专利名称：一种车用燃料电池发动机控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明主要是涉及电动汽车用的一种燃料电池发动机的控制方法及装置，特别是一种质子交换膜车用燃料电池发动机控制方法及装置。
背景技术：
燃料电池是一种将燃料的化学能转化为电能的装置，质子交换膜燃料电池(PEMFC)是继火电、水电和核电之后的第四代发电技术，质子交换膜燃料电池的技术关键除了对燃料电池的膜及催化剂等一些技术上的突破外，还需要一个好的控制系统和控制方法，能够把燃料电池发电性能潜力挖掘到最大。现阶段的燃料电池电动汽车发动机控制器除了能按照燃料电池的工作流程工作外，还要提供相应的数据便于研究人员摸索出最佳的控制策略和控制方法。
燃料电池发动机控制系统是一个比较复杂的控制系统，系统要在极短时间内对控制对象和其反馈信号进行检测、处理和控制，加上此系统对安全性能要求较高，使得燃料电池发动机的控制和管理变得相当复杂。由于燃料电池发电技术还没有完全成熟和完善，各项参数、性能指标都还处于探索阶段、所以有关燃料电池发动机控制器方面的专利文献很少能够查到。
以往的燃料电池发动机控制器只完成燃料电池电堆发电的基本功能，对于控制的实时性、安全性、可操作性等方面都考虑得不是很完善，而且对数据实时或历史的数据显示和记录的功能都不是很方便，由于该发动机主要是运用于汽车上，很少有实现燃料电池车载黑匣子功能，在汽车发生意外或者出现故障后，通过适当的接口把所需的数据提取出来。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种相对简单、安全、实用的车用燃料电池发动机控制方法和装置，并保证在电动汽车运行过程中的稳定、可靠、可控，同时还要方便电堆的研究人员，显示和记录实验数据，在实践的过程中不断摸索调整出最佳的控制方案和控制策略，以克服上述的缺陷。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下燃料电池发动机控制器按其功能它是由以下几个部分组成氢气供给系统，空气供给和加湿系统，冷却水循环系统，安全报警系统，通讯监控系统和控制器等，其中氢气供给系统是燃料电池的燃料提供装置之一，它负责提供一定压力和流量的氢气，氢气进入电堆后将在表面附有催化剂的质子交换膜上与交换膜另一侧的氧气发生反应，产生电能，热量和水。空气供给装置是燃料电池的另一个燃料提供装置，它为燃料电池提供具有一定压力和流量的空气，该空气是经过过滤装置的气体，其中应不含有杂质。加湿装置的作用在于控制进堆的空气的湿度，适当的湿度可润湿质子交换膜，改善其发电特性。若进堆反应的气体过于干燥，电堆发电效率将下降，严重时可能导致交换膜损坏。冷却水循环系统主要是驱动冷却水通过电堆，将电堆发电时产生的部分热量随循环水带出电堆并且调节散热装置，进一步降低水温。安全报警系统的作用主要是在电堆运行过程中实时对各个子系统的运行情况进行监视，通过各种传感器反馈的物理量和I/O信号判断当前系统是否有故障，并根据故障可能的危害程度将故障分为若干等级，不同的故障发生时将有相应的操作。该系统还具有故障诊断功能，它根据多传感器反馈的信号进行分析处理，加以融合，给出故障产生的可能原因和部件，从而给故障检修提供有用的信息。通讯监视系统主要是在调试和运行期间对电堆的各种数据进行监视和保存，并且还具有一定的控制功能。数据通过USB总线与上位机通讯，上位机应用组态软件实时将数据形象直观地显示出来。控制器是燃料电池发动机的灵魂，它使各个子系统协调工作，电堆正常发电，控制器完成数据的采集和处理，控制器间和上位机的通讯，各种控制算法的实施和控制量的输出等功能。根据实际需要，控制器硬件上主要包括一个含DSP(数字信号处理器)的微处理器、模拟信号预处理电路、模数转换电路、数模转换电路、光电隔离电路、数字量输入输出电路、驱动电路、各种通讯接口电路和供电电路等众多部分组成。控制器通过光纤CAN网络与整车控制器和其他的控制器相连。
