燃料电池电动汽车控制系统
简述电-电混合式燃料电池电动汽车工作原理
电-电混合式燃料电池电动汽车是一种结合了燃料电池和电池的先进汽车技术。
它利用燃料电池和电池两种能量存储方式的优势，实现了高效能量转换和长续航里程。
下面将详细介绍电-电混合式燃料电池电动汽车的工作原理。
1. 燃料电池系统燃料电池是电-电混合式燃料电池电动汽车的核心部件之一。
它将氢气（H2）与氧气（O2）通过化学反应产生电能，并生成水（H2O）。
这个过程称为氢氧化反应，也被称为“冷燃料”。
燃料电池系统主要由燃料电池堆、氢气供应系统和冷却系统组成。
- 燃料电池堆：燃料电池堆是由多个单元组成的，每个单元都有阳极和阴极两个极板，中间隔有电解质膜。
当氢气在阳极侧流过时，氢气分子被分解成质子（H+）和电子（e-）。
质子穿过电解质膜，而电子则通过外部电路流回阴极侧，产生电流。
- 氢气供应系统：氢气供应系统负责储存和供应燃料电池所需的氢气。
氢气可以通过水电解、天然气重整或液化氢等方式获得，并经过净化和压缩后存储于氢气储存罐中。
在需要时，氢气会被释放给燃料电池堆进行反应。
- 冷却系统：燃料电池堆的反应过程会产生热量，冷却系统负责将热量排出，以保持燃料电池堆的适宜工作温度。
2. 电池系统电池系统是电-电混合式燃料电池电动汽车的另一个重要组成部分。
电池系统主要由锂离子电池组成，用于存储电能并提供额外的功率输出。
电池系统可通过充电或回收制动能量来储存电能，以满足车辆行驶过程中的瞬时动力需求。
3. 动力控制系统动力控制系统是电-电混合式燃料电池电动汽车的关键部分，它负责管理和分配燃料电池和电池系统输出的能量，以满足车辆的动力需求。
动力控制系统包括功率电子装置、控制器和电动机。
- 功率电子装置：功率电子装置是连接燃料电池和电池系统以及电动机之间的关键设备。
它负责将直流电能转换为交流电能，并根据需要进行电压和电流的调节和控制。
- 控制器：控制器是动力控制系统的大脑，负责监测和控制燃料电池和电池系统的工作状态，以及电动机的输出功率。
新能源汽车的动力系统与控制
新能源汽车的动力系统与控制1. 引言近年来，随着环境污染问题的日益严重和全球对可再生能源的需求增加，新能源汽车逐渐成为人们关注的热点话题。
新能源汽车作为替代传统燃油汽车的一种可持续发展解决方案，其动力系统和控制技术的创新与发展显得尤为重要。
本文将对新能源汽车的动力系统和控制技术进行详细探讨。
2. 新能源汽车动力系统的分类新能源汽车的动力系统主要包括纯电动、混合动力和燃料电池动力等几种类型。
纯电动汽车通过电池储存电能驱动电动机，实现车辆的运行；混合动力汽车则采用内燃机和电动机的双重动力，充分发挥二者的优势；而燃料电池汽车则将氢气与氧气反应产生电能供电，以实现车辆的驱动。
不同类型的新能源汽车动力系统有其特定的技术和控制要求。
3. 纯电动汽车动力系统与控制纯电动汽车的动力系统主要由电池组、电动机和控制器等核心部件组成。
电池组负责储存和输出电能，电动机则将电能转化为机械能，控制器则实现对电池组和电动机的精确控制。
在纯电动汽车的控制方面，需要实时监测电池的电量以及电动机的转速和扭矩等参数，并根据车辆的需求进行动力输出的控制。
此外，纯电动汽车还需要具备能量回收技术，通过回收制动时产生的能量来充电，提高电池的能量利用效率。
4. 混合动力汽车动力系统与控制混合动力汽车是传统燃油汽车和纯电动汽车的结合体，其动力系统包括内燃机、电动机、电池组和控制器等组成部分。
内燃机主要负责提供长途行驶的动力，电动机则用于辅助动力输出和启动等短途行驶。
混合动力汽车的控制系统需要实时判断车辆的行驶状态和驾驶行为，根据不同情况智能地调配内燃机和电动机的动力输出，提高能源利用效率。
此外，混合动力汽车还具备能量回收技术，通过制动能量回收来提供部分电池充电需求。
5. 燃料电池汽车动力系统与控制燃料电池汽车采用氢气与氧气反应产生电能，其动力系统主要由燃料电池、氢气储存装置、电动机和控制器等组成。
燃料电池是其中的核心部件，负责将燃料氢气与氧气反应产生电能。
燃料电池电动汽车的主要结构和组成部分介绍
燃料电池电动汽车的主要结构和组成部分介绍燃料电池电动汽车是利用燃料电池作为能源，将化学能转化为电能驱动电动汽车运行的一种新型汽车。
