CN214672700U - 一种分布式燃料电池控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种分布式燃料电池控制系统，包括主控单元、氢气控制子系统控制器、空气控制子系统控制器、冷却控制子系统控制器、单片电压采集子系统控制器和功率变化子系统控制器；所述主控单元通过一级网络分别并列与氢气控制子系统控制器、空气控制子系统控制器、冷却控制子系统控制器、单片电压采集子系统控制器和功率变化子系统控制器通信连接。本实用新型能够简化燃料电池控制系统的复杂线路，简化操作，便于故障排查；能够使燃料电池控制系统的可靠性高、可维护性好。
Description
技术领域
本实用新型属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种分布式燃料电池控制系统。
背景技术
燃料电池系统是一种复杂的电化学装置，由数百片单电池共同构成燃料电池电堆，在其中通入氢气和氧气/空气即可在内部通过电化学反应产生电能。在燃料电池系统中，除了电堆系统，还包括氢气系统、空气系统、冷却系统、单片电压采集系统，功率变换系统和主控单元，各系统间协同工作，共同实现燃料电池按控制指令稳定发电。
现有的燃料电池系统仅有1个集中式控制器，由主控制器直接发送数字、模拟、频率等信号，或直接控制驱动器，并同时采集由各子系统中零部件传回的信号。但现有的集中式控制器的系统复杂程度较高，线路数量庞大，容易出错，且难以排查故障，此外集中式控制器需要同时处理的数据量较大，导致对处理器的运算能力要求较高。虽然目前有少量对燃料电池系统进行分布式控制的技术，但是现有的这些分布式控制系统的子系统存在耦合程度高、不便于维护等问题。
实用新型内容
为了克服现有技术方法的不足，本实用新型的目的在于提出一种分布式燃料电池控制系统，能够简化燃料电池控制系统的复杂线路，简化操作，便于故障排查；能够使燃料电池控制系统的可靠性高、可维护性好。
为实现以上目的，本实用新型采用技术方案是：一种分布式燃料电池控制系统，包括主控单元、氢气控制子系统控制器、空气控制子系统控制器、冷却控制子系统控制器、单片电压采集子系统控制器和功率变化子系统控制器；所述主控单元通过一级网络分别并列与氢气控制子系统控制器、空气控制子系统控制器、冷却控制子系统控制器、单片电压采集子系统控制器和功率变化子系统控制器通信连接；
所述氢气控制子系统控制器电连接燃料电池氢气单元传感器和氢气调节阀，并通过二级网络连接氢气循环泵的控制器；
所述空气控制子系统控制器电连接燃料电池空气单元传感器，并通过二级网络连接空气压缩机控制器；
所述冷却控制子系统控制器电连接冷却单元传感器，并通过二级网络连接冷却装置控制器；
所述单片电压采集子系统控制器通过二级网络连接燃料电池电堆中单片电池的电压采集装置；
所述功率变化子系统控制器通过二级网络连接燃料电池电堆电输出端的变换器。
进一步的是，所述一级网络和二级网络均采用CAN网络。
进一步的是，所述燃料电池氢气单元传感器包括系统氢气入口压力传感器、电堆氢气入口压力传感器、氢气流量传感器、尾排氢气浓度传感器和箱体氢气浓度传感器；
所述氢气调节阀设置在输入氢气管路上；所述氢气入口压力传感器设置在氢气调节阀后方的氢气管路上；所述电堆氢气入口压力传感器和氢气流量传感器设置在燃料电池电堆氢气入口处；所述尾排氢气浓度传感器设置在燃料电池气体排放管路出口处；所述箱体氢气浓度传感器设置在燃料电池箱体内。
进一步的是，所述燃料电池空气单元传感器包括环境压力传感器、环境温度传感器、电堆空气入口压力传感器、电堆空气出口压力传感器、电堆空气入口温度传感器和空气流量传感器；
所述环境压力传感器和环境温度传感器设置在燃料电池箱体内；所述电堆空气入口压力传感器和电堆空气入口温度传感器设置在燃料电池电堆空气入口处；所述空气流量传感器设置在燃料电池电堆的输入空气管路上；所述电堆空气出口压力传感器设置在燃料电池电堆空气出口处。
进一步的是，所述冷却单元传感器包括散热器冷却液出口温度传感器、电堆冷却液入口温度传感器、电堆冷却液出口温度传感器，