上述氢气供给系统由氢气储藏罐、高压阀、高压减压装置、氢气循环装置以及高压和低压压力测量装置组成。控制器根据实时采集的功率为依据，调节氢气入口压力，在保证氢气供应量的同时，防止压力过高，对电堆产生破坏。氢气循环系统将出堆的氢气输送到电堆的氢气入口，在提高氢气利用率的同时还有助于使氢气分布更加均匀，从而使电堆处于较为有利的工作环境中。
上述空气供给系统由空气过滤装置，高压风机等部件组成，控制器根据实时采集的功率和风机供电端的电压为判断依据，调节风机给定值，使风机在任何时刻都能提供足够的氧气量并且能达到节能的效果。加湿系统将空气供给系统提供的空气加湿，并经过湿度测量系统测得湿度。控制器根据实时功率，湿度等信息，调节加湿系统，将湿度控制在合理的范围内。
上述故障检测报警系统和单片电池电压检测系统在电动车行驶过程中实时检查各个子系统是否工作正常，如加湿系统，冷却系统，氢气、空气供气系统是否正常，以及单片电池电压是否出现异常。在保证车辆安全工作的同时，还可方便找到故障点或提供故障出现的早期报警。
上述的燃料电池发动机系统各个子系统单元模块均采用闭环的控制方法，使控制对象能及时跟踪给定值的变化而变化。如冷却水循环系统，由温度传感器，水泵，散热装置组成.在软件上设计了一种Fuzzy-PID算法使燃料电池出堆的温度比较精确的控制在要求的范围内。
上述的燃料电池发动机控制器与整车智能控制器采用CAN总线通讯，其传输介质为光纤，极大的提高了通讯的抗干扰能力。
上述的燃料电池发动机控制器与PC机通过USB接口进行通讯，PC机监控程序采用工控软件进行实时监控，并利用其强大的SQL数据保存功能来保存数据。
上述的燃料电池发动机控制器用一块具有51内核的USB接口芯片完成燃料电池的状态监视和故障诊断功能。
上述的燃料电池发动机控制器采用电源监控芯片监控控制器的供电电压后，用EEPROM来记录燃料电池掉电前或者出现故障后的工作状态.在燃料电池发动机断电后或出现意外情况后，通过USB接口来提取EEPROM中的数据，实现了黑匣子功能。
上述的燃料电池发动机控制器的USB电路供电方式，可以由跳线器选择是由控制器供电，还是由PC机供电。
本发明还提供一种车用燃料电池发动机控制装置，它包括燃料电池发动机控制器、氢气供给系统、空气供给系统、冷却水循环系统、通讯监控系统、故障检测报警和单片电池电压检测系统，其特点是燃料电池发动机控制器与氢气供给系统、空气供给系统、冷却水循环系统、通讯监控系统、故障检测报警和单片电池电压检测系统通过输入输出信号线相互连接。
上述氢气供给系统中，控制器与高压压力测量装置相连接，输入氢气高压压力信号，控制器与进堆压力测量装置相连接，输入氢气进堆压力信号，控制器与出堆压力测量装置相连接，输入氢气出堆压力信号，控制器与压力调节装置相连接，输出压力控制信号，控制器与尾气排放装置相连接，输出开关控制信号，控制器与氢气循环装置相连接，输出氢气循环装置的调节信号。
上述空气供给系统中，控制器与湿度测量装置相连接，输入湿度信号，控制器与增湿器相连接，输出增湿器的PWM调节信号，控制器与流量测量装置2相连接，输入流量信号，控制器与水位测量装置2相连接，输入水位信号，控制器与高速风机相连接，输出风机的模拟调节信号。
上述冷却水循环系统中，控制器与进堆温度传感器相连接，输入进堆温度信号，控制器与出堆温度传感器相连接，输入出堆温度信号，控制器与流量测量装置1相连接，输入冷却水流量信号，控制器与水位测量装置1相连接，输入冷却水水箱水位信号，控制器与散热装置相连接，输出散热器的PWM调节信号。
上述控制器(1)中的主控芯片(DSP)通过低速光隔与外部数字量输入输出信号相连，通过带光电隔离功能的驱动芯片与MOS管相连，通过高速光隔与CAN总线驱动芯片相连，CAN总线驱动芯片通过光电转换芯片与CAN总线相连接。
