一种设备控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种设备控制系统，包括用于燃料电池系统的控制板，所述控制板的输入单元与整车端连接，与所述控制板的输出单元与燃料电池、空气压缩机、氢气循环泵连接；所述控制板上仅设有一颗多核DSP,用于运行各控制电路的控制逻辑和/或算法、与数据采集模块实现交互、与功率模块实现交互、与通信模块实现交互；所述控制板上还集成设有与燃料电池连接的升压DC

【技术实现步骤摘要】
一种设备控制系统


[0001]本技术涉及燃料电池
，尤其是一种设备控制系统。

技术介绍

[0002]2022年3月23日由国家印发的《规划》中明确了氢的能源属性，强调氢能是未来中国国家能源体系的重要组成部分，要充分发挥氢能清洁低碳的特点，推动交通、工业等用能终端和高耗能、高排放行业向绿色低碳转型。氢燃料电池技术是氢能利用的其中一种重要形式，具有充氢速度快，零排放无污染的特点。氢燃料电池系统是一个相对复杂的系统，它主要由燃料电池电堆、燃料供应子系统、氧化剂供应子系统、水热管理子系统及电源管理与控制系统所组成。主要系统部件有空压机、氢循环泵、增湿器、氢瓶等，这些子系统与燃料电池电堆组成了燃料电池发电系统。
[0003]燃料电池发电系统中的电源管理及控制系统主要是对电堆的电源管理、供氧的空压机控制、供氢的氢循环泵控制。电堆的电源管理，主要是将燃料电池输出的不稳定的、变化范围大的电压变换成稳定的电压，为了提高电机效率降低电机发热损耗，通常采用升压DC
‑
DC变换成高压输出。因此，燃料电池的电源管理及控制是整个系统中最重要的一环。
[0004]由于空气压缩机、氢气循环泵已是相对完整成熟的产品，有各自的主控制芯片及系统，因此，现有技术大多数应用都是将它们作为独立的控制板，采用分散式布置方式集合到燃料电池系统中。这种布置方式控制复杂，连接线束多而繁杂，同时增加了车身的重量，成本也难以降低。同时，当涉及产品迭代、功能升级时，需要对整个系统进行改造，变动非常大，改造成本高，产品开发周期长等。因此，如何降低燃料电池车用控制板在整车上的体积、重量，以及降低线束布线的复杂度，降低成本，加速产品迭代，是氢燃料电池车所面临的巨大挑战。