所述电堆冷却液入口温度传感器和电堆冷却液出口温度传感器分别设置在燃料电池电堆的冷却回路的入口和出口处；所述散热器冷却液出口温度传感器设置在燃料电池电堆的散热冷却回路上。
进一步的是，所述冷却装置控制器包括三通阀控制器、冷却水泵控制器和散热风机控制器，在所述冷却回路上设置有散热风机、冷却水泵和三通阀，所述散热风机上设置散热风机控制器，所述冷却水泵上设置冷却水泵控制器，所述三通阀上设置三通阀控制器。
进一步的是，所述变换器包括DC/DC升压变换器、DC/DC降压变换器或DC/DC升降压可调变换器。
采用本技术方案的有益效果：
在本实用新型中，将燃料电池系统分为氢气控制子系统、空气控制子系统、冷却控制子系统、单片电压采集子系统、功率变换子系统，对于每个子系统配备了独立的控制器，对外通过CAN网络与主控单元进行数据交互，最终由主控单元进行上层决策。子系统的控制器采用上述控制逻辑控制子系统内的执行部件，各子系统间互相独立，复杂度和耦合性低，模块化设计提高了燃料电池系统的可维护性和稳定性。由于各子系统控制器所控制的零部件数量较少，主控单元也仅综合各子系统的数据进行上层决策，大大减小了对单个控制芯片的性能需求，能有效降低成本。由于采用了分布式架构，减小了系统的耦合性和复杂度，便于独立控制，提高了燃料电池系统的可维护性和稳定性。由于各子系统控制器仅控制子系统内的部件，主控单元也仅进行上层决策，大大减小了对单个控制芯片的性能需求，能有效降低成本。
附图说明
图1为本实用新型的一种分布式燃料电池控制系统的控制连接示意图；
图2为本实用新型的一种分布式燃料电池控制系统下的燃料电池系统结构示意图；
其中，1-箱体，2-散热器冷却液出口温度传感器，3-冷却水泵，4-电堆冷却液入口温度传感器，5-变换器，6-燃料电池电堆，7-氢气流量传感器，8-电堆氢气入口压力传感器，9-三通阀，10-系统氢气入口压力传感器，11-氢气调节阀，12-箱体氢气浓度传感器，13-环境温度传感器，14-环境压力传感器，15-氢气循环泵，16-散热风机，17-尾排氢气浓度传感器，18-电压采集装置，19-电堆空气入口压力传感器，20-电堆空气出口压力传感器，21-电堆空气入口温度传感器，22-空气流量传感器，23-电堆冷却液出口温度传感器，24-空气压缩机。
具体实施方式
为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。
在本实施例中，参见图1-图2所示，一种分布式燃料电池控制系统，包括主控单元、氢气控制子系统控制器、空气控制子系统控制器、冷却控制子系统控制器、单片电压采集子系统控制器和功率变化子系统控制器；所述主控单元通过一级网络分别并列与氢气控制子系统控制器、空气控制子系统控制器、冷却控制子系统控制器、单片电压采集子系统控制器和功率变化子系统控制器通信连接；
所述氢气控制子系统控制器电连接燃料电池氢气单元传感器和氢气调节阀11，并通过二级网络连接氢气循环泵15的控制器；
所述空气控制子系统控制器电连接燃料电池空气单元传感器，并通过二级网络连接空气压缩机控制器；
所述冷却控制子系统控制器电连接冷却单元传感器，并通过二级网络连接冷却装置控制器；
所述单片电压采集子系统控制器通过二级网络连接燃料电池电堆6中单片电池的电压采集装置18；
所述功率变化子系统控制器通过二级网络连接燃料电池电堆6电输出端的变换器5。
优选的，所述一级网络和二级网络均采用CAN网络。
作为上述实施例的优化方案1，所述燃料电池氢气单元传感器包括系统氢气入口压力传感器10、电堆氢气入口压力传感器8、氢气流量传感器7、尾排氢气浓度传感器17和箱体氢气浓度传感器12；
所述氢气调节阀11设置在输入氢气管路上；所述系统氢气入口压力传感器10设置在氢气调节阀11后方的氢气管路上；所述电堆氢气入口压力传感器8和氢气流量传感器7设置在燃料电池电堆6氢气入口处；所述尾排氢气浓度传感器17设置在燃料电池气体排放管路出口处；所述箱体氢气浓度传感器12设置在燃料电池箱体1内。
