基于PowerECU燃料电池控制系统开发与设计
燃料电池发动机二次开发控制系统的设计与实现
燃料电池发动机二次开发控制系统的设计与实现质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell；PEMFC)是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的发电装置，具有能量高、噪音小、无污染、零排放和能量转换效率高等特点，适合做电动汽车的动力能源。
各国政府、企业和科研机构都致力于研究质子交换膜燃料电池电动汽车，而燃料电池发动机作为其核心目前处于突破前期，正在成为新的研发热点。
然而，许多研究都仅仅着重于改善燃料电池堆的性能，对控制系统的研究则相对较少。
传统的控制系统是根据特定的发动机特点而设计的，其固定的控制策略、线路接口以及运行参数在很大程度上限制了控制功能的扩展，无法满足用户对控制系统的使用与开发需求，而系统软件在维护中也因不断被修改而退化。
鉴于此，本文提出并设计了一种新型的燃料电池发动机控制系统，在满足所有控制目标的同时还具备二次开发升级、多种控制策略可选等功能，大大提高了控制系统的灵活性和适应性，并取得了良好的控制效果。
系统结构燃料电池发动机二次开发控制系统的系统结构按其功能可分以下几部分：上位机配置终端、可软配置控制器、燃料电池电堆、氢气供给系统、空气供给系统、增湿系统、冷却水管理系统、安全报警系统以及通讯监控系统，如图1所示。
燃料电池发动机以上位机作为软配置终端，以控制器为控制和协调中心，以燃料电池电堆为发动机的核心，进入电堆的氢气和氧气在一定的条件下反应，产生电能和水。
上位机配置终端可以选择不同的控制策略，也能对控制器进行二次开发升级；氢气供给系统负责给电堆提供一定压力和流量的纯净氢气；空气供给系统向电堆提供足够的空气用于反应；增湿系统负责向电堆提供适当的湿度以便于提高反应效率；冷却水管理系统主要将电堆发出的多余热量通过循环去离子水带出电堆并通过冷却器散热，使电堆处于高效的反应条件下工作；安全报警系统通过实时检测电堆工作过程中的各种状态和参数，在故障出现时及时发出报警信息；通讯监控系统可实时显示当前的各种物理数据和运行状态，并可将所需数据记录下来以便研究分析。
燃料电池发动机二次开发控制系统的设计与实现
系统结构
燃 料 电池 发 动 机 二 次 开 发 控制
种将 储 存 在 燃 料 和 氧 化 剂 中 的化
学 能转 化为 电 能 的发 电装置 ， 具有 能 系 统 的系 统 结 构 按 其 功 能 可 分 以下 量 高 、噪音 小 、 污 染 、 排 放 和 能 几 部分 ： 位 机 配 置 终 端 、 软 配 置 无 零 上 可 量 转 换 效率高 等 特 点 ， 合做 电动 汽 控 制 器 、 料 电池 电堆 、 气 供 给 系 适 燃 氢 车 的动 力 能 源 。 国政 府 、 业 和 科 统 、 气 供 给 系 统 、 湿 系 统 、 却 各 企 空 增 冷
维普资讯
设计应 Ｄ ｉ ＆ｐｉｔ ｓ 罱 ｅ ｐ ｓ ｌｉ Ｇ
燃料电池发动机二次开发 控制系统的设计与实现
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基于PLC和ECU的氢燃料电池测试系统设计
基于PLC和ECU的氢燃料电池测试系统设计
陈辉
【期刊名称】《工业控制计算机》
【年(卷),期】2022(35)4
【摘要】随着新能源汽车的发展,与燃料电池相关的技术受到日益增多的关注。
作为应用范围最广的质子交换膜燃料电池,随着技术的迭代,在每次研发出新产品之后,都要测试其输出性能。
提出了一种基于PLC和ECU联合控制的氢燃料电池测试系统,结合了各类传感器和执行机构,完成在电池运行过程中对各项物理参数的获取和调控作用,实现在不同工况下的电池性能测试功能。
分别从硬件组成、系统原理、控制流程等方面介绍了该系统的设计过程。
实际应用表明,该测试系统能够很好地满足测试要求,获取精准的物理参数,具有广阔的应用前景。
