一种燃料电池汽车用燃料电池控制器的制作方法

本发明属于燃料电池汽车用燃料电池的控制领域，具体为燃料电池的工作环境的数据采集、执行机构的控制及数据通讯。

背景技术：

燃料电池以零排放、能量转换效率高、可靠性高、以及维护性好等诸多优点，被称为继水电、火电和核电之后第四种发电装置，日益受到各国政府和各大企业的广泛关注。质子交换膜燃料电池更是由于其工作温度低，功率密度高等特点，成为最具发展潜力的燃料电池。

随着新能源汽车的普及，采用质子交换膜燃料电池作为动力源的燃料电池汽车越来越受到大家的关注，燃料电池控制器是保障燃料电池正常工作，提高寿命和可靠性的关键。

技术实现要素：

本发明提出的目的在于提供一种燃料电池汽车用燃料电池控制器，该控制器具有一定的平台通用性，灵活性和扩展性，且实时高效、成本低。

为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：

一种燃料电池汽车用燃料电池控制器，包括：微处理器控制模块、铁电存储模块、CAN总线通讯模块、模拟量采集模块、开关量采集模块、使能信号输出模块、驱动输出模块及电源管理模块。所述微处理器控制模块输入端与模拟量采集模块及开关量采集模块连接；所述微处理器控制模块输出端与驱动输出模块及使能信号输出模块连接，驱动输出模块输出控制信号至燃料电池的执行机构，使能信号输出模块输出控制信号至燃料电池的外部电控单元；所述微处理器控制模块与CAN总线通讯模块连接，所述微处理器控制模块还与铁电存储模块连接；所述电源管理模块与微处理器控制模块及上述其他模块供电连接。

所述的开关量采集模块具有光耦隔离模块，所述光耦隔离模块实现开关量采集的电平转换和内外电路的隔离保护，开关量采集模块的输出端与微处理器控制模块的输入端连接。所述的模拟量采集模块具有隔离运算放大器，所述的隔离运算放大器实现模拟信号的采集处理和内外电路的隔离保护，模拟量采集模块的输出端与微处理器控制模块的输入端连接。

所述的CAN总线通讯模块具有CAN隔离模块，所述的CAN隔离模块实现CAN总线数据通讯和内外电路的隔离保护。CAN总线通讯模块与微处理器控制模块连接，负责与整车电控模块及上位机的通信。

所述的驱动输出模块具有MOSFET输出光电耦合器，所述的MOSFET输出光电耦合器实现输出控制信号至燃料电池的执行机构和内外电路的隔离保护，驱动输出模块的输入端与微处理器控制模块连接。

所述的使能信号输出模块具有光耦隔离模块，所述的光耦隔离模块实现输出控制信号至燃料电池的外部电控单元和内外电路的隔离保护，使能信号输出模块与微处理器控制模块连接。

所述的电源管理模块具有隔离电源模块，所述的隔离电源模块实现对微处理器控制模块、铁电存储模块、CAN总线通讯模块、模拟量采集模块、开关量采集模块、使能信号输出模块及驱动输出模块的供电，并将外部电源和内部电源实现隔离保护。

本发明的优点是：

1.本发明采用隔离CAN模块与上位机通信可以非常方便，清晰的利用上位机修改阈值等标定量数据，也可以对燃料电池的状态进行实时监测，进行故障诊断。

2.本发明采用隔离CAN模块与燃料电池采集板及DCDC电控单元进行通信，解析各电控单元的实时数据，完成对各电控单元的控制。

3.本发明具有故障诊断功能，通过模拟量采集模块、开关量采集模块及CAN总线通讯模块采集燃料电池运行状态数据，进而分析出各类故障。当发生严重故障时，关闭高压继电器保证燃料电池及人员安全。

附图说明

图1是本发明实施例中燃料电池控制器系统架构图。

图2是本发明实施例中控制流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

附图1是为燃料电池控制器系统架构图，燃料电池控制器由微处理器控制模块1、电源管理模块2、铁电存储模块3、开关量采集模块4、模拟量采集模块5、CAN总线通讯模块6、使能信号输出模块7及驱动输出模块8组成。

