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车载燃料电池发动机系统及控制策略开发一：目的制定本控制策略的目的是通过合理的控制，稳定燃料电池发动机的性能并有效的提升燃料电池发动机的寿命。
燃料电池发动机是为了备用电源使用，同时兼顾车用状态，所以在系统开发及控制策略主要以备用电源应用环境为主体，同时兼顾汽车级应用状态，由于车载燃料电池系统应用环境相对备用电源系统要复杂多变，所以结合燃料电池在车上实际应用制定最佳系统配置条件。
但是同时也兼顾备用电源的应用场合。
二：系统初步框图三：总体控制方案：燃料电池发动机的开机，关机及运行，可以看做是一个循环过程，需要实现自检、吹扫、湿度控制、加减载控制、散热控制，故障检测和保护等一系列功能。
在满足此条件的基础上进行燃料电池系统级的开发。
1：待机自检：待机自检查看燃料电池系统发动机自身的状态是否准备就绪，包括电源供给、电磁阀状态、传感器状态，设备通讯等，因为传感器自身会有波动，所以划定其合理的波动范围来确定其是否正常工作2.开机策略：（略）3.运行控制策略：运行中需要控制加载、空压机转速、散热、氢气循环泵、尾排阀。
主要从以下几个方面进行考虑：1：电堆模块的操作条件2：发动机系统中加入了氢气循环泵，氢气循环泵的控制3：为提升寿命，对加载速率的要求：加载≯？A/s，减载≯？A/s。
（根据电堆条件确定）4：尾排及分水阀的动作时间，氢气利用率控制。
5：加减载控制策略：实现加载≯？A/s，减载≯？A/s 的目标，同时也要具备车载情况下的加减载控制能力。
其中空入压力受湿度、环境温度、自身的精度等的影响比较大，经常会出现加载不上而形成死循环的状况。
车载发动机是恒功率加载，而燃料电池发动机希望是恒电流加载，并能控制加载速率，因此，为实现恒电流加载这一目标，将加载功率这一目标转换为 Ilmt，设定加载最大电流为ΔI（0~？A/s），新的加载电流为Ilmt1= Ilmt+ΔI，而整车需求的加载电流可以通过设定功率对应计算电流，两者比较取小，再把Ilmt1查表或曲线对应到恒功率设定值，进行连续的加载到设定功率即可，如果过程中设定功率发生变化将重新比较。
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。
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。
燃料电池控制系统研发建设方案一、实施背景随着中国经济的快速发展和环境保护意识的提高，产业结构改革已成为当前中国的重要任务。
燃料电池发动机作为新一代绿色能源技术，具有高效、环保、可持续等优点，对于推动产业结构升级和实现绿色发展具有重要意义。
二、工作原理燃料电池发动机基于燃料电池技术，通过电化学反应将燃料的化学能转化为电能。
其主要由燃料电池堆、空气供应系统、冷却系统和控制系统等组成。
工作时，燃料（如氢气）与空气中的氧气在燃料电池堆中发生电化学反应，产生电能和水蒸气。
电能通过电缆输送至后端设备（如马达、发电机等），同时水蒸气排出。
三、实施计划步骤1.需求分析：明确研发目标，分析市场需求和技术瓶颈。
2.技术研究：开展燃料电池发动机的基础研究，包括材料、反应机理、性能优化等。
3.实验验证：搭建实验平台，对研发的燃料电池发动机进行性能测试和验证。
4.产品开发：基于实验结果，进行产品开发，并对产品进行持续优化。
5.市场推广：将产品推向市场，并进行持续的客户服务和反馈收集。
四、适用范围燃料电池发动机适用于多种领域，如汽车、航空航天、电力、工业等。
特别是在汽车领域，由于其零排放、低噪音和高效等优点，已被视为未来交通的重要发展方向。
五、创新要点1.先进的材料体系：采用新型材料，如纳米纤维、金属氧化物等，提高燃料电池的性能和稳定性。
2.智能控制策略：引入先进的控制算法，如模糊控制、神经网络等，实现对燃料电池发动机的精准控制。
3.多能源系统集成：将燃料电池与其他能源系统（如太阳能、风能等）进行集成，实现多种能源的互补和优化利用。
4.环保生产流程：在生产过程中采用绿色工艺，减少对环境的影响。
5.模块化设计：采用模块化设计理念，方便产品的升级和维护。
六、预期效果预计通过本方案的实施，可以带来以下预期效果：1.提高燃料电池发动机的性能和稳定性，使其在市场上更具竞争力。
2.促进中国产业结构改革和绿色发展，减少对传统能源的依赖。
燃料电池控制系统开发摘要：燃料电池即化学发电器，是继水力、火力、核电之后的第四代发电技术。
