氫燃料電池電堆系統(tǒng)控制及方案

1、PTDI-WEG1TTPTH2PTEV-H2EPV-H4BP-H5H2PURGE1SRV-H5H2PURGE2EV-H6SCAN-V24V蓄電池電堆節(jié)電壓巡檢模塊控制器CaC出H入1號電堆A入H出前A出H后出P-51HV+HV-PTPTA5TTA4HRB-DRV氫循環(huán)泵調速器干出干入增濕器A3濕入濕出HUM-A3IT-HV3GF水進水出熱交換器氣出氣進HEX-A2EPV-A6VT-HV3BP-A1K-HPS-HV6IN+OUT+預充電電源IN-OUT-圖11號電堆模塊系統(tǒng)圖TTD15EMV-D13WEXPTH2TK氫氣瓶組TTD12WP-D12FLT-D11TTD11HET-D14FLT-DI

2、17FLT-D16ATATATATAT丁AT101102103104105106TTD16,DI-WEGH2INOUTH2PURGE1H2PURGE2AIROUTAIRINDI-WEGINHV+HV-1號電堆模塊PCMEV-H12SRV-H12CSC系統(tǒng)控制器H2TKC氫氣瓶組控制器WPDRV循環(huán)水泵調速器FANDRV散熱器風扇調速器PTH12DC/DC24V蓄電池圖2車用1號電堆系統(tǒng)系統(tǒng)圖表1模塊附件表：符號名稱描述PT-D2電堆冷卻人口壓力用于壓力過高報警，不用于控制TT-D2電堆冷卻人口溫度用于指示和報警，不用于控制TT-D6電堆冷卻岀口溫度用于指示和報警，不用于控制MFT-A1空氣質量

3、流量計用于空氣流量控制PT-A1空壓機人口壓力相對壓力為負值，用于空濾堵塞報警BP-A1空壓機TT-A2空壓機岀口與熱交換器之間節(jié)點溫度HEX-A2冷卻液與壓縮空氣熱交換器TT-A3壓縮空氣熱交換器空氣岀口和增濕器之間節(jié)點溫度TT-A4電堆空氣人口溫度PT-A4電堆空氣人口壓力TT-A5電堆空氣岀口溫度PT-A5電堆空氣岀口壓力用于電堆空氣岀口背壓控制TT-A6空氣增濕器濕通道岀口溫度EPV-A6空氣電磁比例閥用于電堆空氣岀口背壓控制PT-H2氫氣進氣口壓力EV-H2氫氣進氣閥控制閥PT-H3氫氣比例閥人口壓力用于氫氣人口壓力和流量控制EPV-H4氫氣電磁比例閥用于氫氣人口壓力和流量控制PT-

4、H4氫氣電堆人口壓力PT-H5氫氣電堆岀口壓力BP-H5氫氣回流泵EV-H5氫氣排放閥1EV-H6氫氣排放閥2SRV-H5安全泄放閥用于陽極對陰極的壓力保護SCAN-V電堆節(jié)電壓巡檢單元CT-HV3電堆輸岀電流VT-HV3電堆輸岀電壓GF電堆高壓總線絕緣電阻測試FCMC模塊控制器K-HV4電堆總線預充電開關直流接觸器D-HV4電堆總線預充電二極管防止反向給電池充電K-HV1電堆總線輸岀正極總開關直流接觸器K-HV2電堆總線輸岀負極總開關直流接觸器VT-HV4模塊輸岀電壓用于預充電控制HRB-DRV氫循環(huán)泵調速器在氫氣循環(huán)泵總成中，只是標明電源BLW-DRV空壓機調速器在空壓機總成中，只是標明電

5、源PS-HV6外用電設備預充電電源表2車載系統(tǒng)附件表：符號名稱描述H2TK高壓氫氣瓶組氫氣氣源HV-H11氫氣源人口手動截止閥HV-N11氮氣源人口手動截止閥用于防凍處理過程PT-H12氫氣回路氣源壓力EV-H12氫氣回路氣源隔離閥SRV-H12氫氣回路氣源安全閥MIX-A12空氣排氣口混合器FLT-A11空氣進氣口過濾器WEXPT冷卻補水膨脹水箱FLT-D16電堆冷卻液進口過濾器過濾微粒FLT-D11電堆冷卻液岀口過濾器過濾微粒WP-D12冷卻液循環(huán)泵HET-D14冷卻液加熱器用于冷啟動加熱EMV-D13冷卻液回路電動三通閥RAD-D15冷卻液散熱水箱根據(jù)實際位置，可能有多個FLT-DI17