它与传统的内燃机汽车相比，具有零排放、高效能、低噪音等优点，是未来新能源汽车发展的重要方向之一、下面将介绍燃料电池电动汽车的主要结构和组成部分。
1.燃料电池堆：燃料电池堆是燃料电池电动汽车的核心部分，它由多个燃料电池单元组成。
每个燃料电池单元由两个电极、电解质膜和电催化剂组成。
当燃料（常用的是氢气）和氧气通过不同的电极与电解质膜反应时，产生电子和离子。
电子通过外部电路传导出去驱动电动汽车运行，而离子则通过电解质膜传递，保持正负电荷平衡。
2.燃料供应系统：燃料供应系统主要包括氢气储存器、氢气传输管道和氢气喷射器。
燃料电池电动汽车使用氢气作为燃料，因此需要一个氢气储存器来存放氢气，并通过传输管道将氢气输送到燃料电池堆。
氢气喷射器将氢气注入燃料电池堆，参与反应转化为电能。
3.氧气供应系统：氧气供应系统主要包括氧气传输管道和氧气供应单元。
氧气传输管道将外界的空气输送到燃料电池堆，供给氧气参与反应。
氧气供应单元通常为污染物捕获装置，可以有效地过滤和吸收空气中的杂质和污染物，保证氧气的纯度和质量。
4.控制系统：燃料电池电动汽车的控制系统包括电池管理系统（BMS）、氢气控制系统和水管理系统。
电池管理系统主要用于监测和管理燃料电池堆的工作状况，保证系统的安全稳定运行。
氢气控制系统用于控制氢气的供给和喷射，确保燃料电池堆的正常运行。
水管理系统主要用于控制燃料电池堆内的水循环，保持电解质膜的湿润状态。
5.动力系统：燃料电池电动汽车的动力系统主要由电动驱动系统和能量回收系统组成。
电动驱动系统由电动机、电机控制器和传动装置组成，将电能转化为机械能驱动车辆前进。
能量回收系统通过回收制动能量和洗涤水的余热能量等，将废能量转化为电能，提高能源利用效率。
除了以上的主要结构和组成部分，燃料电池电动汽车还包括车身结构、悬挂系统、转向系统等其他常规汽车的组成部分。
新能源汽车构造
新能源汽车构造新能源汽车是指采用新能源作为动力驱动的汽车，主要包括电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车等几种类型。
新能源汽车相比传统燃油汽车具有很多优势，如环保、节能、低排放等，并且在全球范围内受到了越来越多的关注和支持。
本文将针对新能源汽车的构造和原理进行详细介绍。
新能源汽车的构造主要包括动力系统、电池系统、控制系统和车身构造等几个部分。
一、动力系统动力系统是新能源汽车的核心部分，它决定了汽车的驱动性能。
新能源汽车的动力系统主要由电动机、电池和电控制系统组成。
1.电动机：电动机是新能源汽车的动力源，它通过直流或交流电能转化为机械能驱动汽车行驶。
电动机一般通过减速器与汽车的传动系统连接，实现驱动轮转动。
电动机有多种类型，包括永磁同步电动机、感应电动机和开关磁阻电动机等。
2.电池：电池是新能源汽车的能量储存装置，它将电能转化为化学能进行存储，并在需要时释放出来供电动机使用。
电池的种类有很多，目前常用的是锂离子电池。
锂离子电池具有能量密度高、重量轻、寿命长等优点，是目前新能源汽车中最常用的电池类型。
3.电控制系统：电控制系统是新能源汽车的大脑，它负责监测和控制电动机、电池和其他相关设备的工作状态，保证整个动力系统的正常运行。
电控制系统还可以根据司机操作和车辆行驶状态进行智能调节，以提高汽车的性能和能效。
二、电池系统电池系统是新能源汽车的能量储存装置，它决定了汽车的续航里程和使用寿命。
电池系统主要由多个电池组成，每个电池又由多个电池单元组成。
1.电池组：电池组是由若干个电池串联或并联组成的整体，通常安装在车辆的底部或后备箱等位置。
电池组的容量和配置决定了汽车的续航里程和输出功率。
2.电池单元：电池单元是电池组的基本构件，它由正极、负极、电解液和隔膜组成。
电池单元的种类有很多，如锂离子电池、镍氢电池和燃料电池等。
三、控制系统控制系统是新能源汽车的“大脑”，它负责监测和控制整个车辆的运行状态，以保证行驶安全和提高能效。
丰田Mirai氢能源燃料电池混合动力汽车核心控制策略(四)
文/江苏 田锐丰田Mirai氢能源燃料电池混合动力汽车核心控制策略(四)(接上期)1.系统控制(1)基于多种驾驶条件EV控制ECU向牵引电动机提供最佳的电能，以响应驾驶员的需求，实现平稳有力的驾驶。