【总页数】4页(P21-23)
【作者】陈辉
【作者单位】上海大学机电工程与自动化学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM9
【相关文献】
1.基于PLC和LabVIEW的燃料电池测试系统设计
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池的电动汽车混合动力系统设计5.氢燃料电池电动卡车VCU硬件在环测试系统设计与研究
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燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法与制作流程
图片简介:本技术提供燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法。
在来自负载的请求电力超过预先决定的基准值时，控制成为使燃料电池发出与请求电力对应的电力的通常运转模式。
在请求电力为基准值以下时，控制成为间歇运转模式。
在从间歇运转模式向通常运转模式转移时执行从燃料电池引出电流而使燃料电池的电压降低至还原电压的刷新处理。
间歇运转模式结束时的燃料电池内的氧量越少，则使在刷新处理开始时从燃料电池引出的电流越少。
技术要求1.一种燃料电池系统，其中，具备：燃料电池，层叠有多个单电池，接受含有氧的氧化气体和含有氢的燃料气体的供给来对于负载供给电力；氧化气体供给部，对于所述燃料电池供给所述氧化气体；控制部，控制所述燃料电池系统的运转状态；以及判定部，判定所述燃料电池内的氧量，在来自所述负载的请求电力超过预先决定的基准值时，所述控制部控制所述燃料电池系统的运转状态以便成为所述燃料电池发出与所述请求电力对应的电力的通常运转模式，在所述请求电力为所述基准值以下时，所述控制部控制所述燃料电池系统的运转状态以便成为间歇运转模式，该间歇运转模式是通过所述氧化气体供给部使比在所述通常运转模式中供给至所述燃料电池的氧量少且为了使所述燃料电池的电压成为预先设定的目标电压所需的氧量供给至所述燃料电池的模式，在从所述间歇运转模式向所述通常运转模式转移时，所述控制部在所述间歇运转模式结束的时机执行从所述燃料电池引出电流而使所述燃料电池的电压降低至还原电压的刷新处理，在所述时机所述判定部判定的所述氧量越少，则所述控制部将在所述刷新处理开始时从所述燃料电池引出的电流设定为越少的值。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述时机的所述燃料电池的电压越低，则所述判定部判定为所述燃料电池内的氧量越少。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述时机的、构成所述燃料电池的所述多个单电池各自的电压中的最大值与最小值之差越大，则所述判定部判定为所述燃料电池内的氧量越少。
燃料电池发动机二次开发控制系统的设计与实现
燃料电池发动机二次开发控制系统的设计与实现引言质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell；PEMFC)是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的发电装置，具有能量高、噪音小、无污染、零排放和能量转换效率高等特点，适合做电动汽车的动力能源。
各国政府、企业和科研机构都致力于研究质子交换膜燃料电池电动汽车，而燃料电池发动机作为其核心目前处于突破前期，正在成为新的研发热点。
然而，许多研究都仅仅着重于改善燃料电池堆的性能，对控制系统的研究则相对较少。
传统的控制系统是根据特定的发动机特点而设计的，其固定的控制策略、线路接口以及运行参数在很大程度上限制了控制功能的扩展，无法满足用户对控制系统的使用与开发需求，而系统软件在维护中也因不断被修改而退化。
