一种燃料电池控制器系统技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池控制器系统，包括燃料电池模块、集成式多合一模块，通过螺栓连接，可拆卸设计；所述燃料电池模块包括氢气子系统、氧气子系统、冷却子系统及电气子系统；所述集成式多合一模块包括控制板、功率板、12V/24V高倍率电池系统、智能配电盒、对外高压接口、对外低压和通讯接口。本申请对燃料电池动力系统的功能进行整合，将功能重合的部分合并，减少冗余，降低成本、重量，同时将复杂的控制算法集成到中央处理器上，减少CPU总的数量，整合控制器算力，提高控制器利用率，避免运算资源浪费；同时集成化布置，减少重复性操作，提高装配效率。高装配效率。高装配效率。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池控制器系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体涉及一种燃料电池控制器系统。

技术介绍

[0002]目前氢燃料电池车型，核心动力系统(燃料电池发动机系统、动力电池、电机)与整车集成时，将各电器系统进行单独设计，彼此间只能通过整车控制器进行交互。同时氢燃料电池控制器FCU、燃料电池高压氢气循环泵控制器、燃料电池空气增压控制器以及燃料电池升压DC/DC、降压DC/DC、智能配电盒等都是单独控制器，都有一个主控制芯片，在进行布置时，多采用分散式布置的方式。
[0003]这种布置方式需要更大的布置空间，同时会导致高低压线束在系统、整车上来回走，布置杂乱；每个控制器部件都需要单独设计开发，每个控制器部件算力均有剩余，造成运算资源浪费，增加了动力系统的重量、成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种燃料电池控制器系统，有效地解决了现有技术布置杂乱、占用空间大、成本高、资源浪费的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0006]一种燃料电池控制器系统，包括燃料电池模块、集成式多合一模块，通过螺栓连接，可拆卸设计；
[0007]所述燃料电池模块包括氢气子系统、氧气子系统、冷却子系统及电气子系统；
[0008]所述集成式多合一模块包括控制板、功率板、12V/24V高倍率电池系统、智能配电盒、对外高压接口、对外低压和通讯接口；
[0009]燃料电池模块各子系统执行控制板发送的指令，同时采集温度、压力、流量、电压、电流、阀门开度状态信息通过燃电系统信号交互接口给控制板，实现燃料电池模块与控制板的交互。
[0010]作为上述方案的优选，还包括加热/冷却模块，设有液冷介质入口，液冷介质出口，用于冷却水循环，保证系统处于正常工作温度范围。
[0011]作为上述方案的优选，所述氢气子系统包括通过管路及阀件相互连接的温度/压力传感器、氢气浓度传感器、氢气回流泵、引射器/或氢气喷射器；
[0012]氧气子系统包括通过管路及阀件相互连接的空压机、流量计、温度/压力传感器、阀件；
[0013]冷却子系统包括通过管路及阀件相互连接的高压水泵、温度/压力传感器、电导率测试传感器；
[0014]电气子系统包括巡检模块CVM、连接线束。
[0015]作为上述方案的优选，所述集成式多合一模块还包括集成的第一、第二、第三壳体，控制板设置在第一壳体内的一侧，功率板设置在第一壳体内的另一侧，中间通过隔板隔
离，控制板上信号线通过屏蔽插件穿过隔板到达功率板；12V/24V高倍率电池系统设置在第二壳体内，智能配电盒设置在第三壳体内，2V/24V高倍率电池系统与智能配电盒通过软铜排实现电气连接；12V/24V高倍率电池系统与功率板使用大功率铜排连接。
[0016]作为上述方案的优选，所述控制板上设有低压部分，包括控制模块CPU、数据采集模块、通信模块、存储单元，系统内控制器控制逻辑和/或算法，通过屏蔽插头到控制板，再通过低压电源输出给燃料电池模块；
[0017]数据采集模块用于采集燃料电池模块的温度，压力、流量、电压、电流、阀门开度的状态模拟量数据；采集继电器、部件工作状态数字量数据；采集控制板自身状态数据，包括电磁阀的驱动、H桥的驱动、过流过压、通讯状态数据；同时采集各功率模块以及由各功率模块驱动的电机的数据，升压转换模块的数据，动力系统控制装置内部温度、电流、电压数据，升降压转换模块的数据；
[0018]通信模块用于燃料电池模块与控制板通信交互、集成式多合一模块内部通讯与控制板通信交互、整车与控制板通信交互。
[0019]作为上述方案的优选，所述控制器控制逻辑和/或算法包括氢燃料电池控制器FCU控制逻辑和/或算法、燃料电池高压氢气循环泵控制器控制逻辑和/或算法、燃料电池空气增压控制器控制逻辑和/或算法、燃料电池升压DC/DC控制逻辑和/或算法、降压DC/DC控制逻辑和/或算法、智能配电盒控制逻辑和/或算法。
[0020]作为上述方案的优选，所述燃料电池模块与控制板通信交互包括与燃料电池热管理系统用水泵/PTC、阀件、电堆巡检CVM进行信息交互；
[0021]集成式多合一模块内部通讯与控制板通信交互包括与燃电升压DCF、燃料电池供氢系统高压氢气循环泵控制器、驱动电机控制器、燃料电池空气系统空气增压控制、双向DC/DC、12V/24V高倍率电池管理系统、智能配电盒进行信息交互；