微处理器控制模块1通过SPI接口与铁电存储模块3进行通信。铁电存储模块3存储了燃料电池控制器的控制参数，通过上位机进行标定后，燃料电池控制器依据这些参数进行故障判断及控制燃料电池的执行机构进行工作。

微处理器控制模块1通过普通IO口与开关量采集模块4进行连接，通过开关量采集模块4采集ON档及其他所需开关量信号。

微处理器控制模块1通过AD采集口与模拟量采集模块5进行连接，通过模拟量采集模块5采集气罐压力、气罐温度、氢气压力、空气压力、空气湿度、进水压力、出水温度、输出电流等其他所需模拟量信号。燃料电池控制器通过这些模拟量信号，获得燃料电池的运行环境，并通过这些数据与铁电存储模块3中的控制参数，判断得出对外部执行机构的控制指令。

微处理器控制模块1通过内部CAN控制器口与CAN总线通讯模块6进行连接，通过CAN总线通讯模块6与上位机、燃料电池采集板及DCDC控制器进行通信，获取并传输相关CAN总线信息。

微处理器控制模块1通过普通IO口与使能信号输出模块7进行连接，通过使能信号输出模块7为DCDC控制器输出使能信号，并留有预留接口方便扩展。

微处理器控制模块1通过普通IO口与驱动输出模块8进行连接，通过驱动输出模块8控制主负继电器、电加热继电器、冷却风扇继电器、水泵继电器、加湿器继电器、氢气循环泵继电器、氢气罐瓶口电磁阀、氢气入口电磁阀、氢气出口电磁阀及其他外部执行机构。

电源管理模块2具有隔离电源模块，为其他各功能模块供电，并将外部电源和内部电源实现隔离保护。

附图2是燃料电池控制器控制流程图，具体如下：

燃料电池上电后首先进行程序初始化，配置各类寄存器，初始化外围电路。初始化成功后，监测ON档信号是否有效，如果有效通过CAN总线通讯模块、模拟量采集模块及开关量采集模块采集燃料电池运行环境的状态。判断燃料电池运行环境是否存在故障，如有故障通过CAN总线通讯模块上报故障信息，如无故障程序向下运行。

如果上述步骤都通过了，程序通过CAN总线通讯模块采集动力电池SOC数据，判断动力电池SOC是否小于50%，如果小于50%打开燃料电池主负继电器启动燃料电池，否则不启动燃料电池。

启动燃料电池后，通过驱动输出模块打开氢气罐瓶口电磁阀、氢气入口电磁阀、氢气出口电磁阀，待一定时间后关闭氢气入口电磁阀、氢气出口电磁阀，打开氢气循环泵继电器。微处理器控制模块通过模拟量采集模块采集氢气压力，并与铁电存储模块中存储的参数进行比较，如果氢气压力低于设定值就打开氢气入口电磁阀，如果氢气压力高于设定值就关闭氢气入口电磁阀。

燃料电池控制器通过使能信号输出模块输出空压机使能信号，启动空气回路。微处理器控制模块通过模拟量采集模块采集空气压力，并与铁电存储模块中存储的参数进行比较，如果空气压力低于设定值就打开空压机，如果氢气压力高于设定值就关闭空压机。

燃料电池控制器通过驱动输出模块控制电加热继电器、冷却风扇继电器、水泵继电器的打开与关闭，来控制温度控制回路。微处理器控制模块通过模拟量采集模块采集出水温度，并与铁电存储模块中存储的参数进行比较，如果出水温度低于设定值就打开电加热继电器，如果出水温度高于设定值就关闭加热继电器打开冷却风扇继电器，水泵继电器始终保持打开状态。

燃料电池控制器通过使能信号输出模块输出DCDC使能信号，启动电气回路。微处理器控制模块通过模拟量采集模块采集出水温度，并根据出水温度计算出当前最大输出功率，后将该功率通过CAN总线通讯模块输出给DCDC控制器，保证DCDC的输出功率在最大输出功率以下。

燃料电池控制器在燃料电池运行期间，不断的采集各类数据，判断燃料电池运行状态是否存在故障，如无故障正常运行，如有故障需关闭燃料电池。在运行期间，还需要判断动力电池SOC是否大于95%，如不大于则正常运行，如大于需关闭燃料电池。在运行期间，同样需要判断ON档信号是否有效，如有效则正常运行，如无效需关闭燃料电池。