CN210191220U - 氢燃料电池系统的控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种氢燃料电池系统的控制器，所述氢燃料电池系统的控制器包括处理器、通讯组件、管理组件、A/D采集组件和驱动输出组件，所述通讯组件包括CAN模块和FlexRay模块，所述处理器分别与CAN模块、FlexRay模块、管理组件、A/D采集组件和驱动输出组件连接，FlexRay模块与氢燃料电池系统的整车控制器连接，CAN模块与氢燃料电池系统的CAN设备连接，A/D采集组件与氢燃料电池系统的传感器组件连接，驱动输出组件具有故障诊断功能且与氢燃料电池系统的执行装置连接。本实用新型的优点在于：满足了燃料电池系统的多传感器采样、高精度采样、控制量多并且控制精度高的要求；具备良好的电磁兼容性；防护等级达到IP67；具备CAN和Flexray通讯接口，支持Bootloader程序更新功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池车技术领域，更具体而言，涉及氢燃料电池系统的控制器。
背景技术
氢燃料电池电池车是用氢气代替传统石油等作为动力能源的车辆，利用氢气和氧气的氧化还原反应，将氢气储存的化学能转化为电能同时产生大量的水，对环境实现零污染、零排放，是世界汽车发展的主流方向。燃料电池汽车作为新能源汽车的一种，燃料电池系统作为动力源的核心部件，其控制系统具有分布式结构和恶劣的电磁环境。
在燃料电池系统中，散热系统的散热风扇需要无级变速、附件系统中的空压机、DCDC中的大功率开关管IGBT及电感等部件都工作在开关模式下，其对燃料电池系统造成强烈的电磁干扰，这对燃料电池系统控制器的电磁兼容性提出了很高的要求。同时，燃料电池系统控制器还需要采集一些传感器信号和开关量信号、驱动控制一些电磁阀、执行算法运算、数据处理及系统工作状态的监控，系统的任务量大，软件系统复杂，这对控制器的核心处理器提出了更高的要求，也对软件架构提出了新的要求。
目前现有的控制器在硬件方面，大部分为传统燃油车而设计的，不能直接用于燃料电池系统的控制。同时，在控制器的核心处理器上，一般为 16位单核处理器，其数据处理能力满足不了现在新的控制需求；不满足 ISO26262标准功能安全的要求；信号采集、信号输出端口不丰富，不能满足复杂系统控制的要求；在通讯接口方面，不具备多路CAN总线通讯接口，不能满足燃料电池系统网络控制模式，不具备更高速FlexRAY通讯接口；在驱动大功率负载端口，一般采用继电器，不具备故障诊断功能；在EMC 设计处理方面，没有系统性设计，整体不具备强的电磁兼容性，不满足燃料电池汽车复杂电磁环境的应用。
综上所述，需要提供氢燃料电池系统的控制器，其能够克服现有技术的缺陷。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种氢燃料电池系统的控制器，其能够克服现有技术的缺陷。本实用新型的实用新型目的通过以下技术方案得以实现。
本实用新型的一个实施方式提供了一种氢燃料电池系统的控制器，其中所述氢燃料电池系统的控制器包括处理器、通讯组件、管理组件、A/D 采集组件和驱动输出组件，所述通讯组件包括CAN模块和FlexRay模块，所述处理器分别与CAN模块、FlexRay模块、管理组件、A/D采集组件和驱动输出组件连接，FlexRay模块与氢燃料电池系统的整车控制器连接，CAN模块与氢燃料电池系统的CAN设备连接，A/D采集组件与氢燃料电池系统的传感器组件连接，驱动输出组件具有故障诊断功能且与氢燃料电池系统的执行装置连接。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中所述CAN模块包括多条CAN总线，氢燃料电池系统的每个CAN 设备分别通过一条CAN总线与处理器连接。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中所述通讯组件还包括LIN模块，氢燃料电池系统的LIN设备通过 LIN模块与处理器连接。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中所述A/D采集组件包括数字信号采集单元和模拟信号采集单元，数字信号采集单元和模拟信号采集单元分别与处理器连接，数字信号采集单元接收来自氢燃料电池系统的数字传感器的信号，模拟信号采集单元接收来自氢燃料电池系统的模拟传感器的信号。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中所述管理组件包括安全模块和电源管理模块，安全模块和电源管理模块分别与处理器连接。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中所述驱动输出组件包括第一驱动模块、第二驱动模块和DA输出模块，第一驱动模块、第二驱动模块和DA输出模块分别与处理器连接，所述第一驱动模块和第二驱动模块均具有故障诊断功能。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中所述处理器使用双核处理器或多核处理器。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中所述处理器使用Bootloader程序进行在线升级。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中所述氢燃料电池系统的控制器封装在金属外壳中，通讯组件、管理组件、A/D采集组件和驱动输出组件分别通过低通滤波电路与处理器连接。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中所述氢燃料电池系统的控制器通过防护等级为IP67的连接器进行安装，金属外壳的缝隙以及控制器和连接器之间的缝隙均采用点胶的方式进行密封。
本实用新型的优点在于：适用于燃料电池系统控制的控制器，具有强大而实用的软硬件平台，具备功能安全的最高等级ASIL-D，同时具备短路、过流、过压、反接等保护功能，满足了燃料电池系统的多传感器采样、高精度采样、控制量多并且控制精度高的要求；具备良好的电磁兼容性，能够满足车辆复杂电磁环境的要求；防护等级达到IP67，满足恶劣的车载环境要求；具备CAN和Flexray通讯接口，支持Bootloader程序更新功能。
