保护单元、数据采集单元以及反馈控制单元，硬件组成结构如图

2 所示。

图

2 测试系统硬件结

构框图

    从图中可以看出，
配气单元主要完成对
反应气体以及保护气
体的配送管理，在设
计时加入质量流量控
制计来实现对气体流量的采集与控制；气体加湿单元完成对反应气体的湿度和温度管理，
其核心部件为露点加湿器；电子负载单元完成对燃料电池电堆的放电管理；硬件联锁单元
完成对整个系统的安全控制，这是本测试系统研究的一个重点；数据采集单元完成对系统
中各传感器、控制器的数据采集；反馈控制单元则在对各数据分析后通过

PCI 总线发送控制

信号至控制卡以控制硬件联锁保护单元、配气单元和加湿单元的正常运行，而同时通过
RS485 总线，实现对电子负载工作状态、工作参数的实时采集和控制。
3.1  硬件联锁保护
    硬件联锁是相关联硬件之间串行或并行的组合，系统的硬件联锁保护是为系统硬件的正
常运行提供安全保护。针对燃料电池的运行方式与工作特性，本测试系统采用了如图

3 所示

的硬件联锁保护设计，即分别提供了数据采集卡工作状态检测、反应气体与保护气体压力状
态检测、手动紧急开关设置状态检测以及氢气泄漏监测的保护措施。其中，对于系统安全最
为重要的氢气泄漏问题，在设计中采用了高灵敏度的

MST Hydrogen Sensor Switch 以提高

反应速度，并设计了独立的保护电路以确保监测的实时性与可靠性。
    在整个测试系统开始运行或运行过程中，当出现电池电压异常、电池温度异常、负荷装置
过载、扩散器水位异常、系统内部异常过热、气体供给失压或超压、氢气泄漏等情况时，硬件
联锁保护都能立即切断反应物供给通道，紧急吹入氮气清洗燃料电池，使反应立刻停止，
并通过声光进行报警。同时通过手动紧急开关功能的设置，工程师可以随时手动停止燃料电
池的工作。

图

3 硬件联锁保护逻辑

图

3.2  多通道数据采集与
反馈控制
    整个测试系统的核心
是基于

PCI 总线的数据

采集与反馈控制。在该
测试系统需要采集模拟
量共有

13 路，其中热

电耦的温度模块有

7 路

电流信号，气体压力有
2 路电流信号，气体流
量有

2 路电压信号，电池电压与电流采集则各有 1 路。在设计中，压力传感器采用了高精度

的

DC1300-DF 型压力变送器，测试精度为 0.5%，流量计采用 D07-9C 质量流量控制计，测

试精度

1%，控制精度 1.5%。系统的模拟量输出共有 6 路，分别为可控硅的温度模块 4 路、

流量计控制输出

2 路。而本测试系统的数字采集和控制量是跟系统安全运行相关的一些重要