6、去離子過濾器PT-D16電堆模塊冷卻回路人口壓力TT-D11電堆模塊冷卻回路岀口溫度TT-D12冷卻回路循環(huán)泵岀口溫度TT-D15冷卻回路散熱器岀口溫度TT-D16電堆模塊冷卻回路人口溫度DC/DC燃料電池與動力電池間的直流變換器根據(jù)整車動力電池規(guī)格確定參數(shù)FCSC燃料電池系統(tǒng)控制器H2TKC氫氣瓶組控制器WP-DRV冷卻液循環(huán)水泵調速器在循環(huán)水泵總成中，只標明電源FAN-DRV冷卻散熱水箱風扇調速器在風扇總成中，只標明電源AT-101AT-102AT-103AT-104AT-105AT-1066個氫氣濃度傳感變送器用于系統(tǒng)空間中可能氫氣漏氣處的氫氣泄漏報警2.1模塊冷卻液與壓縮空氣熱交換器因

7、冷卻液的溫度適應電堆要求，該熱交換器的作用，一是壓縮空氣溫度過高時降溫（起中冷器作用），二是壓縮空氣溫度較低時加熱?？紤]到要適應低溫環(huán)境，最好采用。氫氣入口壓力調整器電堆的氫氣入口壓力調整，由PT-H3、EPV-H4、PT-H4組成，通過程序采集壓力和控制比例閥來實現(xiàn)。為了控制準確和簡單管路，將PT-H2、EV-H2、PT-H3、EPV-H4、PT-H4做到一個閥組（manifold）上。陽極壓力保護為防止氫氣入口壓力調整器失效，而使陽極產生高壓毀壞電堆。采用安全閥SRV-H5保護。外增濕器外增濕器采用膜增濕器，用電堆的出口濕空氣來增濕電堆得入口干空氣。具體是否采用，要看電堆的需求。氫氣循環(huán)氫

8、氣循環(huán)，一是使陽極的氫氣的濕度均勻，二是加熱入口的氫氣。氫氣吹掃（排放）閥氫氣吹掃閥，是用1個還是在電堆氫氣出口的2端各用1個。要看電堆的陽極結構，因氫氣回流后，多少會有一些液態(tài)水，若不能及時吹掃掉，會影響水平較低段的節(jié)電池性能，也不利于防凍處理。電堆空氣岀口壓力電堆岀口壓力，采用電磁比例閥EPV-A6和電堆岀口壓力表PT-A5形成回路來控制。為防止憋壓，比例閥為常開閥。電堆高壓輸岀正負極對結構接地（搭鐵）絕緣電阻檢測電堆高壓輸岀正負極對結構接地的絕緣電阻小時，會危害電堆的安全。在模塊中需要加入檢測單元。絕緣電阻的要求，單節(jié)電池為1200歐，150節(jié)為180千歐。電機調速器的電源因空壓機的功率

9、一般大于1kW,采用電堆的高壓電源，在啟動或停止的過程中需要外電源供電。啟動和停止時由預充電電源PS-HV6供電。氫氣循環(huán)泵，因功率一般小于500W，且只在電堆工作時運行，采用外部24VDC單獨供電。節(jié)電池電壓巡檢單元節(jié)電池電壓巡檢單元，與電堆的結構做到一起，自帶MPU,與模塊控制器采用通訊聯(lián)系（CAN和RS485）。這樣會使檢測電纜最短，提高可靠性和美觀。模塊控制器控制器的MCU選用飛思卡爾的MC9S12CE，硬件和殼體，若能采購滿足要求的現(xiàn)成控制器，則采購；實驗調試完成后，沿用采購的或公司自主研發(fā)?？刂撇呗院蛙浖幊蹋咀灾餮邪l(fā)。2.2車載系統(tǒng)高壓氫氣瓶組高壓氫氣瓶組，根據(jù)整車要求設置個