附图说明
参照附图，本实用新型的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本实用新型的技术方案，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。图中：
图1示出了根据本实用新型一个实施方式的氢燃料电池系统的控制器的框图。
具体实施方式
图1和以下说明描述了本实用新型的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本实用新型。为了教导本实用新型技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本实用新型的保护范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本实用新型的多个变型。由此，本实用新型并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
图1示出了根据本实用新型一个实施方式的氢燃料电池系统的控制器，其中所述氢燃料电池系统的控制器包括处理器1、管理组件2、A/D采集组件3、驱动输出组件5和通讯组件4，所述通讯组件4包括CAN模块 41和FlexRay模块42，所述处理器1分别与CAN模块41、FlexRay模块 42、管理组件2、A/D采集组件3和驱动输出组件5连接，FlexRay模块42 与氢燃料电池系统的整车控制器连接，CAN模块41与氢燃料电池系统的 CAN设备连接，A/D采集组件3与氢燃料电池系统的传感器组件连接，驱动输出组件5具有故障诊断功能且与氢燃料电池系统的执行装置连接。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中氢燃料电池系统的传感器组件包括温度计、电流计、电压计等检测装置，氢燃料电池系统的执行装置包括风扇、阀门、开关等设备。驱动输出组件5的故障诊断功能包括针对执行装置发生的过流、过压、负载开路等故障的诊断功能。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中处理器1通过FlexRay模块42与整车控制器进行通讯，获取整车的需求功率、反馈给整车燃料电池系统的状态参数及故障诊断信号。处理器1通过CAN模块41与氢燃料电池系统内部的CAN网络设备进行通讯，根据整车的需求功率，控制升压DCDC、水泵、空压机、PTC加热器、氢系统控制器进行工作并对其状态进行监控。处理器1还通过CAN模块41 与氢燃料电池系统的BMS控制器进行通讯，实时对燃料电池单体电压状态进行监控并及时对燃料电池进行保护。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中所述处理器1使用双核处理器或多核处理器，例如，所述处理器 1可以由Power Architecture的MPC5744P Qorivva microcontroller单片机、 EEPROM电路、JTAG接口电路、外部复位电路组合而成，EEPROM电路采用microchip的具有写保护功能的25AA256系列芯片构成的256KEEPROM，通过SPI串行总线与MPC5744P进行通讯；所述的TTAG接口电路采用了14针的标准插件，直接连接到MPC5744P单片机的相应管脚上；外部复位电路采用MAXIM的MAX6711MEXS-T芯片，可实现不同电压下的单片机复位，连接到单片机的RESET引脚上。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中所述CAN模块41包括多条CAN总线411，氢燃料电池系统的每个CAN设备分别通过一条CAN总线411与处理器1连接。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中所述通讯组件4还包括LIN模块43，氢燃料电池系统的LIN设备通过LIN模块43与处理器1连接。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中所述A/D采集组件3包括数字信号采集单元31和模拟信号采集单元32，数字信号采集单元31和模拟信号采集单元32分别与处理器1连接，数字信号采集单元31接收来自氢燃料电池系统的数字传感器的信号，模拟信号采集单元32接收来自氢燃料电池系统的模拟传感器的信号。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中氢燃料电池系统的温度、压力、流量、电压及电流传感器其输出信号为0-5VDC及NTC信号，其通过模拟信号采集单元32的滤波、运放后，接入处理器1的AD采集通道。控制器通过采集这些模拟量信号来获取燃料电池的运行状态，通过控制策略及算法的运算，从而输出对外部执行器的控制信号和CAN及FlexRay信息。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中氢燃料电池系统的燃料电池开关及接触器的辅助触点开关通过数字信号采集单元31采集，其中包含防接插件氧化电路、滤波及分压电路，最后接入处理器1的I/O采集通道。控制器通过采集这些数字量信号，其作为算法的数字输入信号。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中所述管理组件2包括安全模块21和电源管理模块22，安全模块 21和电源管理模块22分别与处理器1连接。安全模块21监控处理器的状态，一旦故障发生，安全模块21对控制器进行复位并断开关键电路电源，防止可能出现的系统受损或人员受伤。电源管理模块22为控制器提供内核电源、I/O电源及AD参考电源。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中所述驱动输出组件5包括第一驱动模块51、第二驱动模块52和 DA输出模块53，第一驱动模块51、第二驱动模块52和DA输出模块53 分别与处理器1连接，所述第一驱动模块51和第二驱动模块52均具有故障诊断功能。