氢燃料电池电堆系统控制方案

1、 ttd6di-wegindi-wegoutc入水进热交换器pth2pth3pth4pta4h2inpta1干出干入气出air intta4tta3tta2hex-a2mft-a1bp-a1tta5tta6h2purge1air outa出湿入湿出epv-a6pta5k-hv4k-hv1d-hv4vt-hv3vt-hv4h2purge2p-51高压输出电堆节电压巡检scan-vk-hv2gf氢循环泵调速器模块控制器ps-hv6blw-drvin+in-out+out-24v蓄电池图1 1号电堆模块系统图. wexpth2tkfcmn2hv-n11rad-d15pttth12d12ttd11fl

2、t-d11emv-d13di-wegoutev-h12srv-h12氢气排放口空气排放口wp-d12het-d14purge2ttflt-di17air outd15空气进气口air inptflt-d16d16di-wegin去动力高压配电箱ttd16dc/dcat1号电堆模块fcsch2tkcwp-drvfan-drv24v蓄电池图2 车用1号电堆系统系统图. 表 1 模块附件表：符号名称描述用于压力过高报警，不用于控制用于指示和报警，不用于控制用于指示和报警，不用于控制用于空气流量控制相对压力为负值，用于空滤堵塞报警空压机出口与热交换器之间节点温度冷却液与压缩空气热交换器压缩空气热交换器

3、空气出口和增湿器之间节点温度电堆空气入口温度电堆空气入口压力电堆空气出口温度电堆空气出口压力空气增湿器湿通道出口温度空气电磁比例阀氢气进气口压力氢气进气阀用于电堆空气出口背压控制用于电堆空气出口背压控制氢气比例阀入口压力氢气电磁比例阀氢气电堆入口压力氢气电堆出口压力氢气回流泵安全泄放阀用于阳极对阴极的压力保护电堆节电压巡检单元电堆输出电流电堆输出电压 表 2 车载系统附件表：符号h2tk名称描述高压氢气瓶组氢气源入口手动截止阀氮气源入口手动截止阀氢气回路气源压力氢气气源hv-h11hv-n11pt-h12ev-h12srv-h12mix-a12flt-a11wexpt用于防冻处理过程氢气回路气

4、源隔离阀氢气回路气源安全阀空气排气口混合器空气进气口过滤器冷却补水膨胀水箱flt-d16flt-d11wp-d12het-d14emv-d13rad-d15flt-di17pt-d16tt-d11tt-d12tt-d15tt-d16电堆冷却液进口过滤器电堆冷却液出口过滤器冷却液循环泵冷却液加热器用于冷启动加热冷却液回路电动三通阀冷却液散热水箱根据实际位置，可能有多个去离子过滤器电堆模块冷却回路入口压力电堆模块冷却回路出口温度冷却回路循环泵出口温度冷却回路散热器出口温度电堆模块冷却回路入口温度燃料电池与动力电池间的直流变换器dc/dc根据整车动力电池规格确定参数fcsch2tkc燃料电池系统控制

5、器氢气瓶组控制器wp-drvfan-drvat-101at-102at-103在循环水泵总成中，只标明电源在风扇总成中，只标明电源用于系统空间中可能氢气漏气处的氢气6 个氢气浓度传感变送器 2.1 模块l 冷却液与压缩空气热交换器因冷却液的温度适应电堆要求，该热交换器的作用，一是压缩空气温度过高时降温（起中冷器作用），二是压缩空气温度较低时加热。考虑到要适应低温环境，最好采用。l 氢气入口压力调整器电堆的氢气入口压力调整，由 pt-h3、epv-h4、pt-h4 组成，通过程序采集压力和控制比例阀来实现。为了控制准确和简单管路，将 pt-h2、ev-h2、pt-h3、epv-h4、pt-h4