上述控制器中的主控芯片(DSP)与USB芯片间通过串口连接，其中USB芯片可有主、从两种工作模式，当USB连接PC机时采用从工作模式，而连接U盘时则为主工作模式，USB芯片分别与电源监控芯片和EEPROM相连接。
上述的燃料电池发动机控制器还设置有USB接口、光纤CAN接口。
上述燃料电池发动机控制器还有电源监控和掉电保存或故障数据保存电路。
本发明具有高性能双CPU协同工作架构，系统采用集中式控制方式，实现了控制系统的模块化和微型化，具有高可靠性、高抗干扰性、高速信号处理能力和实时控制的先进性。其中的主控制芯片采用一种新型、高效的嵌入式微处理器(包括DSP)，使系统具有高性能、高速度和可靠性；带有51内核的USB接口芯片特有的高安全性设计(包括电压监控与数据非易失性保存)，通过USB接口与上位机通讯和显示，使系统具有实时监控和故障诊断的先进性。采用带光纤的CAN总线实现远距离抗干扰数据通讯，具有数据传输的高可靠性和安全性。本发明中各子系统的信号检测均采用高精度传感器，执行机构采用高可靠性器件，各子系统采用闭环反馈控制，并实现智能控制算法，各子系统间相互配合，协调工作，使系统具有高可靠性、稳定性和耐久性。子系统中各个部件的布局合理，连接简洁，便于安装和维修。
图1为本发明的结构原理框图。
图2为本发明主控制器结构图。
图3为本发明氢气流量控制框图。
图4为本发明空气流量控制框图。
图5为本发明电堆湿度控制框图。
图6为本发明Fuzzy-PID控制结构图。
图7为本发明Fuzzy-PID算法流程图。
图8为本发明水流量控制框图。
图9为本发明光纤CAN接口图。
图1中1-控制器、2-氮气储藏装置、3-氮气压力调节装置、4-进堆压力测量装置、5-氢气循环装置、6-燃料电池电堆、7-出堆压力测量装置、8-尾气排放装置、9-氢气储藏装置、10-高压压力测量装置、11-压力调节装置、12-电堆电压测量装置、13-电堆电流测量装置、14-过滤器、15-高速风机、16-增湿器、17-湿度测量装置、18-水气分离装置、19-进堆温度传感器、20-出堆温度传感器、21-散热装置、22-流量测量装置1、23-储水箱1及水位测量装置1、24-流量测量装置2、25-储水箱2及水位测量装置2、26-单片电池电压检测装置、27-氢气报警器、28-CAN光纤接口、29-USB接口。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
本发明的主体结构图如附图1所示，本发明的主体部分由燃料电池发动机控制器、空气供给系统、氢气供给系统、冷却水循环系统、通讯监控系统、故障检测报警和单片电池电压检测系统组成。在硬件上主要包括嵌入式含DSP微处理器为核心的主控制板、带光纤接口的CAN总线、USB串行总线、各种传感器、各种电磁阀、驱动电路、散热装置、高速风机等部件。主控制器根据CAN总线上发来的各种命令和当前的各种工作状态，控制氢气供给系统，调节氢气流量和压力；控制空气供给系统，调节空气流量和压力；根据冷却水温度的高低，调节散热装置和冷却水流量；根据通讯协议，定时交换数据；根据实时采样的数据，判断当前的工作状态是否正常，若有故障发生，发出报警信息。系统具有高速信号处理能力、实时控制以及实时监测和故障诊断的功能。本发明实现了控制系统高性能、模块化和微型化设计，具有实时性、可靠性和高抗干扰性。为具体描述本控制系统，本发明将按功能介绍其各个部分。
