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"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(dòng)力系統(tǒng)到電子架構(gòu)可能都會(huì)顛覆當(dāng)時(shí)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(qiáng)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(shí)，F(xiàn)CU還具有實(shí)施監(jiān)測(cè)的功能，它能監(jiān)測(cè)傳感器狀態(tài)，實(shí)時(shí)診斷整個(gè)系統(tǒng)的故障，并在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)“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(gè)系統(tǒng)控制的大腦，它對(duì)提升燃料電池經(jīng)濟(jì)性、耐久性、動(dòng)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(kuò)散層等）的動(dòng)態(tài)演變過程。但更主要的是源于燃料電池控制器對(duì)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：

1、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(gè)工況下都有足夠的供氫。

2、空氣系統(tǒng)控制

通過閉環(huán)解耦算法，保障正常運(yùn)行所需的壓力和流量。

3、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(yùn)營的基礎(chǔ)。

4、電氣系統(tǒng)控制
通過對(duì)各電氣部件的供電與信號(hào)傳輸調(diào)節(jié)，使燃料電池保持在線隨時(shí)響應(yīng)。

為了進(jìn)一步提升燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)該問題，億華通發(fā)明了空壓機(jī)和背壓閥分區(qū)解耦協(xié)調(diào)控制策略。對(duì)弱耦合區(qū)，采用流量、壓力分別用空壓機(jī)轉(zhuǎn)速、背壓節(jié)氣門開度進(jìn)行閉環(huán)控制；對(duì)強(qiáng)耦合區(qū)，采用自抗擾控制算法實(shí)現(xiàn)燃料電池空氣系統(tǒng)流量和壓力的解耦閉環(huán)控制?？蓪?shí)現(xiàn)更高的響應(yīng)速度，且動(dòng)態(tài)壓力閉環(huán)控制的正向超調(diào)量更小。


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?dú)馀c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(duì)膜電極產(chǎn)生機(jī)械疲勞。


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(shí)在吹掃過程中及時(shí)補(bǔ)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(hào) 、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(duì)燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)非常重要。目前采用交流阻抗只能測(cè)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(duì)水含量的變化不敏感。針對(duì)該問題，億華通設(shè)計(jì)了電堆水含量狀態(tài)觀測(cè)與閉環(huán)控制的技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)了對(duì)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。


電氣系統(tǒng)

針對(duì)現(xiàn)有控制方法燃料電池功率脈動(dòng)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(shí)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?，采用汽車工業(yè)級(jí)多核芯片，該芯片優(yōu)勢(shì)明顯，功耗低、穩(wěn)定性強(qiáng)、擴(kuò)展模塊多、體積小，具備過流、過壓、短路等保護(hù)功能。

對(duì)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(gè)人高效工作學(xué)習(xí)必不可少的兩大要素，穩(wěn)定強(qiáng)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(duì)于每一代系統(tǒng)，硬件鎖定之后更改代價(jià)相對(duì)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?jiǎng)恿υ础?nbsp;

原標(biāo)題：技術(shù)專題 | 燃料電池的“最強(qiáng)大腦”