6、做到一个阀组（manifold）上。l 阳极压力保护为防止氢气入口压力调整器失效，而使阳极产生高压毁坏电堆。采用安全阀 srv-h5 保护。l 外增湿器外增湿器采用膜增湿器，用电堆的出口湿空气来增湿电堆得入口干空气。具体是否采用，要看电堆的需求。l 氢气循环 不能及时吹扫掉，会影响水平较低段的节电池性能，也不利于防冻处理。l 电堆空气出口压力电堆出口压力，采用电磁比例阀 epv-a6 和电堆出口压力表pt-a5 形成回路来控制。为防止憋压，比例阀为常开阀。l 电堆高压输出正负极对结构接地（搭铁）绝缘电阻检测电堆高压输出正负极对结构接地的绝缘电阻小时，会危害电堆的安全。在模块中需要加入检测单元。

7、绝缘电阻的要求，单节电池为 1200 欧，150 节为 180 千欧。l 电机调速器的电源因空压机的功率一般大于 1kw，采用电堆的高压电源，在启动或停止的过程中需要外电源供电。启动和停止时由预充电电源ps-hv6 供电。氢气循环泵，因功率一般小于 500w，且只在电堆工作时运行，采用外部 24vdc 单独供电。l 节电池电压巡检单元节电池电压巡检单元，与电堆的结构做到一起，自带 mpu， 采购的或公司自主研发。控制策略和软件编程，公司自主研发。2.2 车载系统l 高压氢气瓶组高压氢气瓶组，根据整车要求设置个数，每个氢气瓶都装有瓶口阀组合块。瓶口阀组合块包括温度传感器、压力传感器、截止阀。因数

8、量比较多，一般专做1 个氢气瓶组控制器，用于现场采集温度压力信号和截止阀的控制。氢气瓶组控制器与燃料电池系统控制器通过 can 总线通讯。因高压氢气瓶组，属于特种行业，需要有资质的单位设计施工。l 氢气气源的选择电堆模块的氢气气源，设置 2 个手动截止阀，一个接入氢气气源，一个接入氮气气源。氮气气源不在现场布置，只是在温度低，需要长期停机或存贮时，将阳极的氢气置换成氮气。l 氢气浓度传感变送器 一是作为氢气气源地总开关，在出现氢气泄漏报警时，关闭该阀，用于截断氢气气源。l 空气排放口混合器该混合器，以空气回路为主通道，电堆氢气排放口混合接入此处，用流动的空气来稀释排放的氢气，该处安装一个氢气浓

9、度传感器。报警时，关断氢气气源隔离阀。l 空气进口过滤器空气进口过滤器，需要双层过滤，外层为物理过滤，主要过滤微粒；内层为化学过滤器，主要过滤危害阴极触媒的化学成分。并且压损要小于 3kpag。l 冷却回路冷却回路采用散热水箱和补水膨胀水箱的结构。采用电动三通比例阀构成 2 个分支回路：冷启动加热和电堆小功率回路（内回路），电堆大功率散热器回路（外回路）。水温控制执行元件有：emv-d13、fan-drv、wp-drv、hex-d14。组合控制达到各种工况的温度要求。flt-d11、flt-d16 为网状物理过滤器，主要过滤颗粒物。 l 燃料电池系统控制器控制器的 mcu 选用飞思卡尔的 mc

10、9s12ce，硬件和壳体，若能采购满足要求的现成控制器，则采购；实验调试完成后，沿用采购的或公司自主研发。控制策略和软件编程，公司自主研发。l dc/dc将 dc/dc 归入燃料电池系统，是因为电堆的工况跟 dc/dc 密切相关。 1. 节点参数节点参数是根据系统工艺正常工作和控制策略要求而提出。3.1 电堆参数l 单节电池电特性参数(用于健康度、生命期评估)额定电流：终止电压：adcvdc表 2 电压 vs 电流额定电流0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0比最小电压（mv）最大电压(mv)l 冷却流道参数冷却液为去离子水或防冻液（50%v/v乙二醇）。最大入口压力：最大出口温度：最大出入口温差：kpa（绝压）表 3压损 vs 流量（去离子水）: 表 4压损 vs 流量（防冻液）:流量(lpm)入口压力(kpag)出口压力(kpag)表 5温度 vs 电流电流ct-hv3(a)入口温度tt-d2()出口温度tt-d3()发热功率（w）阳极（氢气）及阴极参数工作温度范围：最大阳极和阴极连通后入口压力：kpa最