控制器1如附图2所示控制器硬件上主要包括一个微处理器(DSP)、模拟信号预处理电路、模数转换电路、数模转换电路、光电隔离电路、数字量输入输出电路、驱动电路、各种通讯接口电路和供电电路等众多部分。微处理器集成16路10位精度的AD，通过模拟信号预处理电路与外部的模拟输入量相连接，模拟信号进入预处理电路时首先通过磁珠滤掉部分高频干扰，然后再通过有源二阶滤波电路进一步滤波。经过两次滤波的信号再经过防止过压的稳压二极管与AD输入端相连接。数模转换电路为一片DA芯片及其外围电路构成。该芯片通过总线方式与DSP相连接，并且含有四路输出。DA的输出端通过跟随电路输出。DSP的通用I/O口首先连接到总线驱动芯片上增加驱动能力，其输出或输入的端口连接普通光隔。若是数字量输出，则光隔的输出端驱动继电器的线圈，继电器再驱动其他功率较大的器件。若是数字量输入，则输入信号通过上拉电阻后接到光隔的输入端。由于各个子系统中有许多部件必须可控，因此DSP输出PWM信号通过带光电隔离的驱动芯片直接驱动功率MOS管。控制器通过带光纤的CAN总线与整车的其他控制器相连接。DSP自身集成了CAN控制器，CAN控制器输出端连接CAN总线驱动芯片。因为整车的CAN总线采用光纤传导，因此总线驱动信号还需连接光电转换芯片，将电信号转换成光信号发送，同时将光信号转换成电信号接收。DSP与USB接口芯片通过SCI串口交换数据。DSP将需要显示的数据通过串口发送给USB芯片，USB芯片再将其转发给PC机。USB芯片还与电压监控芯片和EEPROM芯片通过I/O口和I2C总线连接。
氢气供给系统为保证燃料电池电堆中的电化学反应的连续进行，氢气供给系统应能连续向电堆提供一定压力和流量的高纯度的氢气。本发明采用罐装的氢气瓶提供高压氢气。氢气瓶口连接有高压压力测量装置。输出的高压氢气是不能够直接进入电堆的，因此高压氢气必须经过压力调节装置将压力降低到合适范围。压力调节装置由高压阀、低压阀和可调节阀组成。经过降压的低压氢气通过进堆压力测量装置的测量后进入电堆，并与电堆中的氧气发生反应。未完全反应的氢气从电堆的另一端流出，并通过出堆压力测量装置进行测量，同时还通过氢气循环装置回送到电堆的氢气入口处，获得反复利用。另外在电堆的出口端连接有尾气排放装置，根据控制策略的要求，尾气将以某种规律进行不定时排放。控制器实时采集高压压力测量装置的信号，以估计氢气罐中氢气量的多少，若高压压力过低，则发出警报，提示及时更换氢气。当控制器接收到开机命令时把氢气高压阀和氢气低压阀打开，根据电堆电流大小确定氢气的压力和流量，同时采集进堆压力测量装置和出堆压力测量装置的信号，利用智能PID算法及时地调节电磁阀的开度。其控制框图如附图3所示。
空气供给系统为保证燃料电池电堆的化学反应的连续进行，除氢气供给系统外，还应连续向电堆提供与氢气系统相应压力和流量而且经过良好过滤的空气。空气首先通过过滤器滤掉可能含有的杂质。较为干净的空气通过高速风机后变成具有一定速度和压力的气体，然后经过加湿装置的加湿，变成较为适宜的状态进入电堆。干净湿润的空气中的氧气在电堆中与氢气发生反应时产生电能，其尾气随水汽一同出堆。由于加湿系统需要去离子水，因此在尾气排放处安装有水汽分离装置，将尾气中的去离子水冷凝回收到蓄水箱2，再通过水泵将水箱2中的水抽到加湿装置中。在这个系统中有两个需要的量，一个是空气流量，另一个电堆的湿度。高速风机是空气供给的主要部件，控制器根据实时功率大小确定风量并输出模拟量来控制高速风机的输出转速，从而改变空气流量。燃料电池发动机没有发电时，燃料电池电堆所需求的空气流量为0，即模拟量的输出值为0。当要求燃料电池发动机发电时，在不同的电流下就对应着不同的空气流量值，根据智能PID算法就很容易的把空气流量控制在本发明所要求的范围。空气流量的控制框图如附图4所示。
燃料电池发电时，要保证质子交换膜一定的湿度。因为质子交换膜的润湿度直接影响着电池内部电化学反应过程和电池组的运行工况。当质子膜润湿良好，电池内阻低，输出电压高，负载能力强。反之，当润湿状况变坏，膜过于干燥时，电池内阻增加，输出电压下降，负载能力降低。因此保证电堆质子交换膜良好润湿状况是非常有必要的。空气加湿是通过一个可控喷嘴来实现的。控制器根据当前功率的大小输出PWM信号调整喷嘴的供电电压的大小，来改变喷嘴的流量，以此来控制电堆的加湿。控制器实时采集湿度信息作为控制反馈。电堆的湿度的控制框图如图5所示。
