氢燃料电池电堆系统控制方案
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EV-H5PTH51号电堆H出前A入H入BP-H5A出增湿器TTA5湿入TTA6湿出AIR OUT热交换器TTA2AIR INTTA3干入干出气进气出TTA4PTH3
EV-H2PTH2PTH4C入TTD2PTD2H2IN水进水出C出TTD6DI-WEGINDI-WEGOUT图1 1号电堆模块系统图PTA4BP-A1MFT-A1HEX-A2HUM-A3H2PURGE1PTA1模块控制器HV+HV-IT-HV3VT-HV3GF预充电电源IN+IN-OUT+OUT-K-HV2K-HV1PS-HV6K-HV4D-HV4MDC高压输出24V蓄电池VT-HV4电堆节电压巡检SCAN-V空压机调速器BLW-DRV氢循环泵调速器HRB-DRVSRV-H5PTA5
EV-H6P-51H2PURGE2H后出EPV-A6EPV-H4 氢燃料电池电堆系统控制方案
2 / 13 1号电堆模块AIR INAIR OUTH2 INDI-WEGINDI-WEGOUT图2 车用1号电堆系统系统图WP-D12H2PURGE2系统控制器HV+HV-FCSC去动力高压配电箱24V蓄电池循环水泵调速器WP-DRVH2PURGE1RAD-D15FLT-A11DC/DCMIX-A12SRV-H12
EV-H12HV-H11HV-N11N2WEXPT空气排放口空气进气口HET-D14EMV-D13FLT-D16散热器风扇调速器FAN-DRVFLT-D11氢气瓶组控制器H2TKC氢气瓶组H2TKAT101AT102AT103AT104AT105AT106FLT-DI17氢气排放口PTH12TTD12TTD11TTD15TTD16PTD16FCM 氢燃料电池电堆系统控制方案
3 / 13 表1 模块附件表：
符号 名称 描述
PT-D2 电堆冷却入口压力 用于压力过高报警，不用于控制
TT-D2 电堆冷却入口温度 用于指示和报警，不用于控制
TT-D6 电堆冷却出口温度 用于指示和报警，不用于控制
MFT-A1 空气质量流量计 用于空气流量控制
PT-A1 空压机入口压力 相对压力为负值，用于空滤堵塞报警
BP-A1 空压机
TT-A2 空压机出口与热交换器之间节点温度
HEX-A2 冷却液与压缩空气热交换器
TT-A3 压缩空气热交换器空气出口和增湿器之间节点温度
TT-A4 电堆空气入口温度
PT-A4 电堆空气入口压力
TT-A5 电堆空气出口温度
PT-A5 电堆空气出口压力 用于电堆空气出口背压控制
TT-A6 空气增湿器湿通道出口温度
EPV-A6 空气电磁比例阀 用于电堆空气出口背压控制
PT-H2 氢气进气口压力
EV-H2 氢气进气阀 控制阀
PT-H3 氢气比例阀入口压力 用于氢气入口压力和流量控制
EPV-H4 氢气电磁比例阀 用于氢气入口压力和流量控制
PT-H4 氢气电堆入口压力
PT-H5 氢气电堆出口压力
BP-H5 氢气回流泵
EV-H5 氢气排放阀1
EV-H6 氢气排放阀2
SRV-H5 安全泄放阀 用于阳极对阴极的压力保护
SCAN-V 电堆节电压巡检单元
CT-HV3 电堆输出电流
VT-HV3 电堆输出电压
GF 电堆高压总线绝缘电阻测试
FCMC 模块控制器
K-HV4 电堆总线预充电开关 直流接触器
D-HV4 电堆总线预充电二极管 防止反向给电池充电
K-HV1 电堆总线输出正极总开关 直流接触器
K-HV2 电堆总线输出负极总开关 直流接触器
VT-HV4 模块输出电压 用于预充电控制
HRB-DRV 氢循环泵调速器 在氢气循环泵总成中，只是标明电源
BLW-DRV 空压机调速器 在空压机总成中，只是标明电源
PS-HV6 外用电设备预充电电源 氢燃料电池电堆系统控制方案
4 / 13 表2 车载系统附件表：
符号 名称 描述
H2TK 高压氢气瓶组 氢气气源
HV-H11 氢气源入口手动截止阀
HV-N11 氮气源入口手动截止阀 用于防冻处理过程
PT-H12 氢气回路气源压力
EV-H12 氢气回路气源隔离阀
SRV-H12 氢气回路气源安全阀
MIX-A12 空气排气口混合器
FLT-A11 空气进气口过滤器
WEXPT 冷却补水膨胀水箱
FLT-D16 电堆冷却液进口过滤器 过滤微粒
FLT-D11 电堆冷却液出口过滤器 过滤微粒
WP-D12 冷却液循环泵
HET-D14 冷却液加热器 用于冷启动加热
EMV-D13 冷却液回路电动三通阀
RAD-D15 冷却液散热水箱 根据实际位置，可能有多个
FLT-DI17 去离子过滤器
PT-D16 电堆模块冷却回路入口压力
TT-D11 电堆模块冷却回路出口温度
TT-D12 冷却回路循环泵出口温度
TT-D15 冷却回路散热器出口温度
