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什么是燃料电池控制器？
燃料电池控制器是燃料电池系统的中央管理和控制单元，通常包括氢燃料电池本身及其周围的其他设备。在某些情况下，燃料电池控制器还可以控制其他外围系统（例如燃料存储系统）。
燃料电池控制系统是系统中非常重要的组成部分，因为它在逻辑上将各个组件相互连接，也是用户或操作员与系统之间的纽带。
有效运行燃料电池系统可能变得非常复杂，因为燃料电池堆和各种其他系统组件在其多个物理特性中表现出非线性和不连续的行为。为了安全和最佳地操作系统并避免损坏电池堆或任何其他系统组件，对控制器的要求非常高。因此，燃料电池系统控制器的软件和底层操作系统与消费行业中常见的系统不同，因为它们必须始终表现出高可靠性、速度和稳健性。
燃料电池控制器中有哪些子系统？
通常，燃料电池控制器上运行的软件将系统划分为子系统并定义各种运行状态。这使得更容易管理控制系统布局定义的状态。子系统的选择在很大程度上取决于运行中的燃料电池系统类型。以下是四个常见示例。
1. 反应控制子系统
反应控制子系统专注于控制反应物周围的变量，这些反应物旨在以一定的化学计量比、温度水平和压力水平相互引入。这是一种至关重要的平衡，必须保持这种平衡才能不破坏膜、催化剂或燃料电池本身的任何其他元素。此外，反应物供应不足（燃料不足）会导致电池使用效率低下，并且必然会降低整个系统的性能和效率。
2. 热控子系统
热子系统专注于维持燃料电池系统反应区域和其他区域的最佳热条件。电池中发生的化学反应会产生大量热量，偏离最佳值可能会导致电池膜、催化剂、电池的其他元件甚至整个系统的其他元件受损。通常，反应在较高温度下发生得更快，因此会产生更多热量，进而导致反应速度更快。因此，需要相应地采取冷却措施，以应对较高温度下的额外热量产生。
3.电气控制子系统
电气子系统旨在将燃料电池输出的电流和电压变化转换为系统所针对的用电设备所需的水平。根据极化曲线以及欧姆损耗，燃料电池组的电压输出随系统抽取的电流而变化。为此，在燃料电池系统的电力电子模块中引入了电气转换器，例如降压转换器（用于降低电压）、升压转换器（用于增加电压）、滤波器和稳定器。所有这些都作为电气子系统的一部分进行控制。
4. 燃料电池存储子系统
燃料存储子系统负责处理储罐及其外围元件。根据存储方法和概念，此子系统所包含的元件会有所不同。当氢气作为燃料以气态形式存储时，除了压力调节外无需进行任何转换。然而，当需要以其他形式存储时，例如溶解在存储物质中或从甲醇中重整时，燃料电池存储子系统的复杂性会增加。由于存储系统中存储了大量能量，因此主要关注的是向燃料电池系统安全稳定地供应燃料。
如何设计燃料电池控制系统？
从上文可以看出，燃料电池控制系统是一个复杂但技术上非常有趣的领域，因为燃料电池电力系统的控制涉及化学工程、电化学和电气工程等领域的各种子系统的动态控制。需要开发特定算法，然后将其作为软件在合适的燃料电池控制器设备上实施。
为了指定适合燃料电池的控制算法，首先必须清楚地了解和概述控制问题的性质。下一步是选择最佳控制变量，以确保系统按要求运行。
根据控制变量定义机器的状态、开/闭环控制和警报。
部分燃料电池控制装置制造商名单
这些制造商提供燃料电池控制器：
- 博世Bosch
- 大陆工程服务Continental Engineering Services
- 电装 Denso
- 现代凯菲科 Hyundai Kefico
- 京滨 Keihin
- 舍弗勒工程 Schaeffler Engineering
- 西门子 Siemens
- 德州仪器 Texas Instruments
书籍
最后更新：2022 年 6 月 20 日