冷却水循环系统温度对于质子交换膜燃料电池性能的影响十分显著。温度升高，会使电池反应的速度加快，从而减小电化学极化，获得更大的电流。而且较高的温度有利于燃料电池的反应产物水随过量反应气体及时排除掉。但是温度过高会造成质子膜的破坏。所以电堆应具有温控功能。冷却水循环系统包括散热装置(电堆冷却风扇和高压水泵)、储水箱、温度测量装置和流量测量装置。冷却水储藏在水箱1中，水被散热装置中的高压水泵抽动循环并在通过冷却风扇时被风冷。控制器根据进堆温度和出堆温度信号的大小，输出PWM控制信号调节冷却风扇的转速、输出模拟量信号调节水流量。控制器实时采集流量和温度信号作为控制反馈信息，从而不断修正控制量。为了保持电堆在一定温度下工作，需要控制两个量。一个是电堆出口温度的控制，另一个就是进口温度的控制。保持适当的温度能使电堆的性能比较好，进口温度和出口温度的温差的控制主要是对水流量的控制，流速越低，水带走的热量就比较少，流速越大，水带走的热量就越多，温差越小。质子交换膜燃料电池中，冷却水从电堆中经过，通过传导带走电堆的热量，再通过外面的冷却风扇来降温。调节冷却风扇可降低进堆冷却水温度。对电堆出口温度的控制设计了如附图6的一种模糊控制器。其Fuzzy-PID控制器算法的流程图如附图7所示。
高压水泵采用的是交流电压供电，而本发明的电动车所能提供的只是直流供电，所以采用DC/AC变换器对其供电，通过改变给定量就可以控制水泵出水的流量，由此达到控制水流量的目的。水流量的控制框图如附图8所示。
故障检测报警系统燃料电池的主要燃料是氢气，氢气属于易燃易爆气体，在高温高压的环境中，氢气会变得更加不稳定。因此对燃料电池的安全性要求极高，所以本发明要建立一套完善的故障检测报警系统。控制器实时采集各种传感器的信息并及时处理，在发现有故障发生时以较快的速度反应。为了保证电堆的安全工作，在电堆系统中设置了两个氢气传感器(一个放置在电堆旁，一个布置在氢气罐旁)，当控制器通过传感器检测到氢气泄露报警时，立即执行关机流程切断氢气电磁阀并发出报警信号。电堆是一个发电系统，为了保证整个电堆系统不漏电，所以在水箱中还安置一个电导率传感器，当冷却水的电导率达到一定值时，控制器向上位机发出报警信号，提示操作人员重新换水。电堆能够发电首先要保证有充足的氢气。在氢气罐瓶口有一高压压力传感器，当瓶中的压力低于设定值时，燃料电池控制器向上位机发出报警信号表示氢气不足，提示操作人员及时更换氢气。若氢气不足，强行把负载加上去会对燃料电池造成极大的损伤，使燃料电池性能下降。电堆正常运行过程中还包括压力报警，即氢气进堆压力必须保持在某一个压力区间。其值一旦超出这一区间，就说明燃料电池工作在一种不正常状态，需要停机检查。温度对燃料电池也很重要，当温度接近100度时，质子摸的强度将下降。此时，如不及时降温，膜会被完全破坏。另外，温度过高，水易成气态，不利于膜电极内维持必要的水分。但是，当电池内部温度过低时，输出电压将下降，内部极化增加，电池组整体性能恶化。维持质子交换膜燃料电池内部正常电化学反应的温度应保持在70-90度。所以当质子交换膜燃料电池内部温度高于90度时，就应该断开其负载，禁止燃料电池向外输出功率。
除此以外还包括水流量报警、电堆的电压报警、功率报警等表示电堆故障的报警，都向上位机发出各种报警信号，或者是采取强行关机等动作，以提示操作人员对隐患进行维修。
单片电池检测系统电堆是由许多片质子交换膜组成，在电堆工作时如果有少数几片膜出现损坏，将增大电堆的电阻。电阻变大将导致发热量陡增，进一步损坏质子交换膜，形成恶性循环。如不及时更换，整个电堆可能报废。因此，单片电池检测系统在电堆工作时，实时检测单片电池电压，若发现少数膜的电压出现异常，将及时提供报警信号，必要时必须更换少量受损膜，减小可能引起的重大的损失。
