中國儲能網(wǎng)訊：如果讓1886年的卡爾·本茨看當(dāng)今的汽車，我猜除了能認(rèn)出汽車的形狀，從動力系統(tǒng)到電子架構(gòu)可能都會顛覆當(dāng)時的認(rèn)知。的確，汽車正越來越“接近”它的發(fā)明者——人類。近年來，作為新能源汽車的主要技術(shù)路徑之一，“氫能汽車”正帶給人們無窮的想象空間。
那么，作為氫能汽車的“最強大腦”—— 氫燃料電池控制系統(tǒng)工作原理是什么？ 下面跟著小編一起看一下吧~
在燃料電池控制系統(tǒng)中，燃料電池系統(tǒng)控制器（Fuel-cell Control Unit簡稱FCU）負(fù)責(zé)接收整車的控制指令，協(xié)調(diào)燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的其他控制器和執(zhí)行器工作，為車輛發(fā)出所需功率的電能。同時，F(xiàn)CU還具有實施監(jiān)測的功能，它能監(jiān)測傳感器狀態(tài)，實時診斷整個系統(tǒng)的故障，并在故障發(fā)生時及時“命令”系統(tǒng)做出反應(yīng)，避免故障傷害電堆。所以，燃料電池系統(tǒng)控制器相當(dāng)于整個系統(tǒng)控制的大腦，它對提升燃料電池經(jīng)濟性、耐久性、動力性以及可靠性起著至關(guān)重要的作用。
燃料電池性能衰退與可靠性變差，本質(zhì)上是環(huán)境和工況變化（啟停、變載、高/低持續(xù)負(fù)載、溫度/濕度/壓力等）導(dǎo)致堆內(nèi)狀態(tài)失衡（局部水淹、膜干、缺氣、過熱等），進(jìn)一步造成材料性能損傷（膜、催化劑、 氣體擴散層等）的動態(tài)演變過程。但更主要的是源于燃料電池控制器對氫氣、空氣、水熱以及電氣系統(tǒng)等協(xié)調(diào)和控制屬性決定的：
氫氣系統(tǒng)控制
通過閉環(huán)調(diào)節(jié)算法，保障陽極在每個工況下都有足夠的供氫。
01、空氣系統(tǒng)控制
通過閉環(huán)解耦算法，保障正常運行所需的壓力和流量。
02、水熱系統(tǒng)控制
通過水泵與節(jié)溫器的綜合調(diào)節(jié)，使得燃料電池一直工作在“舒適”的溫度，是燃料電池長壽命健康運營的基礎(chǔ)。
03、電氣系統(tǒng)控制
通過對各電氣部件的供電與信號傳輸調(diào)節(jié)，使燃料電池保持在線隨時響應(yīng)。
04、為了進(jìn)一步提升燃料電池發(fā)動機耐久性，近年來，億華通在燃料電池氫、空、水、熱、電系統(tǒng)開發(fā)與集成方面，取得了豐碩的科研成果。具體進(jìn)展如下：
空氣系統(tǒng)
循環(huán)變載工況引起空氣系統(tǒng)供氣失衡，造成堆內(nèi)局部缺氣從而導(dǎo)致膜電極和雙極板等關(guān)鍵材料腐蝕，是導(dǎo)致燃料電池系統(tǒng)耐久性不佳的關(guān)鍵因素。針對該問題，億華通發(fā)明了空壓機和背壓閥分區(qū)解耦協(xié)調(diào)控制策略。對弱耦合區(qū)，采用流量、壓力分別用空壓機轉(zhuǎn)速、背壓節(jié)氣門開度進(jìn)行閉環(huán)控制；對強耦合區(qū)，采用自抗擾控制算法實現(xiàn)燃料電池空氣系統(tǒng)流量和壓力的解耦閉環(huán)控制。可實現(xiàn)更高的響應(yīng)速度，且動態(tài)壓力閉環(huán)控制的正向超調(diào)量更小。
空壓機工作區(qū)域耦合分區(qū)示意圖
氫氣系統(tǒng)
為了提高陽極氫氣利用率和陽極排水，需要定期開啟尾排電磁閥，以排除陽極積累的氮氣與液態(tài)水。但尾排吹掃易導(dǎo)致陽極壓力驟降，使得膜電極陰陽兩側(cè)壓差變大，對膜電極產(chǎn)生機械疲勞。
燃料電池發(fā)動機運行過程中壓力誤差隨電流和吹掃閥動作的變化情況
首先是采用氫氣電控噴射裝置，不同工況下靈活調(diào)節(jié)氫氣側(cè)的壓力，保證陰陽極壓差，同時在吹掃過程中及時補償吹掃消耗的氣體流量，避免出現(xiàn)壓力突降使質(zhì)子交換膜處于交變應(yīng)力的作用下，確保質(zhì)子交換膜的使用壽命。
其次是在氫氣噴射控制算法中引入自學(xué)習(xí)閉環(huán)控制方法，利用目標(biāo)壓力、壓力偏差量、消耗流量 、吹掃閥開關(guān)信號 、氫氣噴射占空比 ，進(jìn)一步優(yōu)化過程控制。
水路系統(tǒng)
電堆內(nèi)部的水含量，對燃料電池的運行狀態(tài)非常重要。目前采用交流阻抗只能測量膜內(nèi)的水含量，而且在電堆適宜的工作區(qū)間內(nèi)，交流阻抗的變化對水含量的變化不敏感。針對該問題，億華通設(shè)計了電堆水含量狀態(tài)觀測與閉環(huán)控制的技術(shù)路線，實現(xiàn)了對電堆內(nèi)部水含量的閉環(huán)控制，保證電堆的水含量始終處于合適的范圍。
熱管理系統(tǒng)
為優(yōu)化整車在低溫環(huán)境的應(yīng)用，億華通開發(fā)了基于多熱域耦合協(xié)調(diào)控制的燃料電池系統(tǒng)余熱利用控制策略。將冷卻液中更多的熱量用于冬季車廂內(nèi)的暖風(fēng)、除霜等，降低整車能耗。
實車余熱利用效果
圖片
電氣系統(tǒng)
針對現(xiàn)有控制方法燃料電池功率脈動大的難題，億華通首創(chuàng)了準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)(Soft-run)能量管理方法，提升了系統(tǒng)效率和壽命。同時億華通在行業(yè)內(nèi)率先提出并使用高集成五合一方案，極大提高體積功率密度和質(zhì)量功率密度，降低成本?？刂破鞣矫妫捎闷嚬I(yè)級多核芯片，該芯片優(yōu)勢明顯，功耗低、穩(wěn)定性強、擴展模塊多、體積小，具備過流、過壓、短路等保護功能。
對于燃料電池系統(tǒng)，硬件好像人的身體，控制軟件好像人的大腦。健壯的身體和聰明的大腦是一個人高效工作學(xué)習(xí)必不可少的兩大要素，穩(wěn)定強大的硬件和可靠高效的軟件是燃料電池系統(tǒng)高性能工作的兩大支柱。對于每一代系統(tǒng)，硬件鎖定之后更改代價相對較大，控制軟件的更新正在成為億華通燃料電池系統(tǒng)性能提升的重要動力源。
