6.3.2 氢燃料电池／锂电池混合能源被动控制实验
1.实验目的
（1）了解常用的燃料电池／锂电池混合拓扑结构方案，学习燃料电池／锂电池混合能源被动拓扑结构的组成和电压匹配方法。
（2）学习混合系统的实验测试方法，深刻理解能源混合的意义，以及被动电压匹配下的燃料电池和锂电池的功率分配情况。
2.实验内容
氢燃料电池／锂电池混合能源被动控制。
3.实验设备及软件
本实验所需的主要设备包括安全供氢系统、氢燃料电池、锂电池、电子负载、DC／DC转换器、电流电压传感器、混合能源管理模块、上位机、电子负载上位机软件及串口通信软件，如表6-6所示。
表6-6 本实验所选用的设备及软件
4.实验过程
1）设备连接
根据图6-22所示的燃／锂混合实验系统架构，保持锂电池断开，除氢气供应外，将其他设备连接，连接完成后打开电子负载，等待设备启动完毕。
2）设置电子负载功率剖面
打开上位机中的电子负载监控软件Load Monitor，在“配置”界面中设置通信波特率为115 200，并选择对应的串口号，如“COM3：USB-SEARIAL”，其他参数默认。在软件界面选择“CW Mode”（功率模式），并在右侧“程序”选项卡中以步长40 W设计功率序列（0 W→200 W→0 W），每步持续时间为20 s，将“工作模式”选择“连续”，设置完成后，如图6-23所示。
图6-22 燃／锂混合实验系统架构
（a）燃／锂混合实验系统原理框图；（b）燃／锂混合实验系统实物连接示意图
图6-23 加载功率剖面设计
3）启动电子负载
从软件界面切换回“面板控制”，在电子负载面板按【P-set】键，输入“0”后，按【Enter】键，然后按【On／Off】键，启动电子负载；然后，在上位机软件主界面中，将控制切换到“PC控制”状态，此时电子负载软硬件准备完毕。
4）准备STM32开发板
为开发板上电，并初始化LCD显示，打开上位机的串口助手软件，并选择相应的串口号，停止位为1，数据位为8，无奇偶校验；然后打开串口，确认数据窗口有数据连续接收即可。
5）接入锂电池，并确认电压和电流采集正常
锂电池接入电路后，观察LCD和上位机串口助手数据栏窗口，确认锂电池电压是否显示正常；通过上位机软件小功率（如10 W）加载，确认LCD和串口助手所显示的电流与电子负载显示的电流一致，从而确认电流采集正常。然后，再次将负载功率调节至0 W。
6）启动氢燃料电池，并确认电压反馈正常
堵住氢气软管出口，打开高压氢气瓶的阀门，并调节减压阀，将输出压力调节至燃料电池进气口允许压力范围，手动排气测试出口压力基本稳定后，将软管插入氢燃料电池进氢口，从而启动燃料电池。然后，观察显示屏和串口助手，确认氢燃料电池电压显示正常。
7）启动测试工况
单击电子负载上位机软件“工作模式”栏下方的“运行”按钮，启动加载功率剖面，通过电子负载面板显示屏观察功率加载是否正常。若正常，则等待测试结束；若没有加载成功，则停止程序加载，检查并确认通信正常、已经切换至“PC控制”状态，并且负载处于“On”状态，然后重新运行功率剖面序列。一旦运行开始，则剖面运行结束后，会自动停止加载。
8）结束实验
单击串口助手界面的“保存窗口”按钮，将数据保存；断开锂电池，再将电子负载切换至“面板控制”，并按【On／Off】键停止电子负载运行，关闭电子负载电源；关闭STM32电源；关闭氢气瓶阀门，断开氢燃料电池的进氢软管，并将剩余氢气排入氢气柜或室外。
5.讨论与思考
（1）氢燃料电池／锂电池混合能源管理需要考虑什么目标？
（2）思考锂电池在混合电源系统中所起的作用。