此外，它还监控和控制HV蓄电池状况和高压电路，与防滑控制ECU协同控制再生制动等，并全面执行与燃料电池系统相关的各种控制，系统控制如表2所示。
(2)燃料电池系统激活①踩下制动踏板时，按下电源开关即可启动燃料电池系统。
启动和停止时，内置在燃料电池堆栈中的FC主继电器和安装在高压储氢罐上的罐阀都会启动，从而发出操作声音。
②如果燃料电池系统启动时，燃料电池堆栈冷却液温度较低(-10℃或更低)，启动时间将变长，因此组合仪表总成中的多信息显示屏将显示以下屏幕，如图38所示。
当车辆在寒冷的环境温度(-10℃或更低)下行驶时，除了正常的启动/停止顺序外，车辆启动时将执行快速预热，停止时将执行防冻处理。
这可确保在低温区域启动。
图38 极寒温度下燃料电池启动仪表显示③燃料电池系统启动时，再次按下电源开关将停止系统。
④当车辆行驶时，电源开关操作被取消。
如果在车辆行驶过程中出现绝对需要停止燃料电池系统的情况，则快速按下电源开关2次或以上，或按住电源开关2s或以上，将强制停止燃料电池系统，电源模式将更改为ACC。
⑤当通过操作驾驶员开关发出启动请求时，将执行高压和氢燃料安全检查，然后系统将启动。
然后当电源开关关闭时，将执行排水处理和氢燃料泄漏检查。
(3)燃料电池系统输出控制燃料电池系统输出控制，如图39所示。
①EV控制ECU鉴于加速踏板开度信号、换挡杆位置信号和车速信号来计算驾驶员的请求输出功率，并根据驾驶条件做出总输出请求，通过向燃料电池控制ECU发送请求信号来控制目标驱动功率。
②基于从EV控制ECU接收的燃料电池输出请求，燃料电池控制ECU确定必要的空气和氢气量。
燃料电池控制ECU控制燃料电池堆栈总成组件中的氢气喷射器和氢泵以获取发电所需的氢，同时以带电动机的燃料电池空气压缩机的请求RPM(转速)值的形式向EV控制ECU发送必要空气量的请求。
燃料电池汽车动力系统的组成
燃料电池汽车动力系统中的关键组成部分
燃料电池汽车动力系统是由多个组成部分组成的，在整个系统中，有几个关键组成部分非常重要。
这些关键组成部分包括：燃料电池、
氢气储气罐、空气进气系统、氢气传输系统和电力转换系统。
下面将
分别介绍每一个部分的作用和特点。
1. 燃料电池
燃料电池是整个系统的核心组成部分，它将氢气和氧气进行催化
反应，产生电能。
不同类型的燃料电池有不同的催化剂和工作原理，
其中常见的有质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池。
燃料电池
具有高效能、高能量密度、零排放等特点，是燃料电池汽车的重要动
力源。
2. 氢气储气罐
氢气储气罐是储藏氢气的设备，通常采用高压压缩纯氢气储存。
储存氢气的容量和储存方式对整个系统的稳定性和性能有着至关重要
的作用。
3. 空气进气系统
空气进气系统包括进气管、空气滤清器和进气阀等组成部分，该
系统主要用于提供空气供氧，满足燃料电池的反应需要。
4. 氢气传输系统
氢气传输系统负责将储存的氢气从储气罐中传输到燃料电池中进行反应，包括氢气输送管道、氢气控制阀、氢气泄压阀等组成部分。
5. 电力转换系统
电力转换系统将燃料电池产生的直流电能转换为交流电能，供给电动机驱动车辆运动。
电力转换系统包括直流/交流变换器、电动机控制器等组成部分。
简述燃料电池电动汽车动力系统的组成
简述燃料电池电动汽车动力系统的组成燃料电池电动汽车动力系统由燃料电池发电机、变速箱、电动机驱动器、主动安全装置、电控系统和电池组组成。
燃料电池发电机是燃料电池电动汽车动力系统的核心，它可以根据汽车的动力需求，将氢气产生的电能转换成可以驱动汽车的电能。
变速箱是汽车变速系统的一部分，它可以根据汽车的驾驶状态进行调节，以确保有效利用电池发出的动力。
电动机驱动器是将燃料电池发电机实现汽车驱动的重要部件，它可以将电能转换成机械动力，从而使汽车发动机输出更大的动力。
主动安全装置负责确保汽车的行驶安全，它可以检测汽车油门位置，以及汽车转速和实时的行驶速度，以便及时调整汽车的动力输出，避免发生意外情况。
电控系统是汽车动力系统的重要部分，它可以根据驾驶者的操作，控制燃料电池的动力输出，以及汽车发动机的驱动方式，确保汽车行驶安全可靠。