作为上述实施例的优化方案2，所述燃料电池空气单元传感器包括环境压力传感器14、环境温度传感器13、电堆空气入口压力传感器19、电堆空气出口压力传感器20、电堆空气入口温度传感器21和空气流量传感器22；
所述环境压力传感器14和环境温度传感器13设置在燃料电池箱体1内；所述电堆空气入口压力传感器19和电堆空气入口温度传感器21设置在燃料电池电堆6空气入口处；所述空气流量传感器22设置在燃料电池电堆6的输入空气管路上；所述电堆空气出口压力传感器20设置在燃料电池电堆6空气出口处。
作为上述实施例的优化方案3，所述冷却单元传感器包括散热器冷却液出口温度传感器2、电堆冷却液入口温度传感器4、电堆冷却液出口温度传感器23，
所述电堆冷却液入口温度传感器4和电堆冷却液出口温度传感器23分别设置在燃料电池电堆6的冷却回路的入口和出口处；所述散热器冷却液出口温度传感器2设置在燃料电池电堆6的散热冷却回路上。
作为上述实施例的优化方案4，所述冷却装置控制器包括三通阀控制器、冷却水泵控制器和散热风机控制器，在所述冷却回路上设置有散热风机16、冷却水泵3和三通阀9，所述散热风机16上设置散热风机控制器，所述冷却水泵3上设置冷却水泵控制器，所述三通阀9上设置三通阀控制器。
作为上述实施例的优化方案5，所述变换器5包括DC/DC升压变换器、DC/DC降压变换器或DC/DC升降压可调变换器。
为了更好的理解本实用新型，下面对本实用新型的工作原理作一次完整的描述：
各子系统读取主控单元发来通过一级CAN网络发来的功率信号。氢气控制子系统控制氢气循环泵15转速，并不断采集实际氢气流量、压力进行反馈调节。空气控制子系统控制器控制空气压缩机24转速，并不断采集空气管路中压力、温度和流量进行反馈调节。冷却控制子系统控制器实时采集电堆入口、电堆出口和散热器出口的冷却液温度，通过控制三通阀来控制主循环回路和副循环回路的冷却液流量；同时冷却子系统控制器根据电堆冷却液出口温度计算出散热风机16目标工作转速后通过二级CAN网络向冷却水泵控制器和散热风机控制器发送转速信号。单片电压采集子系统控制器通过采集电堆内部单片电压，发送给主控制器。功率变换子系统控制器在接收到主控单元通过一级CAN网络发来的燃料电池系统开机指令后，调节变换器5。主控单元接收到氢气控制子系统、空气控制子系统、冷却控制子系统、单片电压采集子系统、功率变换子系统的控制器发来的信号后，协调控制各子系统配合运行。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种分布式燃料电池控制系统，其特征在于，包括主控单元、氢气控制子系统控制器、空气控制子系统控制器、冷却控制子系统控制器、单片电压采集子系统控制器和功率变化子系统控制器；所述主控单元通过一级网络分别并列与氢气控制子系统控制器、空气控制子系统控制器、冷却控制子系统控制器、单片电压采集子系统控制器和功率变化子系统控制器通信连接；
所述氢气控制子系统控制器电连接燃料电池氢气单元传感器和氢气调节阀(11)，并通过二级网络连接氢气循环泵(15)的控制器；
所述空气控制子系统控制器电连接燃料电池空气单元传感器，并通过二级网络连接空气压缩机控制器；
所述冷却控制子系统控制器电连接冷却单元传感器，并通过二级网络连接冷却装置控制器；
所述单片电压采集子系统控制器通过二级网络连接燃料电池电堆(6)中单片电池的电压采集装置(18)；
所述功率变化子系统控制器通过二级网络连接燃料电池电堆(6)电输出端的变换器(5)。
2.根据权利要求1所述的一种分布式燃料电池控制系统，其特征在于，所述一级网络和二级网络均采用CAN网络。
3.根据权利要求1所述的一种分布式燃料电池控制系统，其特征在于，所述燃料电池氢气单元传感器包括系统氢气入口压力传感器(10)、电堆氢气入口压力传感器(8)、氢气流量传感器(7)、尾排氢气浓度传感器(17)和箱体氢气浓度传感器(12)；
