[发明专利]一种燃料电池发动机智能控制平台及其控制方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池发动机智能控制平台及控制方法，控制平台包括燃料电池电堆、电堆运行监测装置、电堆运行环境控制装置、控制器、上位机，其中，控制器用于接收电堆运行监测装置采集的数据并进行处理，并向电堆运行环境控制装置发出控制指令，控制燃料电池电堆的工作；控制器与电堆运行监测装置、电堆运行环境控制装置之间通过CAN总线通讯，控制器与上位机之间通过串口通信；开关量输入、开关量输出、模拟量输入/输出均有光电隔离保护电路，提高电磁兼容及电气安全。该智能控制平台解决了目前大多燃料电池发动机控制器硬件功能单一、品质参差不齐、可扩展性差、难以满足目前燃料电池发动机及汽车智能化控制的软硬件资源需求问题。

技术领域

本发明属于汽车用燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池发动机智能控制平台及其控制方法。

背景技术

燃料电池发动机控制器是燃料电池发动机的大脑，控制燃料电池发动机的安全可靠运行。燃料电池发动机控制器的功能主要包括气管理，电管理，水管理，热管理，通信功能与故障诊断。

(1)气管理，氢燃料电池主要通过氢气与氧气的反应来发电，因此气管理在系统中具有重要作用。首先根据当前设定的功率，来选择最佳运行状态下的反应气体压力，另一方面，反应气体不断消耗，流量的变化会导致压力的波动。为了保证燃料电池的正常运转，必须设计合理的气管理系统。

(2)电管理，燃料电池的电管理主要包括各个单体电池的电压检测、输出电流过电流保护等。在燃料电池工作期间，电池组监控器要实时检测单电池电压、输出总电压，输出电流等。若有某单电池损坏，则可能导致电池组不能正常运行，甚至爆炸。当输出电流过载时，电池组也会出现故障及危险，这时就要及时停止电池组工作。

(3)水管理，采用有效的水管理，不仅可以增加电池的峰值功率，而且可以增大电池在峰值功率工作时的稳定性。保持电池内部适当的湿度，并及时排除阴极侧多余的水，是确保质子交换膜燃料电池稳定运行及延长工作寿命的重要手段，为确保电池组性能，反应气必须预增湿。此电池组使用尾气循环反应气增湿方法。由于FCE电化学反应上生成的水和水在电池内传递，电池组排出尾气的湿度已经达到或接近100％，因此只要将电池尾气循环，与新进入尚未增湿的反应气混合，再进入电池组，即可达到对反应气增湿的目的。尾气循环采用风机进行，电池组进口反应气的湿度则由循环尾气湿度与循环比决定。增加风机转速就可以增加循环比，从而提高反应气湿度。

(4)热管理，热管理是指对电池工作温度的控制。在FCE电池组工作温度维持在60-75℃有50％左右的热量必须排除出。需要采取适当的冷却措施，如空冷或水冷，以维持电池组工作温度。若系统采用水冷，循环冷却水通过去离子后进入水箱，通过调节水泵的转速，可以控制冷却水的流量，冷却水经过两路，一路为散热器，一路为旁路阀，最后的回水再次回到水箱。通过调节旁路阀的开度，即可控制流经散热器的水的比例，从而可以使燃料电池组快速升温。冷却液采用去离子水，对水的电导要求非常严格。

(5)通信功能，FCE作为整车的一部分，需要接收整车控制器的工作指令并向整车控制器汇报当前FCE的工作状态与工作参数，这都需要通过FCE控制器的通信功能实现。同时，FCE控制器还需要与电脑、诊断仪等设备通信以实现调试与故障诊断等功能。

(6)故障诊断，控制器故障诊断功能可以快速定位汽车电气故障；同时保证行车过程中出现电气故障时车辆的安全性，合理的故障处理是汽车功能安全的核心。FCE控制器故障诊断完善程度决定了FCE与燃料电池汽车安全性可靠性与长期可维护性。

现有氢气为燃料的燃料电池的控制器主要包括电源管理模块、氧传感器控制模块、燃气喷嘴控制模块、节气门控制模块、模拟输入输出模块、开关量输入输出模块、接插件、单片机。