鉴于此，本文提出并设计了一种新型的燃料电池发动机控制系统，在满足所有控制目标的同时还具备二次开发升级、多种控制策略可选等功能，大大提高了控制系统的灵活性和适应性，并取得了良好的控制效果。
系统结构燃料电池发动机二次开发控制系统的系统结构按其功能可分以下几部分：上位机配置终端、可软配置控制器、燃料电池电堆、氢气供给系统、空气供给系统、增湿系统、冷却水管理系统、安全报警系统以及通讯监控系统，如燃料电池发动机二次开发控制系统的一个特点是可以在线升级。
已有统计资料表明控制系统的完善性和适应性维护工作量占其生存期工作量的70%左右。
被动地去维护和修改在生命期中发生需求变化的控制系统进而重新烧写甚至设计控制器，其花费较为昂贵。
燃料电池发动机控制系统是一个内部结构可以重新配置、控制参数可以不断调节以满足硬件环境的控制系统，按其升级的功能可分为控。
基于PowerPC的多功能汽车电控单元平台开发的开题报告
基于PowerPC的多功能汽车电控单元平台开发的开题报告1. 项目背景随着汽车电子技术的不断发展和普及，各种汽车电子控制系统得到了广泛应用，从而大大提升了汽车的安全性、性能和舒适性。
多功能汽车电控单元是汽车电子控制系统的关键部件之一，负责管理和控制车辆各种功能的电子系统，例如发动机控制、刹车控制、安全气囊等。
目前市场上的汽车电控单元主要采用ARM架构，但随着PowerPC 架构的不断发展和应用，PowerPC架构的优势也逐渐得到了人们的认识和重视。
PowerPC架构具有出色的性能、稳定性和可靠性，适用于各种高性能、高可靠性的应用场景，因此可以考虑将其应用于多功能汽车电控单元的开发中。
本项目旨在基于PowerPC架构的多功能汽车电控单元平台开发，实现车辆各种电子系统的高效、稳定和可靠的控制和管理。
2. 项目目标本项目的主要目标是开发一款基于PowerPC架构的多功能汽车电控单元平台，实现以下功能：(1) 支持多个不同类型的传感器和执行器接口，支持多种通信协议，例如CAN、LIN、SPI等。
(2) 提供多种外设接口和扩展接口，方便用户进行功能扩展和二次开发。
(3) 实现高效、稳定和可靠的发动机控制、刹车控制、安全气囊控制等各种车辆电子系统控制。
(4) 支持在线升级和故障诊断，方便用户进行维护和升级。
3. 项目方案本项目的开发方案如下：(1) 硬件设计：采用PowerPC架构的处理器作为平台核心，并配置多个不同类型的传感器和执行器接口，以及各种通信接口和扩展接口。
(2) 软件设计：开发基于Linux系统的多功能汽车电控单元平台软件，实现各种车辆电子系统的控制和管理功能。
(3) 测试验证：进行各种功能测试和性能测试，并根据测试结果进行调整和优化，保证系统的稳定性、可靠性和高效性。
4. 预期成果本项目的预期成果如下：(1) 一款基于PowerPC架构的多功能汽车电控单元平台硬件设计方案。
(2) 一款基于Linux系统的多功能汽车电控单元平台软件设计方案。
燃料电池控制系统研发建设方案(二)
燃料电池控制系统研发建设方案实施背景：随着中国能源结构的转型，对清洁能源的需求日益增长。
燃料电池作为一种环保、高效的能源转换装置，逐渐受到青睐。
其中，燃料电池控制系统作为燃料电池系统的核心组成部分，对于提高燃料电池的性能、稳定性及降低成本具有关键作用。
近年来，中国在燃料电池控制系统研发方面取得了一定成果，但仍存在诸多技术瓶颈，亟待突破。
工作原理：燃料电池控制系统主要由燃料供应系统、空气供应系统、水管理系统、电控系统等组成。
通过精密控制各系统的运行参数，实现燃料电池的高效运行。
具体来说，电控系统根据电池的运行状态，实时调整燃料供应、空气供应及水管理系统的运行参数，确保电池的稳定运行。
实施计划步骤：1.需求分析：对燃料电池控制系统的需求进行深入分析，包括性能、稳定性、成本等方面。
2.技术研究：开展燃料供应、空气供应、水管理及电控系统等相关技术的研究，解决关键技术难题。
3.方案设计：根据需求分析和技术研究的结果，设计燃料电池控制系统的方案。