技术实现思路

[0005]本技术针对上述现有技术的不足，提供一种设备控制系统，解决现有技术中系统控制复杂，功率提升改造成本高的问题。
[0006]为实现上述目的，本技术提供了如下技术方案：一种设备控制系统，包括用于燃料电池系统的控制板，所述控制板的输入单元与整车端连接，与所述控制板的输出单元与燃料电池、空气压缩机、氢气循环泵连接；所述控制板上仅设有一颗多核DSP, 用于运行各控制电路的控制逻辑和/或算法、与数据采集模块实现交互、与功率模块实现交互、与通信模块实现交互；所述控制板上还集成设有与燃料电池连接的升压DC
‑
DC驱动控制电路、与空气压缩机连接的第一驱动控制电路、与氢气循环泵连接的第二驱动控制电路以及数据采集模块；所述数据采集模块用于为多核DSP提供各种采样信号，包括与燃料电池端连接的EIS采样单元、与温度传感器连接的温度采集单元、与电压采样点或电流采样互感器连接的AD采样及保护电路。
[0007]进一步地，所述控制板上设有PWM模块化驱动接口，所述模块化驱动接口与一组
DCDC功率模组连接, 所述功率模组采用SiC功率器件实现功率控制。
[0008]进一步地，所述驱动接口包括用于支持双向DC
‑
DC转换的拓扑电路，所述拓扑电路包括两个SiC MOS，当所述驱动接口作为升压DC
‑
DC转换器时，所述SiC MOS设为导通。
[0009]进一步地，所述控制板上还设有用于提供各种驱动电压的电源管理单元，所述电源管理单元包括用于为驱动功率电路供电的第一电源管理单元，所述第一电源管理单元包括用于输出15V电压的反激拓扑电路，所述反激拓扑电路一端与低压电源电压24V连接，另一端与驱动功率电路连接。
[0010]进一步地，所述电源管理单元还包括用于为各控制部分供电的第二电源管理单元，所述第二电源管理单元包括用于输出多种电压的多电压电源电路，所述多电压电源电路一端与低压电源电压24V连接，另一端与DSP连接或采样电路、通讯电路连接。
[0011]进一步地，所述控制板上还设有带反馈检测的互锁控制单元，所述互锁控制单元一端连接DSP，用于接收DSP的使能信号以及向DSP传输诊断信号，另一端连接多个互锁单元。
[0012]进一步地，所述控制板上设有继电器开关控制单元，所述继电器开关控制单元包括第一开关控制单元和第二开关控制单元，所述第一开关控制单元包括分别与输入电堆端和DCDC变换器连接的三路继电器，用于控制电堆端的通断；所述第二开关控制单元包括分别与DCDC变换器和输出动力电池端的三路继电器，用于控制燃料电池的充放电。
[0013]进一步地，所述输入电堆端和DCDC变换器之间设有预充通道；和或，DCDC变换器和输出动力电池端之间设有预充通道，预充通道的两端分别连接至主继电器的两端。
[0014]进一步地，所述控制板上设有用于检测采样回路的电流且向DSP输送信号的电流检测单元，所述电流检测单元包括霍尔传感器和驱动电路，所述霍尔传感器与一个通道功率回路连接。
[0015]进一步地，所述控制板上设有高压检测单元,高压检测单元包括多个隔离设置的高压检测接口，所述高压检测接口分别与电堆的输出端、驱动输出端与动力电池端连接。
[0016]本技术的优点是：
[0017]（1）高集成度。现有技术中，三个控制器（升压DC
‑
DC驱动控制电路、空气压缩机驱动控制电路和氢泵驱动控制电路）相互独立，各自有自己的控制系统，外部的通讯连接线束复杂，且高低压信号集合在一起，抗干扰性能差。本技术的控制电路板将燃料电池的升压DC
‑
DC驱动控制电路、空气压缩机驱动控制电路和氢泵驱动控制电路集成到一块控制电路板（PCB）中，即将低压控制部分集成到一块控制电路板（PCB）上，设计成一个集成式控制电路板，其只用了一套主控制芯片和电源供电，面积可降低至原来总面积的50%
‑
60%，整体BOM物料上，连接线束也更少。
[0018]（2）可扩展功能1。燃料电池的升压DC
‑
DC功率部分采用SiC功率器件进行模块化设计，当系统根据需求需要扩展功率时，控制电路板则不需要变更，其为DC
‑
DC驱动提供了N通道PWM驱动接口，（其中：2≤N≤16），可根据不同的电堆系统需求扩展不同的功率等级，扩展功率可达200KW+以上。
[0019]（3）可扩展功能2。控制电路板的外围功能电路模块化，核心DSP微控制器可以被替换成其它合适的微控制器方案（比如由美国TI的DSP芯片替换成德国英飞凌的DSP芯片），以应对当前“缺芯”，“少芯”的市场需求，为产品方案替换或平台切换提供快速解决方案，缩短
产品开发周期。
[0020]（4）系统简化。现有技术中，驱动控制电路多采用一颗单核DSP芯片加一颗FPGA芯片的控制方案，这种应用方案设计复杂，需要FPGA编程资源，且整体成本高昂。而该控制电路板采用一颗高性能的多核DSP即实现对整个系统的各功能控制，简化了系统控制的复杂度；采用各单元集成化设计，控制电路板（PCB）及整机结构尺寸缩小，BOM物料数量减少，连接线束简化，总体成本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种设备控制系统，其特征在于，包括用于燃料电池系统的控制板，所述控制板的输入单元与整车端连接，与所述控制板的输出单元与燃料电池、空气压缩机、氢气循环泵连接；所述控制板上仅设有一颗多核DSP, 用于运行各控制电路的控制逻辑和/或算法、与数据采集模块实现交互、与功率模块实现交互、与通信模块实现交互；所述控制板上还集成设有与燃料电池连接的升压DC
‑
DC驱动控制电路、与空气压缩机连接的第一驱动控制电路、与氢气循环泵连接的第二驱动控制电路以及数据采集模块；所述数据采集模块用于为多核DSP提供采样信号，包括与燃料电池端连接的EIS采样单元、与温度传感器连接的温度采集单元、与电压采样点或电流采样互感器连接的AD采样及保护电路。2. 根据权利要求1所述的一种设备控制系统，其特征在于，所述控制板上设有PWM模块化驱动接口，所述模块化驱动接口与一组DCDC功率模组连接, 所述功率模组采用SiC功率器件实现功率控制。3. 根据权利要求2所述的一种设备控制系统，其特征在于，所述驱动接口包括用于支持双向DC
‑
DC转换的拓扑电路，所述拓扑电路包括两个SiC MOS，当所述驱动接口作为升压DC
‑
DC转换器时，所述SiC MOS设为导通。4.根据权利要求1所述的一种设备控制系统，其特征在于，所述控制板上还设有用于提供驱动电压的电源管理单元，所述电源管理单元包括用于为驱动功率电路供电的第一电源管理单元，所述第一电源管理单元包括用于输出15V电压的反激拓扑电路，所述反激拓扑电路一端与低压电源电压24V连接，另一端与驱动功率电路连接。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志军，万茂文，刘红亮，黄洁萍，施欢峪，
申请(专利权)人：上海磐动电气科技有限公司，
类型：新型
国别省市：