电池组是汽车电源的重要部件，它可以储存最大限度的电能，并由电控系统控制充放电，以提供汽车持续的行驶动力。
氢能源汽车的控制系统与自动化原理
氢能源汽车的控制系统与自动化原理随着环境污染和能源危机的不断加剧，氢能源汽车作为未来可持续发展的关键技术之一，备受瞩目。
与传统燃油车相比，氢能源汽车具有零排放、高效能、快速加氢等优势，但其控制系统和自动化原理也变得尤为重要。
本文就氢能源汽车的控制系统与自动化原理展开讨论。
一、氢能源汽车的控制系统介绍氢能源汽车的控制系统由多个关键组件组成，包括氢燃料电池、氢气储罐、电动机、电控系统等。
这些组件通过控制系统紧密配合，实现氢能源汽车的高效运行。
1. 氢燃料电池氢燃料电池是氢能源汽车的核心能源转化装置，将氢气与氧气反应产生电能。
氢燃料电池的控制系统需确保其正常供电、电压稳定，同时监测电流和输出功率等关键参数。
2. 氢气储罐氢气储罐是存储氢气的关键设备，用于提供氢气供给燃料电池。
控制系统需要实时监测氢气储罐的压力和温度，确保氢气供给的稳定性和安全性。
3. 电动机电动机是氢能源汽车的动力源，负责将电能转换为机械能驱动车辆运行。
控制系统需要实时调节电动机的转速和转矩，确保车辆的平稳加速和运行效率。
4. 电控系统电控系统是氢能源汽车控制的大脑，负责监测和控制各个系统的运行状态并作出响应。
电控系统需要实现氢气供给控制、能量管理、安全保护等功能，确保汽车的正常运行和安全性。
二、氢能源汽车的自动化原理氢能源汽车的自动化原理是利用先进的传感器、控制算法和通信技术，实现车辆的自动控制和智能化管理。
1. 传感器技术氢能源汽车借助各种传感器实时感知各项参数，如车速、车距、氢气浓度等。
通过传感器技术，控制系统能够获得准确的信息，为后续控制决策提供数据支持。
2. 控制算法控制算法是氢能源汽车自动化的核心，通过对各个组件的数据进行分析和处理，实现车辆的自主控制。
控制算法可以根据传感器数据调整发动机功率、调节刹车力度、优化能量转化等，提升车辆的性能和效率。
3. 通信技术通信技术在氢能源汽车的自动化中起到关键作用，通过与基站或其他车辆进行通信，实现车辆间的信息交互和协作。
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摘要在能源和环保形势日益严峻的今天，燃料电池电动汽车以其特有的优势成为未来环保汽车的首选之一。
本文以研究电动汽车为背景，以燃料电池电动汽车为研究对象，开展对整车控制器及能量管理的研究。
本文对燃料电池电动汽车整车电控系统作了分析，讨论整车控制系统的结构，包括燃料电池，蓄电池组，燃料电池控制器，整车控制器，DC-DC变换器，数字电机控制器，电机等。
介绍了各组成部分的特性和功能，分析了燃料电池电动汽车的能量控制策略和行驶控制策略，通过结合能量管理的任务和实际运行情况来制定整车控制器的控制策略。
以8位微控制器为核心，设计车辆控制关键参量的采集与输出控制模块以及与其他通信模块。
关键参量包括油门电压、档位信号、刹车信号、总线电压等。
结合整车控制器的控制策略，基于VW开发平台，采用汇编语言对整车控制器软件系统进行了研究设计。
同时，将CAN总线引入了车辆控制系统，用于实现基于CAN总线的VCU与FCU 间的通信，改变了以往的通信方式。
此外，专门研究了蓄电池组的管理问题，结合蓄电池组管理任务和实际情况设计了目前的蓄电池组管理系统。
主要包括蓄电池电压和温度的管理、充放电控制。
关键词：燃料电池，车控制器，字电机控制器，CAN总线，电池管理AbstractIn nowadays, with the situation of energy and environmental protection has became austere day by day, the fuel cell electric vehicle will become one of the first choices of environmental protection vehicle in future because of its unique superiority. This dissertation takes the research and develops of electric vehicle