4.系统开发：按照设计方案，开发燃料电池控制系统，并进行初步试验验证。
5.试验验证：在实验室及现场进行燃料电池控制系统的试验验证，确保系统的性能和稳定性达到预期要求。
6.优化改进：根据试验验证结果，对燃料电池控制系统进行优化改进，提高性能、降低成本。
7.推广应用：将优化改进后的燃料电池控制系统推广应用到实际场景中，进一步验证其性能和稳定性。
适用范围：本研发建设方案适用于中国各类燃料电池系统的研发与生产，包括但不限于汽车、船舶、航空器及其他能源转换装置。
创新要点：1.提出了一种全新的燃料电池控制系统架构，实现了各子系统的高效协同控制。
2.采用了先进的控制算法和传感器技术，提高了燃料电池控制系统的性能和稳定性。
3.结合了中国特色的能源结构和发展需求，实现了燃料电池控制系统的定制化开发。
预期效果：1.提高燃料电池的性能和稳定性，延长其使用寿命。
2.降低燃料电池控制系统的成本，促进其在更多领域的应用普及。
一种燃料电池发动机控制系统[实用新型专利]
![一种燃料电池发动机控制系统[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/49a5a16184868762cbaed5c3.png)
专利名称：一种燃料电池发动机控制系统专利类型：实用新型专利
发明人：许力,汪时武,赵梦伟,田华文,杜晶申请号：CN201520443740.2
申请日：20150625
公开号：CN204680722U
公开日：
20150930
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种控制系统，更具体地说涉及一种燃料电池发动机控制系统，提高了信号传输的可靠性和精确性，具备故障诊断功能，能够防短路和断路故障。
温度传感器用于检测电池周围环境温度并将检测到的信号转化为电流信号传输至信号调理电路，信号调理电路用于对信号进行放大及数字转换。
压力传感器用于检测电池周围环境压力，光耦隔离电路Ⅰ用于对信号进行隔离传输，防止干扰。
流量计Ⅰ用于检测压缩机内的空气流量。
流量计Ⅱ用于检测流经阀门的氢气的流量。
驱动电路用于调节压缩机、泵和阀门的开关及工作功率。
检测电路对驱动电路的短路和断路信号进行检测。
单片机接收信号并对信号进行处理后控制压缩机、泵和阀门的工作状态。
申请人：许力
地址：233011 安徽省蚌埠市禹会区燕山路1155号蚌埠汽车士官学校装备系汽车结构室
国籍：CN
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PowerECU燃料电池控制系统开发内容如下：
1、主控系统选型。
2、完成PowerECU硬件原理和架构设计，完成设计方案的论证、仿真与方案确认。
；
3、完成PowerS12软件架构，基础软件与应用软件分别实施，且从功能和执行上分属不同架构，能够实现单独开发；
4、在软件架构基础上完成基础软件、底层驱动、操作系统的配置开发。
5、完成应用层软件接口设计，并开发测试用软件组件模块；
6、基于PowerFCU完成60KW车载水冷燃料电池系统控制策略开发；
7、HIL台架测试及匹配（含标定和诊断），需要通过实车工况模拟验证；
硬件开发内容
硬件方案
硬件方案制订
根据硬件开发需求，制订相关的硬件方案，硬件方案需要包括：关键器件的选型和分析，硬
件模块的确定，以及硬件方案的评审。
这里的分析是做关键参数的分析，不会涉及到非常详细的计算和仿真，具体的计算和仿真会
在模块设计中实现。
1.硬件主要模块确定
根据系统需求和方案的分析，可以初步确定硬件电路模块。
1.针对上述的方案设计，甲乙方共同进行评审，评审的结果作为后续设计的输入。
物料的分析和评估，主要包括有以下方面：
•要求供应商提供关于物料认可的报告和IMDS报告，并进行分析
•器件生命周期
•电气参数分析
•寿命计算
•供应商提供的EMC测试报告分析
•生产条件和焊接曲线要求
•实际电路验证
