氢能技术：氢燃料电池的“最强大脑”

如果卡尔·本茨看今天的汽车，我猜除了认识汽车的外形之外，从动力系统到电子架构的一切都可能颠覆认知当时。

知道。

事实上，汽车离它的发明者人类越来越近了。

近年来，“氢能汽车”作为新能源汽车的主要技术路径之一，正在给人们带来无尽的想象空间。

　　那么，作为氢能汽车的“最强大脑”——氢燃料电池控制系统的工作原理是什么呢？我们和小编一起来看看吧~　　在燃料电池控制系统中，燃料电池系统控制器（Fuel-cell Control Unit，简称FCU）负责接收整车的控制指令，协调工作燃料电池系统中的其他控制器和执行器，并产生车辆所需的电能。

同时，FCU还具有实施监控的功能。

它可以监测传感器的状态，实时诊断整个系统的故障，并在故障发生时“命令”系统及时响应，避免故障对电堆造成损害。

因此，燃料电池系统控制器相当于整个系统控制的大脑。

它对于提高燃料电池的经济性、耐用性、动力性和可靠性起着至关重要的作用。

　　　　燃料电池性能下降和可靠性恶化本质上是由于环境和工况变化（启停、负载变化、连续高/低负载、温度/湿度/压力等）导致燃料电池状态不平衡造成的。

电堆（局部浸水、膜干燥、缺气、过热等），进一步造成材料性能损伤（膜、催化剂、气体扩散层等）的动态演化过程。

但更重要的是，它是由燃料电池控制器对氢、空气、水、热、电系统的协调和控制属性决定的：　　氢系统控制　　采用闭环调节算法，保证阳极在各种工况下都可以工作 到处都有足够的氢气供应。

　　01　　空气系统控制　　采用闭环解耦算法，保证正常运行所需的压力和流量。

　　02　　水热系统控制　　通过水泵和温控器的综合调节，使燃料电池始终工作在“舒适”的温度，这是燃料电池长寿命、健康运行的基础。

　　03　　电气系统控制　　通过调节各电气元件的供电和信号传输，使燃料电池保持在线并随时响应。

　　04　　为了进一步提高燃料电池发动机的耐用性，近年来，亿华通在燃料电池氢、空气、水、热、电系统的开发和集成方面取得了丰硕的科研成果。

具体进展如下： 　　空气系统　　循环变负荷工况导致空气系统供气不平衡，导致反应堆内局部缺气，从而导致关键材料如腐蚀如膜电极和双极板，这不利于燃料电池系统的耐用性。

关键因素不佳。

针对这一问题，亿华通发明了空压机与背压阀分区解耦协调控制策略。

对于弱耦合区域，分别利用空压机转速和背压节流阀开度对流量和压力进行闭环控制；针对强耦合区域，采用自抗扰控制算法实现燃料电池空气系统流量和压力的解耦闭环控制。

。

可以实现更高的响应速度，动压闭环控制的正超调更小。

　　空压机工作区耦合分区示意图　　氢气系统　　为了提高阳极氢气利用率和阳极排水，需要定期打开尾部电磁阀，排除氮气和液态水积聚在阳极。

但尾部吹扫很容易造成阳极压力突然下降，导致膜电极阳极侧和阴极侧压差增大，造成膜电极机械疲劳。

　　燃料电池发动机运行过程中压力误差随电流和放气阀动作而变化　　首先采用氢气电控喷射装置，灵活调节不同工况下氢气侧压力，保证阴极和阳极之间的压力差。

同时，吹扫过程中及时补偿吹扫所消耗的气体流量，避免压力突然下降，使质子交换膜处于交变应力的作用下，保证了质子交换膜的使用寿命。

　　第二步，在注氢控制算法中引入自学习闭环控制方法，利用目标压力、压力偏差、消耗流量、吹扫阀开关信号、注氢占空比进一步优化工艺控制。

　　水系统　　电堆内部的含水量对于燃料电池的运行状态非常重要。

目前，交流阻抗只能用于测量膜中的含水量，并且在电堆适当的工作范围内，交流阻抗的变化对含水量的变化不敏感。

针对这一问题，SHT设计了烟囱含水量状态观测及闭环控制的技术路线，实现对烟囱内部含水量的闭环控制，保证烟囱含水量始终在合适的范围内。

范围。

　　热管理系统　　为了优化整车在低温环境下的应用，亿华通开发了基于多热域耦合协调控制的燃料电池系统余热利用控制策略。

冷却液中的更多热量用于冬季车厢内的加热、除霜等，降低了整车的能耗。

　　实车余热利用效果　　电气系统　　针对现有控制方式燃料电池功率脉动大的问题，亿华通首创准稳态（Soft-run）能量管理方法以提高系统效率。

和长寿。

同时，亿华通在业内率先提出并采用高度集成的五合一解决方案，大幅提升体积功率密度和质量功率密度，降低成本。

控制器方面，采用汽车工业级多核芯片，具有明显优势：功耗低、稳定性强、扩展模块多、体积小、具有过流、过压、短路等保护功能。

其他保护功能。

　　对于燃料电池系统来说，硬件就像人体，控制软件就像人的大脑。

强健的身体和聪明的大脑是一个人高效工作和学习的两个必备要素。

稳定强大的硬件和可靠高效的软件是燃料电池系统高性能工作的两大支柱。

对于每一代系统来说，硬件锁定后的变更成本都比较高，控制软件更新正在成为亿华通燃料电池系统性能提升的重要动力来源。