所述氢气调节阀(11)设置在输入氢气管路上；所述系统氢气入口压力传感器(10)设置在氢气调节阀(11)后方的氢气管路上；所述电堆氢气入口压力传感器(8)和氢气流量传感器(7)设置在燃料电池电堆(6)氢气入口处；所述尾排氢气浓度传感器(17)设置在燃料电池气体排放管路出口处；所述箱体氢气浓度传感器(12)设置在燃料电池箱体(1)内。
4.根据权利要求1所述的一种分布式燃料电池控制系统，其特征在于，所述燃料电池空气单元传感器包括环境压力传感器(14)、环境温度传感器(13)、电堆空气入口压力传感器(19)、电堆空气出口压力传感器(20)、电堆空气入口温度传感器(21)和空气流量传感器(22)；
所述环境压力传感器(14)和环境温度传感器(13)设置在燃料电池箱体(1)内；所述电堆空气入口压力传感器(19)和电堆空气入口温度传感器(21)设置在燃料电池电堆(6)空气入口处；所述空气流量传感器(22)设置在燃料电池电堆(6)的输入空气管路上；所述电堆空气出口压力传感器(20)设置在燃料电池电堆(6)空气出口处。
5.根据权利要求1所述的一种分布式燃料电池控制系统，其特征在于，所述冷却单元传感器包括散热器冷却液出口温度传感器(2)、电堆冷却液入口温度传感器(4)、电堆冷却液出口温度传感器(23)，
所述电堆冷却液入口温度传感器(4)和电堆冷却液出口温度传感器(23)分别设置在燃料电池电堆(6)的冷却回路的入口和出口处；所述散热器冷却液出口温度传感器(2)设置在燃料电池电堆(6)的散热冷却回路上。
6.根据权利要求5所述的一种分布式燃料电池控制系统，其特征在于，所述冷却装置控制器包括三通阀控制器、冷却水泵控制器和散热风机控制器，在所述冷却回路上设置有散热风机(16)、冷却水泵(3)和三通阀(9)，所述散热风机(16)上设置散热风机控制器，所述冷却水泵(3)上设置冷却水泵控制器，所述三通阀(9)上设置三通阀控制器。
7.根据权利要求1所述的一种分布式燃料电池控制系统，其特征在于，所述变换器(5)包括DC/DC升压变换器、DC/DC降压变换器或DC/DC升降压可调变换器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202120835741.7U CN214672700U (zh) | 2021-04-22 | 2021-04-22 | 一种分布式燃料电池控制系统 |
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| CN202120835741.7U CN214672700U (zh) | 2021-04-22 | 2021-04-22 | 一种分布式燃料电池控制系统 |
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| CN202120835741.7U Active CN214672700U (zh) | 2021-04-22 | 2021-04-22 | 一种分布式燃料电池控制系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115085278A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-09-20 | 深圳市南科动力科技有限公司 | 一种氢燃料电池发电系统及其发电方法 |
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2021
- 2021-04-22 CN CN202120835741.7U patent/CN214672700U/zh active Active
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| CN115085278A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-09-20 | 深圳市南科动力科技有限公司 | 一种氢燃料电池发电系统及其发电方法 |
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