对物料进行分析和评估，并形成相关的报告和使用指导书。
只有经过认可的物料才能在后续
设计中使用。
原理图设计基于乙方在控制器开发领域的既有经验进行开发，根据事先确定的硬件功能定义，进行相关功能的开发，最终整合成完整的硬件原理图，在初步检查后进行原理图的评审，通
过评审后，原理图设计阶段初步结束。
生成后的原理图需要经过评审，最后形成正式的原理图。
•设计和评审
Layout设计过程如下：
• Layout设计过程
在Layout设计过程中，需要进行振动分析，热分析和局部的EMC仿真分析。
振动分析，主
要是分析Layout在恶劣的振动环境下，控制器上的器件或者控制器本身不会损坏。
热分析主要看板子上热的分布情况，以及在最恶劣的情况下，板子上的温度不会超过器件本
身的工作温度。
EMC分析是对局部关键信号进行EMC的分析，防止走线导致EMC的问题。
Layout设计完成后，需要经过双方的Review后，才可以发布生产。
设计完成后的硬件，需要经过硬件测试，硬件测试的目的就是验证硬件设计是否满足法规的要求，是否满足设计需求，是否存在着硬件设计的问题，只有经过硬件测试的产品，才能发布为正式的产品。
硬件测试分白盒测试和黑盒测试，本项目将以黑盒测试为主。
•硬件测试过程
产品验证由试验工程部专门负责，验证控制器的可靠性，EMC性能和电性能。
根据客户要求和其它标准制定试验标准和试验方法。
由于本项目的目标为B样件开发，所以只进行Pre-DV和DV试验，包含可靠性、电性能以及EMC项目，具体试验项目根据双方确认的系统需求分析结果确定。
•结构开发V流程
结构的开发过程按照“V”流程分为7个环节，在生产集成前的需求分析、方案设计和详细设计等开发环节，分别进行针对每一环节的分析、仿真和校核工作，使最多的问题能在结构开发阶段得到定位和解决。
在此过程中，先进的设计思想和高水平CAE工具的应用是必不可少的。
基础软件开发
基础软件涵盖内容：
•底层驱动
o硬件资源驱动程序。
•标定协议，诊断协议，通信协议
o协议开发，标定软件。
•看门狗
o程序唤醒与重置。
•Bootloader
o程序下载接口
PowerECU燃料电池控制功能开发
整体流程如下图所示，其中系统初始化负责初始化单片机时钟、IO和CAN总线；传感器处
理用来读取当前各个传感器的输出（如流量、压力、温度、电压、电流以及其他控制器的CAN数据），故障诊断模块用来诊断传感器或某些值的越界故障；决策状态机模块用来进行
开机、自检、启动、运行、故障、关机等状态下的处理。
控制率计算模块用于计算执行器的
操作参数。
控制输出模块根据状态机和控制率，控制各个执行器输出并发送相关CAN报文。
控制系统架构如下：
1.1基于PowerECU的FCU系统功能要求和控制策略
（该部分仅作为初步方案，最终状态以实际策略为准）
根据功能需求，燃料电池动力系统功能，包括各种状态，状态之间的转换以及必要的警告和错误信息等
1.2系统状态
氢探新能源PowerECU燃料电池控制需要实现燃料电池动力系统如下状态：开机自检；待机；启动；运行；关机；紧急关机。
其中状态流转图如下
软件应用层详细设计及数据流框图，应用层软件分为基础软件、传感器模块、诊
断模块、状态机、控制计算模块、输出/执行器模块五个模块
1）开机：开机阶段燃料电池系统的FCU及部分BOP是由整车供电，各部件将会进行自检，具备维护模式。
2）待机：在此状态等待启动信号；收到启动信号且没有故障与其他状态的转换触发条件后，系统进入状态流转图。
3）启动：收到启动信号且无故障，燃料电池启动，连通氢源相关部件；进行必要排气；启动水路循环，连通DCDC内开关等操作。
4）运行：运行氢气路、空气路、冷却回路、DCDC的控制算法、电堆工作状态预估。
5）正常关机：收到停止信号后，关断DCDC输出，进行必要的排气处理，发送下高压信号，断开燃料电池主继电器。
6）紧急关机：当燃料电池系统检测到必要故障，将关断DCDC输出；做快速排气处理和供氧侧吹扫处理；发送下高压信号，断开燃料电池主继电器。