10、數(shù)，每個氫氣瓶都裝有瓶口閥組合塊。瓶口閥組合塊包括溫度傳感器、壓力傳感器、截止閥。因數(shù)量比較多，一般專做1個氫氣瓶組控制器，用于現(xiàn)場采集溫度壓力信號和截止閥的控制。氫氣瓶組控制器與燃料電池系統(tǒng)控制器通過CAN總線通訊。因高壓氫氣瓶組，屬于特種行業(yè)，需要有資質的單位設計施工。氫氣氣源的選擇電堆模塊的氫氣氣源，設置2個手動截止閥，一個接入氫氣氣源，一個接入氮氣氣源。氮氣氣源不在現(xiàn)場布置，只是在溫度低，需要長期停機或存貯時，將陽極的氫氣置換成氮氣。氫氣濃度傳感變送器氫氣濃度傳感變送器，用于檢測空間氫氣濃度，用于氫氣泄漏報警，設置6個。布置在氫氣可能泄漏的上方。氫氣氣源安全閥用于泄放氣源地高壓，出口接

11、到空氣排放口。氫氣氣源隔離閥一是作為氫氣氣源地總開關，在出現(xiàn)氫氣泄漏報警時，關閉該閥，用于截斷氫氣氣源?？諝馀欧趴诨旌掀髟摶旌掀?，以空氣回路為主通道，電堆氫氣排放口混合接入此處，用流動的空氣來稀釋排放的氫氣，該處安裝一個氫氣濃度傳感器。報警時，關斷氫氣氣源隔離閥?？諝膺M口過濾器空氣進口過濾器，需要雙層過濾，外層為物理過濾，主要過濾微粒；內層為化學過濾器，主要過濾危害陰極觸媒的化學成分并且壓損要小于3kpag。冷卻回路冷卻回路采用散熱水箱和補水膨脹水箱的結構。采用電動三通比例閥構成2個分支回路：冷啟動加熱和電堆小功率回路（內回路），電堆大功率散熱器回路（外回路）。水溫控制執(zhí)行元件有：EMV-D1

12、3、FAN-DRV、WP-DRV、HEX-D14。組合控制達到各種工況的溫度要求。FLT-D11、FLT-D16為網(wǎng)狀物理過濾器，主要過濾顆粒物。FLT-DI17去離子過濾器，安裝在微循環(huán)分支上，用于去除冷卻液中的離子。電機調速器電源冷卻液循環(huán)水泵和散熱器風扇電機調速器電源全部用外接的24VDC蓄電池電源。燃料電池系統(tǒng)控制器控制器的MCU選用飛思卡爾的MC9S12CE,硬件和殼體，若能采購滿足要求的現(xiàn)成控制器，則采購；實驗調試完成后，沿用采購的或公司自主研發(fā)?？刂撇呗院蛙浖幊?，公司自主研發(fā)。DC/DC將DC/DC歸入燃料電池系統(tǒng)，是因為電堆的工況跟DC/DC密切相關。1.節(jié)點參數(shù)節(jié)點參數(shù)是根

13、據(jù)系統(tǒng)工藝正常工作和控制策略要求而提出3.1電堆參數(shù)單節(jié)電池電特性參數(shù)(用于健康度、生命期評估)額定電流：ADC終止電壓：VDC表2電壓VS電流額定電流比0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0最小電壓(mV)最大電壓(mV)冷卻流道參數(shù)冷卻液為去離子水或防凍液(50%V/V乙二醇)。最大入口壓力：kPa(絕壓)最大出口溫度：最大出入口溫差：表3壓損VS流量(去離子水):流量(LPM)人口壓力(kpag)岀口壓力(kpag)表4壓損VS流量(防凍液):流量(LPM)人口壓力(kpag)岀口壓力(kpag)表5溫度VS電流電流CT-HV3(A)人口溫度TT-D2(C)岀口溫度TT-D3(C)發(fā)熱功率(W)陽極(氫氣)及陰極參數(shù)工作溫度X圍：oc最大陽極和陰極連通后入口壓力：kPa最大陽極對陰極壓力：kPa表6最小陽極對陰極壓力VS電流電流CT-HV3(A)最小壓力(kPa)其它各項表7各項VS電流