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中第一驱动模块51为通过直接在用电器或者驱动装置前通过在电源线闭合开关来实现驱动装置的使能的高边驱动电路，第二驱动模块52为通过闭合地线来实现驱动装置使能的低边驱动电路，第一驱动模块51可以采用英飞凌的具备故障诊断及保护的智能高边驱动芯片BTS716G；第二驱动模块52可以采用英飞凌的具备故障诊断及保护的智能低边驱动芯片TLE6240G。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中氢燃料电池系统的风扇和电磁阀等装置通过第一驱动模块51与处理器1连接,氢燃料电池系统的外部负载接触器等装置通过第二驱动模块52 与处理器1连接，氢燃料电池系统的散热系统的三通阀等装置通过DA输出模块53与处理器1连接。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中所述处理器1使用Bootloader程序进行在线升级。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中所述氢燃料电池系统的控制器封装在金属外壳中，金属外壳起到电磁屏蔽的作用，通讯组件4、管理组件2、A/D采集组件3和驱动输出组件5分别通过低通滤波电路与处理器1连接，使用低通滤波电路能够提高控制器的电磁兼容性。
根据本实用新型的上述一个实施方式提供的氢燃料电池系统的控制器，其中所述氢燃料电池系统的控制器通过防护等级为IP67的连接器进行安装，金属外壳的缝隙以及控制器和连接器之间的缝隙均采用点胶的方式进行密封。
本实用新型的优点在于：适用于燃料电池系统控制的控制器，具有强大而实用的软硬件平台，具备功能安全的最高等级ASIL-D，同时具备短路、过流、过压、反接等保护功能，满足了燃料电池系统的多传感器采样、高精度采样、控制量多并且控制精度高的要求；具备良好的电磁兼容性，能够满足车辆复杂电磁环境的要求；防护等级达到IP67，满足恶劣的车载环境要求；具备CAN和Flexray通讯接口，支持Bootloader程序更新功能。
以上对本实用新型进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (10)
1.一种氢燃料电池系统的控制器，所述氢燃料电池系统的控制器包括处理器、通讯组件、管理组件、A/D采集组件和驱动输出组件，其特征在于，所述通讯组件包括CAN模块和FlexRay模块，所述处理器分别与CAN模块、FlexRay模块、管理组件、A/D采集组件和驱动输出组件连接，FlexRay模块与氢燃料电池系统的整车控制器连接，CAN模块与氢燃料电池系统的CAN设备连接，A/D采集组件与氢燃料电池系统的传感器组件连接，驱动输出组件具有故障诊断功能且与氢燃料电池系统的执行装置连接。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统的控制器，其特征在于，所述CAN模块包括多条CAN总线，氢燃料电池系统的每个CAN设备分别通过一条CAN总线与处理器连接。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统的控制器，其特征在于，所述通讯组件还包括LIN模块，氢燃料电池系统的LIN设备通过LIN模块与处理器连接。
4.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统的控制器，其特征在于，所述A/D采集组件包括数字信号采集单元和模拟信号采集单元，数字信号采集单元和模拟信号采集单元分别与处理器连接，数字信号采集单元接收来自氢燃料电池系统的数字传感器的信号，模拟信号采集单元接收来自氢燃料电池系统的模拟传感器的信号。
5.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统的控制器，其特征在于，所述管理组件包括安全模块和电源管理模块，安全模块和电源管理模块分别与处理器连接。
6.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统的控制器，其特征在于，所述驱动输出组件包括第一驱动模块、第二驱动模块和DA输出模块，第一驱动模块、第二驱动模块和DA输出模块分别与处理器连接，所述第一驱动模块和第二驱动模块均具有故障诊断功能。
7.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统的控制器，其特征在于，所述处理器使用双核处理器或多核处理器。
8.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统的控制器，其特征在于，所述处理器使用Bootloader程序进行在线升级。
9.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统的控制器，其特征在于，所述氢燃料电池系统的控制器封装在金属外壳中，通讯组件、管理组件、A/D采集组件和驱动输出组件分别通过低通滤波电路与处理器连接。
10.根据权利要求9所述的氢燃料电池系统的控制器，其特征在于，所述氢燃料电池系统的控制器通过防护等级为IP67的连接器进行安装，金属外壳的缝隙以及控制器和连接器之间的缝隙均采用点胶的方式进行密封。
Priority Applications (1)
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| CN110203109A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-09-06 | 北京亿华通科技股份有限公司 | 氢燃料电池系统的控制器 |
| CN112124228A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-12-25 | 东风汽车集团有限公司 | 一种氢燃料电池车型动力网络拓扑系统及汽车 |
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