[0022]整车与控制板通信交互包括与整车控制器VCU、整车PDU、动力电池BMS等进行信息交互。
[0023]作为上述方案的优选，所述功率板上设置有各功率模块，包括燃电输入预充、燃电升压DCF、驱动电机控制器、空气增压控制器、高压氢气循环泵控制器、高压水泵供电、高压PTC供电、双向DC/DC，模块预留有外部动力电池输入手动维修开关MSD接口、高压散热风扇输出模块。
[0024]作为上述方案的优选，所述12V/24V高倍率电池系统与双向DC/DC集成设计，通过连接铜排连接；
[0025]12V/24V高倍率电池系统中的电池采用磷酸铁锂电池、三元锂电池、镍氢电池、超级电容电池中的一种，由电池管理系统对电池进行能量安全管理，通过大容量保险和继电器对外输出电源。
[0026]作为上述方案的优选，所述集成式多合一模块上设有多个检修口。
[0027]由于具有上述结构，本专利技术的有益效果在于：
[0028]1、集成式控制器，将燃料电池系统的控制、各功率模块控制集成，提高单个控制器CPU运算能力同时，减少CPU总的数量，节约成本、降低系统功耗等。内部集成数据传输结构清晰，也有利于提高数据传输、处理效率。内部高低压隔离布置，可避免高压对控制板上的器件的干扰。将各控制器与其他装置系统为一体，内部采用铜排连接，螺栓固定，布线清晰，
提高布线及连接安全性；同时提高系统在整车中集成度，有利于高压输出线束的布置，缩短整个系统高压输出线束长度，有助于提高整车安全性。
[0029]2、12V/24V高倍率电池系统，通过智能配电盒为燃料电池系统各用电器供电，也可为系统大功率散热风扇预留预留电源接口，同时也可为整车提供低压电源，避免整车重复设计、布置。同时12V/24V高倍率电池系统与集成升压/降压转换模块共用，为燃料电池辅助高压供电，同时可通过电机控制器为整车提供动力，也可吸收电机回馈能量，亦可接受燃料电池提供的能量，实现自身能量补给。系统预留有动力电池输入接口，可增加高电压动力电池进行功率和能量拓展。
[0030]3、12V/24V高倍率电池系统升压到高压状态，多合一输出端无需再配置预充电路，降低成本、节约空间。
[0031]4、智能配电盒，可控制上下电时序，具有过流过压保护功能，高效、精确、安全；具有故障检测、存储功能，故障断开后可自恢复，无需人为拆卸更换保险；具有反向电流阻断功能，防止用电设备产生的反向电压对其他用电器和负载线路产生影响。
附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池控制器系统，其特征在于：包括燃料电池模块、集成式多合一模块，通过螺栓连接，可拆卸设计；所述燃料电池模块包括氢气子系统、氧气子系统、冷却子系统及电气子系统；所述集成式多合一模块包括控制板、功率板、12V/24V高倍率电池系统、智能配电盒、对外高压接口、对外低压和通讯接口；燃料电池模块各子系统执行控制板发送的指令，同时采集温度、压力、流量、电压、电流、阀门开度状态信息通过燃电系统信号交互接口给控制板，实现燃料电池模块与控制板的交互。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池控制器系统，其特征在于：还包括加热/冷却模块，设有液冷介质入口，液冷介质出口，用于冷却水循环，保证系统处于正常工作温度范围。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池控制器系统，其特征在于：所述氢气子系统包括通过管路及阀件相互连接的温度/压力传感器、氢气浓度传感器、氢气回流泵、引射器/或氢气喷射器；氧气子系统包括通过管路及阀件相互连接的空压机、流量计、温度/压力传感器、阀件；冷却子系统包括通过管路及阀件相互连接的高压水泵、温度/压力传感器、电导率测试传感器；电气子系统包括巡检模块CVM、连接线束。4.根据权利要求1所述的一种燃料电池控制器系统，其特征在于：所述集成式多合一模块还包括集成的第一、第二、第三壳体，控制板设置在第一壳体内的一侧，功率板设置在第一壳体内的另一侧，中间通过隔板隔离，控制板上信号线通过屏蔽插件穿过隔板到达功率板；12V/24V高倍率电池系统设置在第二壳体内，智能配电盒设置在第三壳体内，2V/24V高倍率电池系统与智能配电盒通过软铜排实现电气连接；12V/24V高倍率电池系统与功率板使用大功率铜排连接。5.根据权利要求1所述的一种燃料电池控制器系统，其特征在于：所述控制板上设有低压部分，包括控制模块CPU、数据采集模块、通信模块、存储单元，系统内控制器控制逻辑和/或算法，通过屏蔽插头到控制板，再通过低压电源输出给燃料电池模块；数据采集模块用于采集燃料电池模块的温度，压力、流量、电压、电流、阀门开度的状态模拟量数据；采集继电器、部件工作状态数字量数据；采集控制板自身状态数据，包括电磁阀的驱动、H...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐廷江，朱思思，祝东鑫，方长城，汪江林，贾庆波，
申请(专利权)人：武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：