通讯监控系统通讯系统包括两个部分的内容一个是通过光纤CAN总线与整车进行通讯，另一个是通过USB接口与PC机进行通讯可对燃料电池的工作状态进行实时显示。
燃料电池发动机控制系统主要以嵌入式微处理器为核心，接收CAN总线上整车智能控制器所发来的开机或关机命令和向CAN总线上发送燃料电池的一些状态参数。CAN总线的传输介质可以是双绞线、光纤、同轴电缆。光导纤维具有优良的抗电磁干扰特性，即使在恶劣的工业环境中，光纤技术也能赢得用户的青睐。所以该燃料电池发动机控制器采用的传输介质为光纤，光纤CAN接口硬件图如附图9所示。为了在没有和整车控制信号相连时调试方便，或者是在人为对燃料电池进行控制时，本发明就利用USB来与PC机进行数据交换。
USB接口芯片包含I2C总线控制器，使用SCL(Serial Clock)和SDA(Serial Data)引脚进行控制，I2C总线控制连接了一片串行EEPROM，主要功能是存储监控的程序和保存燃料电池数据。电源监控模块采用电源监控芯片监控5V电压。当电压大于4V时，该芯片输出高电平一旦电压下降到4V以下，则输出为低电平，EEPROM及时保存数据。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本专业领域技术人员公知的现有技术。
权利要求
1.一种车用燃料电池发动机控制方法，由燃料电池发动机控制器、空气供给系统、氢气供给系统、冷却水循环系统、通讯监控系统、故障检测报警和单片电池电压检测系统构成，控制器主要包括嵌入式含DSP的微处理器为核心的主控制板、带光纤接口的CAN总线、USB串行总线、各种传感器、各种电磁阀、驱动电路等部件，其特征在于控制器根据CAN总线上发来的各种命令和当前的各种工作状态，控制氢气供给系统，调节氢气流量和压力，控制空气供给系统，调节空气流量和压力，根据冷却水温度的高低，调节散热装置和冷却水流量，根据通讯协议，定时交换数据，根据实时采样的数据，判断当前的工作状态是否正常，若有故障发生，发出报警信息。
2.如权利要求1所述的一种车用燃料电池发动机控制方法，其特征在于氢气供给系统由氢气储藏罐、高压阀、高压减压装置、高压和低压压力测量装置和氢气循环装置组成，其中控制器采集氢气供给系统的各种氢气压力，根据实时功率大小，控制电磁阀的开关和调节氢气进堆压力，根据控制策略的需要，实时调节氢气循环装置，将出堆的剩余氢气回送到电堆的氢气入口处。
3.如权利要求1所述的一种车用燃料电池发动机控制方法，其特征在于空气供给系统由过滤装置、高速风机、加湿装置等部件组成，其中控制器采集空气供给系统中湿度、风量信息，根据实时功率和风量的大小，输出模拟量给定值调节风机风量，使风机在任何时刻都能提供合适的氧气量，加湿装置将空气加湿，控制器根据实时功率、温度和湿度等信息，输出PWM信号调节加湿装置，将湿度控制在合理的范围内。
4.如权利要求1所述的一种车用燃料电池发动机控制方法，其特征在于冷却水循环系统由储水箱、温度传感器、高压水泵、散热装置组成，其中控制器采集冷却水循环系统中的进堆水温和出堆水温，根据其温度值的大小和温差，输出PWM信号实时调节散热装置和冷却水流量。
5.如权利要求1所述的一种车用燃料电池发动机控制方法，其特征在于故障检测报警系统在电动汽车行驶过程中实时检查各个子系统是否工作正常，若出现异常，则发出报警信息、并通过USB串行总线与PC机通讯进行显示，同时单片电池电压检测系统实时检测单片电池电压是否出现异常，若出现异常，则通过光纤CAN总线向控制器发出报警信息。
