地体现出发生故障的单片电池的位置的 显示界面，经过慎重的思考之后，本设计决定使用柱状图的形式来展示采集到的数据，当某一片单片电池发生 故障时，就能非常直观地观察到故障电池电压与其他电池电压不同。所以该软件应该具有两种数据显示方式， 分别为柱状显示和数字显示。 四．系统信息显示和数据保存单元：为了方便用户记录采集数据，软件还应设计当前日期与具体时间显示功能，其 来源为计算机的系统时间。文件的保存路径则为软件所在同级目录中的savedata\singlecell文件夹下，采集 到的数据将保存为 .txt文件，文件命名方式是以采集数据时的日期以及时间为依据，命名格式为“年月日时分 秒.txt”。
换开关对数据采集卡的64个通道进行分时复用才能采集完整的数据，数据采集程序肯定也会有所不同，因
为需要采集的单片电池数量低于64，所以我们只需要进行一次采集就可以采集到全部数据，并且当单片数 量不足64片时，还会排除掉不足的部分所采集到的无效数据，最后将所采集到的数据进行保存和显示。
其余部分程序详见论文，在此不再进行展示。
功能单元设计
一．数据采集的启停控制单元：为了方便用户能够随时对单片电压进行采集，一个启动和停止按钮是必不可少的。 此外，为了方便用户了解软件当前运行状态，本软件还设计了一个指示灯显示软件是否正在运行。 二．采集通道数的选择单元：当采集通道数量大于64或小于等于64时，程序采集流程是不一样的，所以我们应该在 软件界面上设计可选择的采集通道数量。为了能对市面上大多数燃料电池电堆进行单片电压的采集，所以设计
1
了解PEMFC电堆单片电压采集硬件系统工原理；
2 3 4Leabharlann Baidu
设计单片电压采集软件初步方案；
对USB DAQ采集卡进行二次开发；
基于LabVIEW设计单片电压采集软件系统；
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实验测试、完善并验证软件性能。
02
初步设计方案
总体架构 功能单元 界面设计 运行流程
软件总体架构
软件系统采用工业计算机作为平台，利用LabVIEW开发环境进行软件开发，实 现读取数据的作用，实时对电堆单片电压进行采集、显示和记录。
论文归纳总结
04
为了对PEMFC电堆单片电压进行采集，监控各的单片电池的运行暂态，方便在故障突发时及时找到 故障所在电池，并及时进行维修，本设计基于已经设计完成的燃料电池电堆单片电压采集硬件系统进行 了其软件系统的设计。该设计主要是将USB DAQ采集卡基于LabVIEW进行二次开发，利用LabVIEW多线程 技术编写其硬件控制程序。设计完成的控制程序操作简单、人性化，界面简洁、直观、清楚，数据保存
目前已有对电堆单片电压进行检测的系统，但由于其采集速度较慢、采集精度较低等缺 点，导致其无法准确快速地反映出燃料电池的PEMFC电堆在运行过程中的暂态过程，无法
对电堆的优化控制提供参考数据。鉴于此，开发一套采集速度快、采集精度高的软件系统，
配合硬件实现对电堆单片电压的检测，具有很高的应用价值。
主要工作内容
课题研究意义
由于质子交换膜燃料电池发电系统有望成为移动装备电源和重要建筑物备用电源的主要
发展方向，因此有许多问题需要进行深入的研究。而在其研发和使用的过程中，为了延长电 堆的使用寿命、节约成本，对燃料电池进行测试是必不可少的，这样我们才能监视并控制燃
料电池在各种情况下的运行状态，准确地获取其在各种情况下的工作特性和实时性能。