燃料电池具有发电效率高、比能量高、环境污染小、燃料范围广、可靠性强以及辐射少等方面的优势。
作为新时代高科技产品的燃料电池目前已经广泛应用于航空航天、能源发电、汽车工艺以及家用电源等领域，对社会的发展以及人们生活水平的改进具有重要意义。
基于此，本文介绍了燃料电池的原理与分类，提出了PEMFC电堆的系统结构，并就燃料电池控制系统的设计进行探究。
关键词：燃料电池；控制系统；发电系统；主控制芯片引言：燃料电池本质上属于电化学装置，燃料电池与普通电池在组成结构上基本相同，但燃料电池的效率更高，并且更加环保，使用寿命更长。
从能源与环保角度来讲，燃料电池是最优发展前途的发电技术。
控制系统是燃料电池中的重要组成部分，是保障燃料电池稳定与安全工作的重要基础。
本文介绍了质子交换膜燃料电池控制系统的软件设计与硬件设计，并借助相应的控制算法以及控制策略，初步构建燃料电池控制系统。
1燃料电池的原理和分类1.1燃料电池的原理燃料电池属于能量转换装置，能够将化学能转化为电能。
借助燃料电池可以在不经过燃烧的情况下将氧化剂以及燃料中的化学能进行转化，使其成为电能，因此在保证燃料供给的情况下便可以实现燃料电池的持续发电。
在能量转化过程中主要是将氧气与氢气以电化学反应的方式转化为电能，而转化过程中的剩余气体则可以在经过处理之后循环使用，因此燃料电池更加环保。
受电池内阻以及化学反应的影响，使得燃料电池还可以产生一定的热量。
在电池工作时，氧化剂以及燃料由外部供给，只要保证供给的持续性便可以实现燃料电池的持续发电。
单纯依靠燃料电池本身并不能稳定工作，需要在燃料电池本身的基础上设置相应的辅助系统，如安装装置、排热系统以及控制系统等，因此燃料电池控制系统的开发至关重要。
1.2燃料电池的分类燃料电池类型多样，并且按照不同的标准可以将其分为不同的类型。
以工作温度为依据进行分类，可以将其分为高温、低温以及中温型燃料电池。
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。
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。
二次开发升级机制
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制器端口升级和参数升级。
控制器
控制器在设计时就充分考虑到可能发生变化的各种因素，主程序只保留主要框架，所有可变信息都单独存贮在专门的模块中。
上位机配置终端负责选择系统运行策略以及将各种升级信息配置到控制器中，一旦系统需要升级，用户可以在不了解控制程序的情况下进行简单操作，大大缩短了控制器的开发周期，提高了系统的适用性与可操作性。
如图2所示，控制器主要由一个微处理器（DSP）、看门狗模块、电源监控模块、软配置模块、信号调理与模数转换模块、数模转换电路、I/O模块、SCI 和CAN通讯模块等部分组成。
上位机配置终端采用VB软件设计，集成了升级配置系统与数据监控系统，既可进行软配置升级也可实时显示和记录数据，与DSP间采用485通讯。
软配置模块采用EEPROM来接收和贮存来自上位机的
升级信息，通过SPI与DSP进行通讯。
控制器通过接口连接了外部的各种模拟信号和数字信号，模拟信号包括电压、电流、压力、流量、温度、湿度等，数字信号包括了各种电磁阀和继电器等。
该控制器实现了控制系统的模块化和微型化设计，具有高灵活性、高可靠性、高抗干扰性、高速信号处理能力以及二次开发升级的先进性。
控制器端口升级
控制器在硬件上设置了很多控制端口，例如，模数转换模块连接了多种A/D 采样端口，数模转换模块的D/A端口同时对几个风机进行控制，I/O模块通过I/O端口控制继电器的开合以及接收氢气报警信息，这些连接到控制器的硬件端口都是可以进行软配置升级的。
当燃料电池发动机控制系统的各子系统或电堆进行测试整改时，某些线路与控制器端口的连接不免要发生变化，这时，通过上位机配置终端就可以方便地调整控制器的内部接口设置，使控制器快速地适应新的硬件要求。
如图3所示，A/D采样是信号的主要输入通道，采集的信号如氢气进出堆压力、电堆的电压电流、风机电流、进出堆温度、冷却水和增湿水的水位流量等；I/O端口主要指DSP的数字量输入及输出，输出量通过控制继电器进而控制各种电磁阀、水泵、电机的开关，如充电负载开关、氢气氮气尾气阀、增湿水泵以及氢气循环泵等；I/O输入量则包括多个氢气报警器的开关信号；数模转换模块则将DSP输出的数字量转化为模拟量控制风机，每一个D/A控制一个风机，输出量的大小决定了风机转速的快慢。
