氢燃料电池电堆系统控制方案教学提纲

氢燃料电池电堆系统

控制方案

DI-WEG

IN

H2

IN

H2

PURGE1

H2

PURGE2

24V蓄电池

C

入

EV-H2 EPV-H4

HEX-A2

1号电

堆

BP-A1

BP-H5

H出

前

EV-H5

SRV-H5

HV+

电堆节电压巡检

SCAN-V

HV-

MDC HRB-DRV

模块控制器

PS-HV6

BLW-DRV

IN+ OUT

OUT-

EV-H6

干出干入

K-HV2

GF

水进水出热

交换器

气出气进

P-51

H后出

IN-

MFT-A1

增湿器

湿出

EPV-A6

IT-HV3 VT-HV3 VT-HV4

K-HV1

HUM-A3

K-HV4 D-HV4

DI-WEG

OUT

AIR IN

AIR OUT

高压输出

氢循环泵

调速器

空压机

调速器

图1 1号电堆模块系

统图

预充电电源

WEXPT

RAD-D15

FLT-D11

EMV-D1

WP-D12

HET-D14

FCM

DI-WEG

OUT

H2 IN

EV-H12

H2

PURGE1

H2

PURGE2

H2TK

氢气瓶组

SRV-H12

N2

HV-H11 HV-N11

氢气排放口

FLT-DI17 AIR OUT

AIR IN

FLT-D16

DI-WEG

IN

HV+

HV-

DC/DC

FCSC H2TKC WP-DRV 系统控制器氢气瓶组控制器1号电堆模块

FAN-DRV

24V蓄电池

循环水泵

调速器

散热器风扇

调速器

图2 车用1号电堆系统系

统图

MIX-A12

FLT-A11

空气排放

口

空气进气

口

去动力高

压配电箱

表1 模块附件表：

表2 车载系统附件表：

2.1模块

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。

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 做

到一个阀组( manifold )上。

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。

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。

氢气循环

氢气循环，一是使阳极的氢气的湿度均匀，二是加热入口的氢气

氢气吹扫（排放）阀

氢气吹扫阀，是用1 个还是在电堆氢气出口的2 端各用1 个。要看电堆的阳极结构，因氢气回流后，多少会有一些液态水，若不能及时吹扫掉，会影响水平较低段的节电池性能，也不利于防冻处理。

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。

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。绝缘电阻的要求，单节电池为1200欧，150节为180千欧。

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。

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，与模块控制器采用通讯联系（CAN和RS485）。这样会使

检测电缆最短，提高可靠性和美观。

模块控制器

控制器的MCU选用飞思卡尔的MC9S12C，E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。

2.2车载系统

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。

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。氢气浓度传感变送器

氢气浓度传感变送器，用于检测空间氢气浓度，用于氢气

泄漏报警，设置6 个。布置在氢气可能泄漏的上方。

氢气气源安全阀