TT-D16 电堆模块冷却回路入口温度
DC/DC 燃料电池与动力电池间的直流变换器 根据整车动力电池规格确定参数
FCSC 燃料电池系统控制器
H2TKC 氢气瓶组控制器
WP-DRV 冷却液循环水泵调速器 在循环水泵总成中，只标明电源
FAN-DRV 冷却散热水箱风扇调速器 在风扇总成中，只标明电源
AT-101
AT-102
AT-103
AT-104
AT-105
AT-106 6个氢气浓度传感变送器 用于系统空间中可能氢气漏气处的氢气泄漏报警
氢燃料电池电堆系统控制方案
5 / 13 2.1 模块
冷却液与压缩空气热交换器
因冷却液的温度适应电堆要求，该热交换器的作用，一是压缩空气温度过高时降温（起中冷器作用），二是压缩空气温度较低时加热。考虑到要适应低温环境，最好采用。
氢气入口压力调整器
电堆的氢气入口压力调整，由PT-H3、EPV-H4、PT-H4组成，通过程序采集压力和控制比例阀来实现。为了控制准确和简单管路，将PT-H2、EV-H2、PT-H3、EPV-H4、PT-H4做到一个阀组（manifold）上。
阳极压力保护
为防止氢气入口压力调整器失效，而使阳极产生高压毁坏电堆。采用安全阀SRV-H5保护。
外增湿器
外增湿器采用膜增湿器，用电堆的出口湿空气来增湿电堆得入口干空气。具体是否采用，要看电堆的需求。
氢气循环
氢气循环，一是使阳极的氢气的湿度均匀，二是加热入口的氢气。
氢气吹扫（排放）阀
氢气吹扫阀，是用1个还是在电堆氢气出口的2端各用1个。要看电堆的阳极结构，因氢气回流后，多少会有一些液态水，若氢燃料电池电堆系统控制方案
6 / 13 不能及时吹扫掉，会影响水平较低段的节电池性能，也不利于防冻处理。
电堆空气出口压力
电堆出口压力，采用电磁比例阀EPV-A6和电堆出口压力表PT-A5形成回路来控制。为防止憋压，比例阀为常开阀。
电堆高压输出正负极对结构接地（搭铁）绝缘电阻检测
电堆高压输出正负极对结构接地的绝缘电阻小时，会危害电堆的安全。在模块中需要加入检测单元。绝缘电阻的要求，单节电池为1200欧，150节为180千欧。
电机调速器的电源
因空压机的功率一般大于1kW，采用电堆的高压电源，在启动或停止的过程中需要外电源供电。启动和停止时由预充电电源PS-HV6供电。
氢气循环泵，因功率一般小于500W，且只在电堆工作时运行，采用外部24VDC单独供电。
节电池电压巡检单元
节电池电压巡检单元，与电堆的结构做到一起，自带MPU，与模块控制器采用通讯联系（CAN和RS485）。这样会使检测电缆最短，提高可靠性和美观。
模块控制器
控制器的MCU选用飞思卡尔的MC9S12CE，硬件和壳体，若能采购满足要求的现成控制器，则采购；实验调试完成后，沿用氢燃料电池电堆系统控制方案
7 / 13 采购的或公司自主研发。
控制策略和软件编程，公司自主研发。
2.2 车载系统
高压氢气瓶组
高压氢气瓶组，根据整车要求设置个数，每个氢气瓶都装有瓶口阀组合块。瓶口阀组合块包括温度传感器、压力传感器、截止阀。因数量比较多，一般专做1个氢气瓶组控制器，用于现场采集温度压力信号和截止阀的控制。氢气瓶组控制器与燃料电池系统控制器通过CAN总线通讯。
因高压氢气瓶组，属于特种行业，需要有资质的单位设计施工。
氢气气源的选择
电堆模块的氢气气源，设置2个手动截止阀，一个接入氢气气源，一个接入氮气气源。氮气气源不在现场布置，只是在温度低，需要长期停机或存贮时，将阳极的氢气置换成氮气。
氢气浓度传感变送器
氢气浓度传感变送器，用于检测空间氢气浓度，用于氢气泄漏报警，设置6个。布置在氢气可能泄漏的上方。
氢气气源安全阀
用于泄放气源地高压，出口接到空气排放口。
氢气气源隔离阀 氢燃料电池电堆系统控制方案
8 / 13 一是作为氢气气源地总开关，在出现氢气泄漏报警时，关闭该阀，用于截断氢气气源。
空气排放口混合器
该混合器，以空气回路为主通道，电堆氢气排放口混合接入此处，用流动的空气来稀释排放的氢气，该处安装一个氢气浓度传感器。报警时，关断氢气气源隔离阀。
空气进口过滤器
空气进口过滤器，需要双层过滤，外层为物理过滤，主要过滤微粒；内层为化学过滤器，主要过滤危害阴极触媒的化学成分。并且压损要小于3kpag。
冷却回路
冷却回路采用散热水箱和补水膨胀水箱的结构。采用电动三通比例阀构成2个分支回路：冷启动加热和电堆小功率回路（内回路），电堆大功率散热器回路（外回路）。
水温控制执行元件有：EMV-D13、FAN-DRV、WP-DRV、HEX-D14。组合控制达到各种工况的温度要求。
FLT-D11、FLT-D16为网状物理过滤器，主要过滤颗粒物。
FLT-DI17去离子过滤器，安装在微循环分支上，用于去除冷却液中的离子。
电机调速器电源
冷却液循环水泵和散热器风扇电机调速器电源全部用外接的24VDC蓄电池电源。