在燃料電池控制系統(tǒng)中，燃料電池系統(tǒng)控制器(Fuel-cellControlUnit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(shí)施監(jiān)測的功能，它能監(jiān)測傳感器狀態(tài)，實(shí)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(jì)性、耐久性、動力性以及可靠性起著至關(guān)重要的作用。

燃料電池控制軟件的功能

燃料電池控制器豐富的功能源于其中強(qiáng)大的系統(tǒng)控制軟件，系統(tǒng)控制軟件事無巨細(xì)的對燃料電池進(jìn)行控制與管理，主要包括：

氫氣系統(tǒng)控制：燃料電池的陽極氣體是氫氣，控制系統(tǒng)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。

空氣系統(tǒng)控制：燃料電池的陰極氣體是空氣，燃料電池的正常運(yùn)行需要足夠的空氣壓力與空氣流量，燃料電池控制軟件通過閉環(huán)解耦算法，保障正常運(yùn)行所需的壓力和流量。

水熱系統(tǒng)控制：燃料電池不同工況的運(yùn)行需要不同的溫度，溫度過低影響催化劑活性，溫度過高影響電堆濕度。水熱系統(tǒng)通過水泵與節(jié)溫器的綜合調(diào)節(jié)，使得燃料一直工作在“舒適”的溫度。

輸出功率控制：不同的車況下，需要燃料電池輸出不同的功率，控制軟件通過功率閉環(huán)控制，使得燃料電池及時響應(yīng)駕駛員對功率的需求，提高駕駛體驗(yàn)。

系統(tǒng)通訊：燃料電池系統(tǒng)軟件通過CAN通訊，接收整車的命令，并把燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的信息及時反饋給整車。

故障診斷：燃料電池動力系統(tǒng)發(fā)生故障時，控制軟件需要通過模型與識別算法及時診斷發(fā)生哪種故障，并及時對故障進(jìn)行處理，避免故障傷害燃料電池系統(tǒng)。

氫系統(tǒng)管理：燃料電池軟件控制氫氣從高壓氫瓶中可靠進(jìn)入電堆

氫安全管理：氫安全對燃料電池動力系統(tǒng)至關(guān)重要，控制軟件每時每刻都在監(jiān)控系統(tǒng)氫安全的各項(xiàng)壓力流量指標(biāo)，并在氫泄露時及時關(guān)閉氫瓶閥，避免發(fā)生安全事故。

燃料電池控制系統(tǒng)軟件開發(fā)流程

燃料電池軟件承擔(dān)如此之多的重要功能，其開發(fā)過程需要規(guī)范的開發(fā)流程與嚴(yán)格的測試流程。捷氫燃料電池系統(tǒng)的軟件開發(fā)采用基于模型開發(fā)(ModelBasedDesign,MBD)的軟件開發(fā)方式，遵循V模式開發(fā)流程，同時使用ASPICE流程體系規(guī)定并約束軟件開發(fā)生命周期中的所有活動。軟件的開發(fā)過程包括需求收集與分析，到軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)與詳細(xì)開發(fā)，最終自動生成軟件代碼。而軟件開發(fā)的所有工作都對應(yīng)有多層次靜態(tài)驗(yàn)證、動態(tài)測試或驗(yàn)證的方法，以保證軟件的功能和質(zhì)量。

燃料電池控制的挑戰(zhàn)與發(fā)展方向

現(xiàn)有燃料電池控制器系統(tǒng)遵循“一個子功能一個控制器”：整個系統(tǒng)內(nèi)除了FCU控制器，還有循環(huán)泵控制器，DCF控制器，空壓機(jī)控制器，水泵控制器，節(jié)溫器控制器，組合閥控制器，背壓閥控制器等等，硬件復(fù)雜度高，代碼冗余量大。為解決上述問題，近年來基于多核運(yùn)算的域控制器技術(shù)開始取代原先分布式的眾多控制器。

就像PC電腦，使用強(qiáng)大的CPU處理絕大多數(shù)運(yùn)算是成本與體積最優(yōu)化的方案，域控制器的思路就是使用一個強(qiáng)大的多核芯片完成域內(nèi)絕大部分運(yùn)算而取消眾多的其他控制器，這樣可以達(dá)到成本和體積的優(yōu)化，使得控制系統(tǒng)走向集成化，中心化(如下圖控制系統(tǒng)的演進(jìn)路線所示)。使用域控制器對燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的控制器進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，可以提高軟硬件集成度，減小模塊數(shù)量，降低質(zhì)量風(fēng)險，減小系統(tǒng)體積重量，增強(qiáng)生產(chǎn)線柔性，并有效降低成本，是未來重要的發(fā)展趨勢。

對于燃料電池動力系統(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(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捷氫燃料電池系統(tǒng)性能提升的重要動力源。

作者/呂家明、趙婧蕓

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