当硬件端口由于电堆移位、电路重组等发生变化时，通过上位机终端对端口的重新配置可以使控制系统在免编程的情况下与新的硬件要求保持同步更新。
燃料电池发动机控制系统常用的参数包括了各类控制参数、安全参数以及不同传感器的标定参数等。
其中，控制参数包括开关机流程控制、风机功率控制、增湿水流量控制、尾气排放控制等；安全参数包括各类报警参数、电堆保护参数（自关机、降载）、保护延时参数等；各类传感器如电压、电流、水位、压力等传感器。
传感器是A/D采样的重要渠道，控制器中集成了对各种传感器采样初值的计算转换参数，参数中包含了传感器的量程、信号类型等，但当传感器损坏、需要更换时，控制器中的计算参数也要相应调整。
实验证明，各类参数的合理配置可以及时重组整个控制系统的控制策略，能更加安全、可靠地实现燃料电池发动机的最优净功率输出。
例如，在自关机条件中，电堆的温度、氢气的压力、风机电流等都是影响正常工作的重要因素，一旦超出允许范围控制系统就会执行自关机指令，当电堆性能升级时，电堆所能承受的工作范围相应变广，这时可通过上位机配置新的自关机条件使控制器得到相应的配置升级。
二次开发升级实现策略
上位机将配置信息传送到控制器中，控制器判断识别后将信息分类并分区保存在软配置模块的EEPROM中，然后由DSP主程序从EEPROM中已分类好的固定地址中调用。
上位机在配置升级信息时就相当于改变数据在EEPROM中的存贮顺序或大小。
本系统采用的EEPROM空间大小为64kB，每页数据存储区有32个字节（0x0000-0x0031），可以存贮256页(0x0000-0xFF00)，每一页可以存贮一种配置信息。
（1）射映模型
在控制器端口的配置升级过程中，上位机配置终端和控制器软配置模块对各个硬件端口的协同定义构成了一个映射模型（如图4）。
所谓的映射模型可以抽象成这样的一个函数映射，即f：x→y，其中x和y是两个构件集合，在这里可以表示为控制器硬件端口序号及其实际应用功能，f是x到y的一个映射，是可变的，该映射关系通过EEPROM为媒介得以表现并保存。
上位机每发送一次新的端口配置，f就改变一次，新的硬件端口功能也相应改变。
例如，原来的控制器第一路A/D接口初始设置为“采集进堆温度信号”，第二路A/D设置为“采集出堆温度信号”，“第一路”和“第二路”就是映射模型中的x，表示这是在控制器上的硬件端口序号；而“进堆温度”和“出堆温度”则是上位机所要配置的y，表示端口的实际应用功能；而f则把两者关联起来，表示了x到y的映射关系。
当上位机将这两路A/D接口交换配置时，f也相应发生变化，配置的结果就是“第一路”A/D端口变成“采集出堆温度信号”，“第二路”A/D端口则变成“采集进堆温度信号”了。
（2）执行引挚
上位机完成了对控制器的配置工作后，在软配置模块中各个升级信息的映射模型也就相应建立完毕，这时DSP再通过执行引挚将各个映射模型调用到主程序相应的程序模块中。
执行引擎是一个比表示配置信息的映射模型更高一级的映射模型，同理也可以把它抽象成一个函数映射f：x→y，在这里，x是指软配置模块中的升级信息映射模型，如A/D端口映射模型、I/O端口映射模型、自关机条件映射模型、传感器标定映射模型等；而y则是主程序中执行这一部份升级信息的程序模块，f则完成相应映射模型到程序执行模块的映射。
多性能协调控制策略
燃料电池发动机二次开发控制系统的另一个特点在于其控制策略的多样性。
传统的控制系统对于单个控制对象而言通常只有一种控制策略，在控制过程中无法满足用户或功能扩展的需求，有时为了满足不同的控制目标而不得不重新烧写程序甚至重新设计控制器。
如图5所示，本系统通过上位机软切换控制器中集成的策略库，可以方便地使用多种不同的控制策略对燃料电池发动机进行控制。
可供选择的控制策略有系统全局正常运行协调控制策略、系统局部正常运行协调控制策略以及系统局部故障运行协调控制策略。
多种控制策略的备选在很大程度上满足了控制系统的不同需求，其操作简易，人机对话友好。
结论
本文根据燃料电池发动机二次开发系统的功能需求，设计了可供软配置的控制器以及相应的二次开发升级机制，控制器实现了对内部端口结构以及控制系统运行参数的二次开发升级。
本文还提出了燃料电池发动机控制系统多性能协调控制策略，并对其在该控制系统中的应用进行了初步探索。
实践表明，该控制系统运行状况稳定、可靠，并获得了良好的控制效果。