6.如权利要求1所述的一种车用燃料电池发动机控制方法，其特征在于包括光纤CAN总线和串行USB总线的通讯监控系统采用无干扰无冲突的通讯协议，控制器与其他控制器采用光纤CAN总线交换数据，各个控制器根据不同的通讯周期发送数据，并通过中断方式接收各自所需的信息，PC机通过USB总线与控制器交换数据，PC机定时发送数据请求信息，控制器以中断方式响应PC机的请求。
7.一种车用燃料电池发动机控制装置，它包括燃料电池发动机控制器、氢气供给系统、空气供给系统、冷却水循环系统、通讯监控系统、故障检测报警和单片电池电压检测系统，其特征在于燃料电池发动机控制器与氢气供给系统、空气供给系统、冷却水循环系统、通讯监控系统、故障检测报警和单片电池电压检测系统通过输入输出信号线相互连接。
8.如权利要求7所述的一种车用燃料电池发动机控制装置，其特征在于在氢气供给系统中，控制器(1)与高压压力测量装置(10)相连接，输入氢气高压压力信号，控制器(1)与进堆压力测量装置(4)相连接，输入氢气进堆压力信号，控制器(1)与出堆压力测量装置(7)相连接，输入氢气出堆压力信号，控制器(1)与压力调节装置(11)相连接，输出压力控制信号，控制器(1)与尾气排放装置(8)相连接，输出开关控制信号，控制器(1)与氢气循环装置(5)相连接，输出氢气循环装置的调节信号。
9.如权利要求7所述的一种车用燃料电池发动机控制装置，其特征在于在空气供给系统中，控制器(1)与湿度测量装置(17)相连接，输入湿度信号，控制器(1)与增湿器(16)相连接，输出增湿器(16)的PWM调节信号，控制器(1)与流量测量装置2(24)相连接，输入流量信号，控制器(1)与水位测量装置2(25)相连接，输入水位信号，控制器(1)与高速风机(15)相连接，输出风机的模拟调节信号。
10.如权利要求7所述的一种车用燃料电池发动机控制装置，其特征在于在冷却水循环系统中，控制器(1)与进堆温度传感器(19)相连接，输入进堆温度信号，控制器(1)与出堆温度传感器(20)相连接，输入出堆温度信号，控制器(1)与流量测量装置1(22)相连接，输入冷却水流量信号，控制器(1)与水位测量装置1(23)相连接，输入冷却水水箱水位信号，控制器(1)与散热装置(21)相连接，输出散热器的PWM调节信号。
11.如权利要求7所述的一种车用线燃料电池发动机控制装置，其特征在于控制器(1)中的主控芯片(DSP)通过低速光隔与外部数字量输入输出信号相连，通过带光电隔离功能的驱动芯片与MOS管相连，通过高速光隔与CAN总线驱动芯片相连，CAN总线驱动芯片通过光电转换芯片与CAN总线相连接。
12.如权利要求7所述的一种车用燃料电池发动机控制装置，其特征在于控制器中的主控芯片(DSP)与USB芯片间通过串口连接，其中USB芯片可有主、从两种工作模式，当USB连接PC机时采用从工作模式，而连接U盘时则为主工作模式，USB芯片分别与电源监控芯片和EEPROM相连接。
全文摘要
本发明涉及一种车用燃料电池发动机控制方法及装置，特别适合于电动汽车用的一种质子交换膜燃料电池发动机控制方法及装置。它包括燃料电池发动机控制器、空气供给系统、氢气供给系统、冷却水循环系统、通讯监控系统、故障检测报警和单片电池电压检测系统。其中控制器根据CAN总线上发来的各种命令和当前的各种工作状态，控制氢气供给系统，调节氢气流量和压力，控制空气供给系统，调节空气流量和压力，根据冷却水温度的高低，调节散热装置和冷却水流量，根据通讯协议，定时交换数据，根据实时采样的数据，判断当前的工作状态是否正常。本发明实现了控制系统高性能、模块化和微型化，具有实时性、可靠性和高速度，抗干扰性。
文档编号H01M8/00GK1632978SQ20041006145
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月29日 优先权日2004年12月29日
发明者全书海, 罗志平, 陈启宏, 王超, 刘教瑜, 邓坚, 齐源, 宋娟 申请人:武汉理工大学