as a background, then the vehicle control unit and the energy management are researched and developed for fuel cell car.This dissertation analyzes the whole vehicle control system of fuel cell electric vehicle in detail and discusses the configuration of vehicle control system, which includes fuel cell, battery package, fuel cell control unit, vehicle control unit, DC-DC converter, digital motor controller, motor and so on. The characteristic and function of each unit are introduced specifically, and the energy control strategy and driving control strategy of fuel cell electric vehicle are analyzed, and also the control strategy about vehicle control unit is completed based on the task of vehicle energy management and the actual situation.Using 8-bit micro controller as the core, the collecting of key parameter of vehicle control and output control module is designed. The key parameters include accelerator voltage, shift position signal, brake signal, the voltage of DC BUS and so on. Under the VW platform, the software system of vehicle control unit was designed based on the control strategy of vehicle control.At the same time, the CAN BUS is introduced in the vehicle control system, to realized the communication between VCU and FCU witch based on CAN BUS. It changes the former communications mode. In addition, study on battery management is put forwarded specially. Based on the task of battery management system and the actual situation, the management system of battery package is discussed. The system mainly includes the monitoring of the voltage and the temperature of battery, the control of charge and discharge, the malfunction alarm and diagnosis.Key words：Fuel cell，vehicle control unit，digital motor controller，can bus，the management of battery package目录1绪论 (1)1.1课题研究的背景及重要意义 (1)1.2燃料电池汽车的国内外发展现状 (2)1.3燃料电池汽车关键技术 (4)1.4论文主要的研究内容 (6)2燃料电池电动汽车控制系统 (7)2.1燃料电池电动汽车整车电控系统的结构 (7)2.2燃料电池电动汽车整车电控系统的控制策略 (10)本章小结 (13)3关键参量 (14)3.1 VCU主控芯片 (14)3.2关键参量 (20)本章小结 (24)4 VCU与FCU通信 (25)4.1 CAN总线通信技术 (26)4.2 CAN主要功能模块 (28)4.3 CAN总线智能节点 (30)本章小结 (31)5电池组的管理系统的设计 (32)5.1电池管理系统概述 (32)5.2电池组管理模块设计 (33)本章小结 (36)6软件系统设计 (37)6.1系统软件语言及编译环境 (37)6.2软件系统总体设计 (37)本章小结 (44)7总结与展望 (45)7.1总结 (45)7.2展望 (45)参考文献 (46)致谢 (48)附录 (49)1 系统主电路原理图 (49)2蓄电池组温度和电压采集电路原理图 (50)1绪论1.1课题研究的背景及重要意义1.1.1课题研究的背景汽车工业是国民经济的支柱产业，是衡量一个国家工业化水平的重要标志。
经济的迅速发展和城市人口的增加，促使了交通运输业的极大发展，汽车带给人们方便、快捷和舒适的现代生活。
2006年我国汽车的销售量已突破700多万辆。
经济发达国家在世界经济中的地位与其在世界汽车工业中的排名顺序是基本吻合的。
迄今为止，还没有任何一种商品能够取代汽车在全球出口贸易中第一大商品的地位[1]。
汽车工业的发展将带动相关产业的技术创新和产业本身的发展。
然而，随着汽车日益增多，以石油产品为动力源的车辆所排放的废气成了影响地球气候和污染城市自然环境的主要来源。
同时也带来了潜在的能源危机问题，特别是最近十年，环境污染和能源危机已经成为世界各国面临的两大问题。
2000年以来，车用汽油、柴油年消费约占我国汽油、柴油消费总量的一半，石油消费的1/3左右。
我国是石油生产大国，年产石油达1.6亿吨，居世界第五位。
但是人均占有量仅为世界平均水平的1/10。
近些年来，随着国民经济的持续发展，我国对石油的需求不断增加，供需缺口增大，迫使我国从国外进口大量石油。
据权威组织预测，地球上已探明的石油储量在50年内将耗尽，而在各种石油消耗中，汽车消耗占50%以上。
寻找新型能源已经成为人类社会发展的必经之路。
目前，汽车的主要动力源还是以石油为主，汽车已经成为大气污染的主要来源。
特别对于汽车密集、交通拥挤的大城市而言，汽车在停停走走的工况下运行，使汽车经常处于怠速状态，不仅增加了油耗，也使汽车的排放恶化。
进入21世纪，随着经济对可持续发展的追求和人们对生活环境提出了越来越高的要求，为了降低汽车的燃油消耗，减少有害的排放生成物，各国相继出台了更严格的排放法规。
汽车工作者对传统内燃机汽车采取了复杂的技术改造，这些技术的应用大大降低了汽车的尾气污染和燃油消耗。
但是传统的内燃机汽车由于其固有的燃烧和排放特性，对燃油消耗和排放的解决有一定的局限性。
同时复杂技术改造的直接后果是使得传统汽车的造价不断上升，利润空间越来越小，长此以往，不利于汽车工业的发展，也不利于汽车的普及。
因此需要寻找一个新型的“清洁”车型来逐渐取代传统的内燃机汽车。
纯电动汽车在使用中可实现零排放，在运行中无排放污染，如果发电厂以核能、水力、太阳能、风能或天然气为能源发电，对大气的污染会很小，并可利用煤炭、水力等其它非石油资源。
电动汽车具有低噪声、低热辐射、易操纵和易维护等优点是解决问题最有效的途径之一。
然而，由于电动汽车的关键技术-蓄电池技术的制约，电动汽车的性能价格比远远不能达到推广应用的标准。
其主要障碍是电池的能量密度极低，因此导致电池组的质量较大，电动汽车一次充电的续驶里程无法达到当前内燃机汽车水平，电池组价格昂贵，循环寿命有限，充电时间太长，频繁更换电池的成本也是难以接受的。
在传统内燃机汽车致命的缺点不能从根本上解决，而电动汽车由于技术问题在目前难以推广的情况下，人们提出了混合动力汽车这一概念。
它采用内燃机和电动机作为混合动力源，改善了整车的排放性能和燃油经济性，弥补了电动车辆续驶里程短的不足[2]。