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你知道燃料电池中的“最强大脑”是谁吗?

作者:中国储能网新闻中心 来源:捷氢科技 发布时间:2019-08-25 浏览:
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在燃料电池控制系统中,燃料电池系统控制器(Fuel-cell Control Unit简称FCU)负责接收整车的控制指令,协调燃料电池系统内的其他控制器和执行器工作,为车辆发出所需功率的电能。同时,FCU还具有实施监测的功能,它能监测传感器状态,实时诊断整个系统的故障,并在故障发生时及时“命令”系统做出反应,避免故障伤害电堆。所以,燃料电池系统控制器相当于整个系统控制的大脑,它对提升燃料电池经济性、耐久性、动力性以及可靠性起着至关重要的作用。


燃料电池控制软件的功能


燃料电池控制器丰富的功能源于其中强大的系统控制软件,系统控制软件事无巨细的对燃料电池进行控制与管理,主要包括:

氢气系统控制:燃料电池的阳极气体是氢气,控制系统通过闭环调节算法,保障阳极在每个工况下都有足够的供氢。

空气系统控制:燃料电池的阴极气体是空气,燃料电池的正常运行需要足够的空气压力与空气流量,燃料电池控制软件通过闭环解耦算法,保障正常运行所需的压力和流量。

水热系统控制:燃料电池不同工况的运行需要不同的温度,温度过低影响催化剂活性,温度过高影响电堆湿度。水热系统通过水泵与节温器的综合调节,使得燃料一直工作在“舒适”的温度。

输出功率控制:不同的车况下,需要燃料电池输出不同的功率,控制软件通过功率闭环控制,使得燃料电池及时响应驾驶员对功率的需求,提高驾驶体验。

系统通讯:燃料电池系统软件通过CAN通讯,接收整车的命令,并把燃料电池系统内的信息及时反馈给整车。

故障诊断:燃料电池动力系统发生故障时,控制软件需要通过模型与识别算法及时诊断发生哪种故障,并及时对故障进行处理,避免故障伤害燃料电池系统。

氢系统管理:燃料电池软件控制氢气从高压氢瓶中可靠进入电堆

氢安全管理:氢安全对燃料电池动力系统至关重要,控制软件每时每刻都在监控系统氢安全的各项压力流量指标,并在氢泄露时及时关闭氢瓶阀,避免发生安全事故。

燃料电池控制系统软件开发流程


燃料电池软件承担如此之多的重要功能,其开发过程需要规范的开发流程与严格的测试流程。捷氢燃料电池系统的软件开发采用基于模型开发(Model Based Design, MBD)的软件开发方式,遵循V模式开发流程,同时使用ASPICE流程体系规定并约束软件开发生命周期中的所有活动。软件的开发过程包括需求收集与分析,到软件架构设计与详细开发,最终自动生成软件代码。而软件开发的所有工作都对应有多层次静态验证、动态测试或验证的方法,以保证软件的功能和质量。

燃料电池控制的挑战与发展方向


现有燃料电池控制器系统遵循“一个子功能一个控制器”:整个系统内除了FCU控制器,还有循环泵控制器,DCF控制器,空压机控制器,水泵控制器,节温器控制器,组合阀控制器,背压阀控制器等等,硬件复杂度高,代码冗余量大。为解决上述问题,近年来基于多核运算的域控制器技术开始取代原先分布式的众多控制器。

就像PC电脑,使用强大的CPU处理绝大多数运算是成本与体积最优化的方案,域控制器的思路就是使用一个强大的多核芯片完成域内绝大部分运算而取消众多的其他控制器,这样可以达到成本和体积的优化,使得控制系统走向集成化,中心化(如下图控制系统的演进路线所示)。使用域控制器对燃料电池系统内的控制器进行集成设计,可以提高软硬件集成度,减小模块数量,降低质量风险,减小系统体积重量,增强生产线柔性,并有效降低成本,是未来重要的发展趋势。

对于燃料电池动力系统,硬件好像人的身体,控制软件好像人的大脑。健壮的身体和聪明的大脑是一个人高效工作学习必不可少的两大要素,稳定强大的硬件和可靠高效的软件是燃料电池系统高性能工作的两大支柱。对于每一代系统,硬件锁定之后更改代价相对较大,控制软件的更新正在成为捷氢燃料电池系统性能提升的重要动力源。

关键字:氢能 燃料电池

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